পাঠ ১৭ / ২০অনুচ্ছেদ ২.১৩

IR বর্ণালি থেকে –OH ও >C=O শনাক্তকরণReading IR spectra — –OH and >C=O bands

এই পাঠের আগে পড়ো (read first): পাঠ ১ — জৈবযৌগ, শ্রেণিবিভাগ, সমগোত্রীয় শ্রেণি ও কার্যকরী মূলক, পাঠ ১৩ — অ্যালডিহাইড ও কিটোন: নিউক্লিওফিলিক সংযোজন ও শনাক্তকরণ, পাঠ ১৪ — কার্বক্সিলিক এসিড, এস্টার ও অ্যামাইড

টলেন্স (Tollens), ফেহলিং (Fehling) বা 2,4-DNP দিয়ে কার্যকরী মূলক (functional group) চিনতে সময় লাগে, বিকারক (reagent) খরচ হয়, আর নমুনাটি নষ্ট হয়ে যায়। অথচ রসায়নবিদরা কয়েক মিনিটে, এক ফোঁটা নমুনা দিয়েই বলে দেন অণুতে –OH আছে কি না, C=O আছে কি না। কীভাবে? শুরু করি একটি খেলনা দিয়ে: দুটি বল আর একটি স্প্রিং — ঠিক যেন একটি রাসায়নিক বন্ধন (chemical bond)। পরমাণু বদলাও, বন্ধন শক্ত করো, তারপর টোকা দাও:

পরমাণু ১ (atom 1)

পরমাণু ২ (atom 2)

বন্ধন (bond)

কার্বন (C) — হাইড্রোজেন (H), একক (single) বন্ধন

লঘুকৃত ভর (reduced mass) μ: 0.93 u
স্প্রিং ধ্রুবক (force constant) k: ≈ 500 N m⁻¹
তরঙ্গসংখ্যা (wavenumber) ṽ: ≈ 3021 cm⁻¹
আসল কম্পাঙ্ক (frequency) ν: 9.1 × 10¹³ Hz

k আনুমানিক (approximate): একক 500, দ্বি 1000, ত্রি 1500 N m⁻¹। আসল বন্ধন সেকেন্ডে প্রায় 10¹³–10¹⁴ বার কাঁপে — অ্যানিমেশনটি তার চেয়ে প্রায় 10¹³ গুণ ধীর।

C–H বন্ধনে টোকা দাও (pluck) — দেখো কোন বলটি বেশি নড়ে।
H বদলে ভারী পরমাণু (C বা O) দাও, আবার টোকা দাও — ṽ কমল না বাড়ল?
C–C বন্ধনকে দ্বিবন্ধন, তারপর ত্রিবন্ধন করো — শক্ত স্প্রিংয়ে কী হয়?

প্রতিটি বন্ধন নিজের নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে (frequency) কাঁপে। তাহলে ঠিক সেই কম্পাঙ্কের আলো ফেললে কি অণুটি সেই আলো শুষে নেবে? আর কোন কোন আলো শোষিত হলো দেখে কি আমরা “শুনতে” পারব অণুতে কোন কোন বন্ধন আছে?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

IR আলো বন্ধনকে কাঁপায় — তরঙ্গসংখ্যা (wavenumber)
বন্ধন একটি স্প্রিং — হুকের সূত্র (Hooke’s law) আর লঘুকৃত ভর (reduced mass)
কম্পনের ধরন (modes of vibration) আর দ্বিপোল নিয়ম (dipole rule)
IR বর্ণালি (IR spectrum) পড়া — %T, অক্ষ, আর দুই অঞ্চল (regions)
–OH আর >C=O মূলকের ব্যান্ড (band)
বর্ণালি আর আণবিক সংকেত (molecular formula) মিলিয়ে যৌগ শনাক্তকরণ
এবার নিজে করে দেখো — IR বর্ণালি পাঠক (IR spectrum reader)

ধাপ ১: IR আলো বন্ধনকে কাঁপায়

তরঙ্গদৈর্ঘ্য (wavelength), কম্পাঙ্ক আর ফোটনের শক্তি তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালির পাঠে শেখা হয়েছে। অতিবেগুনি (UV) ও দৃশ্যমান আলোর ফোটন ইলেকট্রনকে উঁচু শক্তিস্তরে তোলে। অবলোহিত (infrared, IR) আলোর ফোটনের শক্তি তার চেয়ে কম — ইলেকট্রন সরাতে পারে না, কিন্তু বন্ধনকে কাঁপাতে পারে।

জৈবযৌগ শনাক্ত করতে ব্যবহার হয় মধ্য-অবলোহিত (mid-IR) অঞ্চল: λ = 2.5 µm থেকে 25 µm। IR বর্ণালিতে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বদলে লেখা হয় তরঙ্গসংখ্যা (wavenumber, ṽ) — প্রতি সেন্টিমিটারে কয়টি পূর্ণ তরঙ্গ ধরে, একক cm⁻¹:

\tilde{\nu} = \frac{1}{\lambda}, \qquad \tilde{\nu} = \frac{1}{2.5\ \mu\text{m}} = \frac{1}{2.5 \times 10^{-4}\ \text{cm}} = 4000\ \text{cm}^{-1}

একইভাবে λ = 25 µm হলে ṽ = 400 cm⁻¹। তাই mid-IR মানে 4000–400 cm⁻¹।

জৈব রসায়নে যে IR বর্ণালি ব্যবহার হয়, তা হলো মধ্য-অবলোহিত (mid-IR) অঞ্চল: λ = 2.5–25 µm, অর্থাৎ ṽ = 4000–400 cm⁻¹। এই শক্তি ইলেকট্রনকে লাফ দেওয়াতে পারে না, কিন্তু বন্ধনকে কাঁপাতে পারে।

তরঙ্গসংখ্যা কেন সুবিধাজনক? কারণ ফোটনের শক্তি তরঙ্গসংখ্যার সরাসরি সমানুপাতিক (directly proportional):

E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} = hc\,\tilde{\nu}

অর্থাৎ ṽ যত বেশি, শক্তি তত বেশি — λ-এর মতো উল্টো হিসাব করতে হয় না। কোনো বন্ধন যে কম্পাঙ্কে কাঁপে, ঠিক সেই কম্পাঙ্কের IR আলো এলে বন্ধনটি তা শোষণ (absorb) করে আরও জোরে কাঁপে — অনুনাদ (resonance), দোলনায় ঠিক তালে ধাক্কা দেওয়ার মতো। 3000 cm⁻¹-এর কম্পাঙ্ক হলো $\nu = c\tilde{\nu} = 3.0\times10^{10} \times 3000 \approx 9\times10^{13}$ Hz — বন্ধনটি সেকেন্ডে প্রায় 90 লক্ষ কোটি বার কাঁপে!

নিজে যাচাই করো

একটি যৌগ 5.8 µm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের IR আলো জোরালোভাবে শোষণ করে। তরঙ্গসংখ্যায় এটি কত?

ধাপ ২: বন্ধন একটি স্প্রিং — হুকের সূত্র

শুরুর খেলনাটিই আসল মডেল। দুটি পরমাণু যেন স্প্রিংয়ে বাঁধা দুটি বল। স্প্রিং কত দ্রুত দোলে, তা ঠিক করে দুটি জিনিস — স্প্রিং কত শক্ত, আর বল দুটি কত ভারী। হুকের সূত্র (Hooke’s law) থেকে:

\tilde{\nu} = \frac{1}{2\pi c}\sqrt{\frac{k}{\mu}}, \qquad \mu = \frac{m_1 m_2}{m_1 + m_2}

$k$ = বল ধ্রুবক (force constant) — বন্ধন কত শক্ত (stiff), একক N m⁻¹। একক বন্ধনে ≈ 500, দ্বিবন্ধনে ≈ 1000, ত্রিবন্ধনে ≈ 1500 N m⁻¹।
$\mu$ = লঘুকৃত ভর (reduced mass) — দুই পরমাণুর “মিলিত” ভর। একটি পরমাণু খুব হালকা হলে (যেমন H) μ প্রায় সেই হালকা পরমাণুর ভরের সমান।

k-কে mdyn Å⁻¹ (= 100 N m⁻¹) আর μ-কে u (unified atomic mass unit) এককে বসালে সব ধ্রুবক মিলে একটি সংখ্যা হয়:

\tilde{\nu}\ (\text{cm}^{-1}) \approx 1303\sqrt{\frac{k\ (\text{mdyn/\AA})}{\mu\ (\text{u})}}

উদাহরণ: C=O বন্ধন। $\mu = \dfrac{12.011 \times 15.999}{12.011 + 15.999} = 6.861$ u, আর $k \approx 12.1$ mdyn Å⁻¹ (≈ 1210 N m⁻¹)। তাহলে

\tilde{\nu} = 1303\sqrt{\frac{12.1}{6.861}} = 1303 \times 1.328 \approx 1730\ \text{cm}^{-1}

আসল কিটোনে C=O ব্যান্ড ≈ 1715 cm⁻¹ — সরল স্প্রিং মডেল প্রায় মিলে গেল!

সূত্র থেকে দুটি নিয়ম পাই, যা দিয়ে পুরো IR বর্ণালি বোঝা যায়:

হালকা পরমাণু → বেশি ṽ। C–H, O–H, N–H-এর μ ≈ 1 u, তাই এরা 2800–3700 cm⁻¹-এ। C–C, C–O-এর μ ≈ 6–7 u, তাই এরা 1000–1300-এ।
শক্ত বন্ধন → বেশি ṽ। C≡C (≈ 2100–2260) > C=C (≈ 1650) > C–C (≈ 1000)।

বন্ধন (bond)	k (mdyn Å⁻¹)	μ (u)	হিসাব ṽ (cm⁻¹)	আসলে দেখা যায় (cm⁻¹)
C–H	5.0	0.930	3021	2850–3100
O–H	7.7	0.948	3712	3200–3650
C–C	4.5	6.005	1128	800–1200 (দুর্বল)
C=C	9.6	6.005	1647	1620–1680
C≡C	15.6	6.005	2100	2100–2260
C=O	12.1	6.861	1730	1650–1850
C–O	5.4	6.861	1156	1000–1300

নিচে যেকোনো বন্ধন বেছে নিজে হিসাব মিলিয়ে দেখো — কোথায় মডেল খাটে, কোথায় খাটে না:

μ ν ~ = \frac{12.011 \times 15.999}{12.011 + 15.999} = 6.861 u = 1303 \frac{12.1}{6.861} \approx 1730 cm^{- 1}

C=O: k ≈ 1210 N m⁻¹ (= 12.1 mdyn Å⁻¹) → হিসাব 1730 cm⁻¹; আসলে দেখা যায় 1650–1850 cm⁻¹। সরল স্প্রিং মডেল (spring model) ভালোই মেলে।

▼ হলুদ = হুকের সূত্রে হিসাব (Hooke) · সবুজ = আসলে যেখানে ব্যান্ড দেখা যায় (observed) · ধূসর দাগ = অন্য বন্ধনগুলোর হিসাব

কিটোন ≈ 1715; কনজুগেশন (conjugation) বন্ধনকে একটু দুর্বল করে → 1680–1690।

k: সাধারণ (typical) মান, Pavia-র সারণি থেকে; পরমাণু ভর IUPAC 2021।

নিজে যাচাই করো

নিচের কোন বন্ধনটি সবচেয়ে বেশি তরঙ্গসংখ্যায় IR শোষণ করবে?

ধাপ ৩: কম্পনের ধরন আর দ্বিপোল নিয়ম

বন্ধন দুইভাবে কাঁপতে পারে:

প্রসারণ (stretching) — বন্ধনের দৈর্ঘ্য বাড়ে-কমে। দুটি বন্ধন একসঙ্গে বাড়লে-কমলে প্রতিসম (symmetric), একটি বাড়ার সময় অন্যটি কমলে অপ্রতিসম (asymmetric) প্রসারণ।
বাঁকানো (bending) — বন্ধনের দৈর্ঘ্য একই থাকে, কোণ (bond angle) বদলায়। বাঁকানো সহজ (k কম), তাই বাঁকানোর ব্যান্ড সাধারণত 1500 cm⁻¹-এর নিচে।

কিন্তু সব কম্পন IR শোষণ করে না। IR আলো একটি দোলায়মান তড়িৎ ক্ষেত্র (oscillating electric field) — এটি অণুকে ধাক্কা দিতে পারে কেবল তখনই, যখন কম্পনের সময় অণুর দ্বিপোল ভ্রামক (dipole moment) বদলায়। দ্বিপোল কী, তা পোলারিটির পাঠে দেখেছ। নিচে প্রতিটি কম্পন চালিয়ে হলুদ দ্বিপোল তীরটি (dipole arrow) লক্ষ করো:

হলুদ দ্বিপোল তীর (dipole arrow) দিক বদলায় বা বড়-ছোট হয় — দ্বিপোল ভ্রামক (dipole moment) বদলায়, তাই অণুটি 2349 cm⁻¹-এর IR শোষণ করে।

আংশিক চার্জ আর নড়ার মাপ বোঝানোর জন্য (illustrative); ṽ-এর মান গ্যাস অবস্থার আসল মান (NIST)। নড়াচড়া অনেক ধীর করে দেখানো।

এই নিয়মের একটি বড় ফল: বাতাসের N₂ আর O₂ IR শোষণ করে না, কিন্তু CO₂ আর H₂O করে — তাই এরাই পৃথিবীর তাপ আটকে রাখা গ্রিনহাউস গ্যাস (greenhouse gas)। আবার প্রতিসম অ্যালকাইনের (যেমন CH₃CH₂C≡CCH₂CH₃) C≡C প্রসারণে দ্বিপোল বদলায় না, তাই সেখানে C≡C ব্যান্ড প্রায় দেখাই যায় না।

নিজে যাচাই করো

নিচের কোন কম্পনটি IR বর্ণালিতে কোনো ব্যান্ড দেবে না?

ধাপ ৪: IR বর্ণালি পড়া

IR বর্ণালিযন্ত্র (IR spectrometer) নমুনার মধ্য দিয়ে 4000 থেকে 400 cm⁻¹-এর সব IR আলো পাঠায়, আর মাপে প্রতিটি ṽ-তে কত ভাগ আলো পেরিয়ে এল। লেখচিত্রে (graph):

উল্লম্ব অক্ষ (y-axis): শতকরা ট্রান্সমিট্যান্স (percent transmittance, %T) — কত শতাংশ আলো পেরিয়েছে। 100% মানে কোনো শোষণ নেই। তাই ব্যান্ডগুলো নিচের দিকে নামা খাদ (dip) হিসেবে দেখা যায়, যদিও এদের “চূড়া” (peak) বলা হয়।
শোষণাঙ্ক (absorbance) আর ট্রান্সমিট্যান্সের সম্পর্ক: $A = \log_{10}\dfrac{1}{T} = -\log_{10} T$ । যেমন T = 10% হলে A = 1।
অনুভূমিক অক্ষ (x-axis): ṽ, বাম থেকে ডানে কমে — বামে 4000, ডানে 400।

ইথানলের (ethanol) IR বর্ণালি — SDBS-এর আসল ব্যান্ড অবস্থান থেকে আঁকা, রেখাটি সরলীকৃত (schematic)। ওপরে 100% মানে সব আলো পেরিয়ে গেছে; যেখানে রেখা নিচে নামে, সেখানে আলো শোষিত হয়েছে।

বর্ণালিকে দুই ভাগে পড়া হয়:

কার্যকরী মূলক অঞ্চল (functional group region), ≈ 4000–1500 cm⁻¹ — এখানে O–H, N–H, C–H, C≡N, C=O-এর মতো নির্দিষ্ট বন্ধনের ব্যান্ড পড়ে, যা দিয়ে মূলক চেনা যায়।
আঙুলছাপ অঞ্চল (fingerprint region), ≈ 1500–400 cm⁻¹ — এখানে C–C, C–O প্রসারণ আর নানা বাঁকানো কম্পন মিশে প্রতিটি যৌগের নিজস্ব জটিল নকশা তৈরি করে। মানুষের আঙুলের ছাপের মতো এটি মিলিয়ে নির্দিষ্ট যৌগ চেনা যায়, কিন্তু একটি একটি ব্যান্ড ধরে পড়া কঠিন।

বোর্ডের প্রত্যাশিত উত্তর (board answer): পাঠ্যবই আর বোর্ডের MCQ-তে “জৈবযৌগের কার্যকরী মূলকের IR ব্যান্ড 1000–4000 cm⁻¹” লেখা আছে। পরীক্ষায় MCQ-তে এই বিকল্পটিই বেছে নিও। কিন্তু আসলে কার্যকরী মূলক অঞ্চল ধরা হয় ≈ 4000–1500, আর 1500-এর নিচের অংশ আঙুলছাপ অঞ্চল (Pavia)। C–O (1000–1300) ব্যান্ড আঙুলছাপ অঞ্চলে থাকলেও তীব্র বলে কাজে লাগে।

বন্ধন (bond)	ṽ (cm⁻¹)	চেহারা (appearance)
O–H, মুক্ত (free)	3600–3650	সরু, তীক্ষ্ণ (sharp)
O–H, H-বন্ধনযুক্ত (অ্যালকোহল, ফেনল)	3200–3550	চওড়া (broad), তীব্র
O–H, কার্বক্সিলিক এসিড	2500–3300	খুব চওড়া, C–H-এর ওপর পড়ে
N–H	3300–3500	1° অ্যামিন/অ্যামাইডে দুটি
C–H: sp (≡C–H) / sp² (=C–H, Ar–H) / sp³	≈ 3300 / 3000–3100 / 2850–2960
C–H, অ্যালডিহাইড (–CHO)	≈ 2720 ও 2820	দুটি মাঝারি ব্যান্ড
C≡N / C≡C	2210–2260 / 2100–2260	C≡C দুর্বল বা অনুপস্থিত
C=O	1650–1850	খুব তীব্র (strong)
C=C (অ্যালকিন) / অ্যারোমেটিক বলয়	1620–1680 / ≈ 1600 ও 1475–1500
C–O	1000–1320	তীব্র

নিজে যাচাই করো

একটি ব্যান্ডে %T = 1 হলে শোষণাঙ্ক (absorbance) কত?

ধাপ ৫: –OH আর >C=O মূলকের ব্যান্ড

–OH মূলক

O–H ব্যান্ডের অবস্থান আর আকার দুটোই তথ্য দেয়:

মুক্ত O–H (free) — গ্যাস অবস্থায় বা CCl₄-এ খুব পাতলা দ্রবণে: 3600–3650 cm⁻¹, সরু ও তীক্ষ্ণ।
H-বন্ধনযুক্ত O–H (H-bonded) — বিশুদ্ধ তরল অ্যালকোহল বা ফেনলে: 3200–3550 cm⁻¹, চওড়া। ইথানলে ≈ 3340। (H-বন্ধনের পাঠ মনে করো।)
কার্বক্সিলিক এসিডের O–H — 2500–3300 cm⁻¹, খুব চওড়া। দুটি এসিড অণু দুটি শক্ত H-বন্ধনে জোড়া বেঁধে ডাইমার (dimer) বানায়, তাই O–H আরও দুর্বল আর ব্যান্ড আরও ছড়ানো।

H-বন্ধন O–H বন্ধনকে একটু দুর্বল করে (k কমে), তাই ṽ কমে। আর প্রতিটি অণুর H-বন্ধন একটু আলাদা দৈর্ঘ্যের — অনেকগুলো কাছাকাছি ṽ মিলে একটি চওড়া ব্যান্ড। ইথানলের দ্রবণ পাতলা থেকে ঘন করে নিজে দেখো:

CCl₄-এ ইথানলের ঘনমাত্রা (concentration): 0.005 mol L⁻¹

খুব পাতলা দ্রবণে অণুগুলো একে অপর থেকে দূরে — O–H মুক্ত (free), তাই ≈ 3635-এ একটি সরু, তীক্ষ্ণ (sharp) ব্যান্ড।

মুক্ত O–H: 99% · ব্যান্ডের অবস্থান আসল (Pavia; SDBS)। কোন ঘনমাত্রায় কত ভাগ মুক্ত — সেটি প্রবণতা (trend) বোঝানোর আনুমানিক মডেল (illustrative)।

অ্যালকোহল আর ফেনল নিশ্চিত করতে O–H-এর সঙ্গী C–O প্রসারণ দেখো: অ্যালকোহলে 1050–1150 (ইথানলে 1050 ও 1090), ফেনলে ≈ 1230 cm⁻¹। ফেনলে বেনজিন বলয়ের C=C (≈ 1600, 1500) আর 3000-এর ঠিক ওপরে Ar–H-ও থাকে।

নিজে যাচাই করো

বিশুদ্ধ তরল ইথানলের IR বর্ণালিতে O–H ব্যান্ড কেমন দেখাবে?

>C=O মূলক

C=O প্রসারণ IR বর্ণালির সবচেয়ে তীব্র ব্যান্ডগুলোর একটি — C=O বন্ধন খুব পোলার, কাঁপলে দ্বিপোল অনেক বদলায়। সব কার্বনিল যৌগে এটি 1650–1850 cm⁻¹-এর মধ্যে, কিন্তু ঠিক কোথায় — তা শ্রেণি অনুযায়ী আলাদা। আর প্রতিটি শ্রেণির একটি করে সহায়ক ব্যান্ড (supporting band) আছে:

শ্রেণি (class)	C=O (cm⁻¹)	সহায়ক ব্যান্ড (cm⁻¹)
এসিড ক্লোরাইড (acid chloride), RCOCl	≈ 1800	—
অ্যানহাইড্রাইড (anhydride)	≈ 1820 ও 1760 (দুটি)	C–O
এস্টার (ester), RCOOR′	1735–1750	দুটি C–O: ≈ 1240 ও 1050
অ্যালডিহাইড (aldehyde), RCHO	1720–1740	C–H ≈ 2720 ও 2820
কিটোন (ketone), RCOR′	≈ 1715	—
কার্বক্সিলিক এসিড (carboxylic acid), RCOOH	≈ 1710	খুব চওড়া O–H 2500–3300; C–O 1210–1320
অ্যামাইড (amide), RCONH₂	1650–1690	N–H ≈ 3180 ও 3350
বলয়ের সঙ্গে কনজুগেটেড (conjugated) কিটোন/অ্যালডিহাইড	20–30 কম, যেমন অ্যাসিটোফেনোন 1685

C=O ব্যান্ড সবসময় 1650–1850 cm⁻¹-এর মধ্যে, কিন্তু ঠিক কোথায় — তা যৌগের শ্রেণি বলে দেয়। Cl বা –OR-এর −I প্রভাব C=O-কে শক্ত করে (ṽ বাড়ে); অ্যামাইডে N-এর অনুরণন (resonance) আর বেনজিন বলয়ের সঙ্গে কনজুগেশন C=O-কে একক বন্ধনের দিকে টানে (ṽ কমে)। মানগুলো SDBS বর্ণালি থেকে, ±10 cm⁻¹।

কেন এই ক্রম? এসিড ক্লোরাইডে Cl ইলেকট্রন টেনে নেয় (−I প্রভাব), C=O আরও “খাঁটি দ্বিবন্ধন” থাকে — k বেশি, ṽ বেশি। অ্যামাইডে N-এর নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় অনুরণনে (resonance) C=O-এর দিকে সরে যায়, C=O কিছুটা একক বন্ধনের মতো হয় — k কম, ṽ কম। বেনজিন বলয়ের সঙ্গে কনজুগেশনও একইভাবে C=O-কে দুর্বল করে।

নিজে যাচাই করো

নিচের কোনটির C=O প্রসারণ ব্যান্ড সবচেয়ে বেশি তরঙ্গসংখ্যায়?

ধাপ ৬: বর্ণালি আর সংকেত মিলিয়ে যৌগ শনাক্তকরণ

একটি অজানা যৌগের বর্ণালি হাতে পেলে এই ক্রমে প্রশ্ন করো:

1650–1850-এ খুব তীব্র ব্যান্ড আছে? থাকলে C=O আছে। তারপর:
- 2500–3300 জুড়ে খুব চওড়া O–H? → কার্বক্সিলিক এসিড
- C=O ≈ 1800? → এসিড ক্লোরাইড
- 3150–3500-এ N–H (আর সংকেতে N)? → অ্যামাইড
- ≈ 2720 (আর 2820)-এ C–H? → অ্যালডিহাইড
- দুটি তীব্র C–O (≈ 1240 ও 1050), O–H নেই? → এস্টার
- কিছুই নেই → কিটোন (C=O 1700-এর নিচে হলে কনজুগেটেড)
C=O নেই? তাহলে:
- 3200–3550-এ চওড়া O–H → অ্যালকোহল; সঙ্গে বলয়ের ≈ 1600/1500 থাকলে → ফেনল
- ≈ 2250, সংকেতে N → নাইট্রাইল; ≈ 3300 তীক্ষ্ণ + ≈ 2120 দুর্বল → অ্যালকাইন; 3080 + 1640 → অ্যালকিন
- শুধু 2850–2960-এর C–H → অ্যালকেন — তবে সংকেতে অসম্পৃক্ততা (degree of unsaturation) থাকলে সাবধান: প্রতিসম অ্যালকাইনের C≡C দেখা যায় না।

ছয়টি পরিচিত যৌগে এই নিয়ম প্রয়োগ করলে:

যৌগ	মূল ব্যান্ড (cm⁻¹)	সিদ্ধান্ত
ইথানল CH₃CH₂OH	3340 চওড়া O–H; 1050, 1090 C–O; C=O নেই	অ্যালকোহল
ফেনল C₆H₅OH	3350 চওড়া O–H; 1595, 1500 বলয়; 1230 C–O	ফেনল
প্রোপানোন CH₃COCH₃	1715 C=O; 2720 নেই; O–H নেই	কিটোন
ইথান্যাল CH₃CHO	1730 C=O; 2730 ও 2830 C–H	অ্যালডিহাইড
ইথানয়িক এসিড CH₃COOH	1715 C=O; 2500–3300 খুব চওড়া O–H; 1295 C–O	কার্বক্সিলিক এসিড
ইথাইল ইথানোয়েট CH₃COOC₂H₅	1742 C=O; 1240 ও 1047 C–O; O–H নেই	এস্টার

IR বলে দেয় কোন মূলক আছে, আর আণবিক সংকেত বলে কয়টি পরমাণু আছে। দুটো মিলিয়েই সাধারণত পুরো উত্তর পাওয়া যায়। রাসায়নিক পরীক্ষাগুলো (টলেন্স, ফেহলিং, NaHCO₃) অ্যালডিহাইড-কিটোনের আর কার্বক্সিলিক এসিডের পাঠে আছে — IR একই উত্তর দেয়, কিন্তু নমুনা নষ্ট না করে।

নিজে যাচাই করো

C₃H₆O সংকেতের দুটি সমাণু X ও Y। X-এর বর্ণালিতে 1730, 2720 ও 2820 cm⁻¹-এ ব্যান্ড; Y-এর বর্ণালিতে শুধু 1715-এ তীব্র ব্যান্ড, 2700–2850-এ কিছু নেই। Y কোনটি?

ধাপ ৭: এবার নিজে করে দেখো

এখন তুমি বর্ণালি পড়তে পারো। নিচের সিমুলেশনে 18টি যৌগের IR বর্ণালি আছে — SDBS আর NIST-এর আসল ব্যান্ড অবস্থান থেকে আঁকা:

বর্ণালি পড়ো (read) মোডে একটি যৌগ বেছে নাও, বর্ণালির কোনো চূড়ায় চাপ দাও। ṽ আর %T দেখাবে; তারপর বোতাম থেকে বলো ব্যান্ডটি কোন বন্ধনের। ঠিক হলে চূড়ার ওপরে নাম বসে যাবে।
ওপরের X–H, C≡ / C= বা আঙুলছাপ বোতাম দিয়ে বর্ণালির একটি অংশ বড় করে দেখো — 2720/2820-এর মতো কাছাকাছি ব্যান্ড আলাদা করতে সুবিধা হবে।
রহস্য যৌগ (unknowns) মোডে শুধু সংকেত আর বর্ণালি দেখে যৌগের শ্রেণি বলো। ঠিক হলে ধাপে ধাপে যুক্তিটি দেখাবে।
চ্যালেঞ্জগুলো শেষ করো, আর প্রতিটি উত্তর পর্যবেক্ষণ খাতায় (observation notebook) জমা হবে।

IR বর্ণালি পড়ো

IR spectrum reader — –OH and >C=O

↗

যৌগ (compound)

ইথানল (ethanol) · CH₃CH₂OH · C₂H₆O · অ্যালকোহল (alcohol)

SDBS/NIST-এর আসল ব্যান্ড অবস্থান থেকে আঁকা (drawn from real band positions) — রেখাটি সরলীকৃত (schematic): শুধু প্রধান ব্যান্ড, উচ্চতা ও চওড়া আনুমানিক। নমুনা (sample): liquid film। চূড়ায় চাপ দাও।

বর্ণালির কোনো চূড়ায় (নিচে নামা অংশে) চাপ দাও — ṽ মাপা যাবে, তারপর বলো সেটি কোন বন্ধনের।

C=O ক্রম সাজাও (order the C=O bands)

প্রতিটি যৌগ বেছে C=O চূড়া মাপো, তারপর এখানে সবচেয়ে বেশি ṽ থেকে শুরু করে ক্রমে চাপো।

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6

O–H ব্যান্ডের আকার দেখে অ্যালকোহল আর কার্বক্সিলিক এসিড আলাদা করো: ইথানলের আর একটি এসিডের O–H ব্যান্ড চিহ্নিত (assign) করো
ইথান্যাল আর প্রোপানোন দুটোই দেখো, তারপর ইথান্যালের যে ব্যান্ড দুটি প্রোপানোনে নেই, তার একটি চিহ্নিত করো
C=O ব্যান্ডের ṽ মেপে চারটি যৌগ বেশি থেকে কম ক্রমে সাজাও: এসিড ক্লোরাইড, এস্টার, কিটোন, অ্যামাইড
কনজুগেটেড কিটোন অ্যাসিটোফেনোনের C=O ব্যান্ড খুঁজে চিহ্নিত করো — প্রোপানোনের সঙ্গে তুলনা করো
রহস্য যৌগ (unknown) মোডে C₃H₆O₂ সংকেতের একটি যৌগ শনাক্ত করো — এস্টার না এসিড?
হেক্স-1-আইন আর হেক্স-3-আইন দুটোই দেখো। হেক্স-3-আইনে 2100–2260-এ C≡C ব্যান্ড খুঁজতে চাপ দাও

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কিছু মাপা হয়নি। একটি চূড়ায় চাপ দিয়ে ব্যান্ডটি চিহ্নিত করো।

বই পড়ার সময় সাবধান — পাঠ্যবইয়ের IR অংশে কিছু ভুল আর অসংগতি আছে:

এসিড আর এস্টারের C–O ব্যান্ড “1000–1200 cm⁻¹” লেখা (পৃ. 319-এর সারণি)। আসলে কার্বক্সিলিক এসিডের C–O ≈ 1210–1320 cm⁻¹ — বইয়ের নিজের প্রোপানয়িক এসিডের বর্ণালিতেই (পৃ. 320) ব্যান্ডটি 1240-এ। এস্টারে দুটি C–O ব্যান্ড: ≈ 1240 আর ≈ 1050।
অঞ্চল দুটি একটি আরেকটির ওপর পড়েছে: “আঙুলছাপ 1400–650” আর “কার্যকরী মূলক 1000–4000”। প্রচলিত ভাগ ≈ 4000–1500 (কার্যকরী মূলক) আর 1500–400 (আঙুলছাপ)। MCQ-তে বোর্ডের উত্তর 1000–4000 — সেটিই দাগাও, কিন্তু আসল ভাগটি জেনে রাখো।
কিটোনের C=O “বিশেষত 1680–1720” — সাধারণ (saturated) কিটোন ≈ 1715; 1680–1690 হয় শুধু বেনজিন বলয়ের সঙ্গে কনজুগেটেড কিটোনে (যেমন অ্যাসিটোফেনোন 1685)।
C–H “ইথানল ও ফেনলে 3000” — ইথানলের মতো sp³ C–H 2850–2960 (3000-এর নিচে), ফেনলের মতো অ্যারোমেটিক C–H 3000–3100 (3000-এর ওপরে)। এই পার্থক্যটিই কাজে লাগে।
এসিডের O–H “2500–3000” — ব্যান্ডটি আসলে 2500 থেকে প্রায় 3300 পর্যন্ত ছড়ানো। আর অ্যানহাইড্রাইডে একটি নয়, দুটি C=O ব্যান্ড (≈ 1820 ও 1760)।
প্রশ্নব্যাংকের MCQ 153: “সবচেয়ে বেশি C=O কম্পাঙ্ক”-এর উত্তর RCHO দেওয়া — সঠিক উত্তর RCOCl (≈ 1800 cm⁻¹)।

ঘরে বসে পরীক্ষা: অদৃশ্য IR আলো দেখা

IR আলো চোখে দেখা যায় না, কিন্তু মোবাইল ফোনের ক্যামেরা অনেক সময় দেখতে পায়।

টিভি বা এসির রিমোট কন্ট্রোল (remote control) নাও। সামনের মাথায় ছোট একটি LED আছে।
মোবাইলের ক্যামেরা চালু করো (সামনের সেলফি ক্যামেরায় প্রায়ই সবচেয়ে ভালো দেখা যায়)। রিমোটের LED ক্যামেরার দিকে ধরে যেকোনো বোতাম চাপো।
খালি চোখে কিছু দেখবে না, কিন্তু পর্দায় LED-টি বেগুনি-সাদা আলোয় দপদপ করবে — এটিই IR আলো।
ভাবো: রিমোটের আলো ≈ 940 nm, অর্থাৎ নিকট-অবলোহিত (near-IR) — দৃশ্যমান লালের ঠিক পরে। অণুর বন্ধন কাঁপাতে যে মধ্য-IR (2.5–25 µm) লাগে, তার তরঙ্গদৈর্ঘ্য এর চেয়ে প্রায় 3 থেকে 25 গুণ বড়। ফোনের ক্যামেরা সেটি দেখতে পায় না — তাই IR বর্ণালিযন্ত্রে বিশেষ ডিটেক্টর (detector) লাগে।

নিরাপত্তা: রিমোটের IR আলো সম্পূর্ণ নিরাপদ। কিন্তু লেজার পয়েন্টার (laser pointer) কখনো চোখের দিকে বা ক্যামেরায় তাক করো না, আর রিমোট খুলে ব্যাটারি নিয়ে খেলো না।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. IR বর্ণালিবীক্ষণ (IR spectroscopy) কী? 2.5 µm আর 5.85 µm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তরঙ্গসংখ্যা নির্ণয় করো। দ্বিতীয়টি কোন মূলকের ব্যান্ড হতে পারে?

যৌগের মধ্য দিয়ে মধ্য-IR আলো (4000–400 cm⁻¹) পাঠিয়ে কোন কোন তরঙ্গসংখ্যার আলো শোষিত হলো তা মাপাকে IR বর্ণালিবীক্ষণ বলে। শোষণ ঘটে যখন আলোর কম্পাঙ্ক কোনো বন্ধনের কম্পনের কম্পাঙ্কের সমান হয় আর কম্পনে দ্বিপোল ভ্রামক বদলায়।

$\tilde{\nu} = \dfrac{1}{2.5\times10^{-4}\ \text{cm}} = 4000\ \text{cm}^{-1}$ ; $\tilde{\nu} = \dfrac{1}{5.85\times10^{-4}\ \text{cm}} = 1709\ \text{cm}^{-1}$ ।

1709 cm⁻¹ C=O অঞ্চলে (1650–1850) — কার্বক্সিলিক এসিড বা কিটোনের C=O হতে পারে।

২. C–H বন্ধনের বল ধ্রুবক 500 N m⁻¹ হলে এর প্রসারণের তরঙ্গসংখ্যা হিসাব করো। (C = 12.011, H = 1.008)

$\mu = \dfrac{12.011\times1.008}{12.011+1.008} = 0.930$ u। $k = 500$ N m⁻¹ = 5.0 mdyn Å⁻¹।

$\tilde{\nu} = 1303\sqrt{\dfrac{5.0}{0.930}} = 1303 \times 2.319 \approx 3021\ \text{cm}^{-1}$

আসল sp³ C–H ব্যান্ড 2850–2960 cm⁻¹ — মডেল কাছাকাছি। একই k নিয়ে C–D হলে μ = 1.725 u, ṽ ≈ 2218 cm⁻¹ — ভারী পরমাণু, কম ṽ।

৩. অ্যালকোহলের O–H ব্যান্ড বিশুদ্ধ তরলে চওড়া কিন্তু খুব পাতলা দ্রবণে সরু হয় কেন? কার্বক্সিলিক এসিডের O–H আরও চওড়া কেন?

বিশুদ্ধ তরলে অণুগুলো আন্তঃআণবিক H-বন্ধনে (intermolecular H-bond) যুক্ত। H-বন্ধন O–H-কে দুর্বল করে (k কমে), তাই ব্যান্ড 3600–3650 থেকে নেমে 3200–3550-এ আসে। প্রতিটি অণুর H-বন্ধনের দৈর্ঘ্য ও শক্তি একটু আলাদা, তাই অনেক কাছাকাছি ṽ মিলে চওড়া ব্যান্ড। খুব পাতলা দ্রবণে অণুগুলো দূরে দূরে, H-বন্ধন নেই — সব O–H একই রকম, তাই ≈ 3640-এ সরু ব্যান্ড।

কার্বক্সিলিক এসিড দুটি শক্ত H-বন্ধনে ডাইমার তৈরি করে। O–H আরও বেশি দুর্বল হয়, আর ব্যান্ড 2500–3300 জুড়ে ছড়িয়ে C–H ব্যান্ডের ওপর পড়ে।

৪. IR বর্ণালি দেখে কীভাবে অ্যালকোহল, অ্যালডিহাইড, কিটোন আর কার্বক্সিলিক এসিড আলাদা করবে?

যৌগ	O–H	C=O	অন্য পরিচায়ক ব্যান্ড
অ্যালকোহল	3200–3550 চওড়া	নেই	C–O 1050–1150
অ্যালডিহাইড	নেই	1720–1740	C–H ≈ 2720 ও 2820
কিটোন	নেই	≈ 1715	2720 নেই
কার্বক্সিলিক এসিড	2500–3300 খুব চওড়া	≈ 1710	C–O 1210–1320

প্রথমে C=O খোঁজো (অ্যালকোহলে নেই)। C=O থাকলে খুব চওড়া O–H মানে এসিড, 2720/2820 মানে অ্যালডিহাইড, কোনোটিই না থাকলে কিটোন।

৫. MCQ: (ক) জৈবযৌগের কার্যকরী মূলকের IR ব্যান্ড কোন পরিসরে? (i) 300–400 (ii) < 1000 (iii) 1000–4000 (iv) > 4000 cm⁻¹। (খ) কোনটির C=O কম্পাঙ্ক সর্বোচ্চ? (i) RCHO (ii) RCOR (iii) RCOCl (iv) RCONH₂

(ক) বোর্ডের প্রত্যাশিত উত্তর (iii) 1000–4000 cm⁻¹ (চ. বো. ২০১৬)। মনে রেখো, প্রচলিত ভাগে কার্যকরী মূলক অঞ্চল ≈ 4000–1500, আর 1500–400 আঙুলছাপ অঞ্চল।

(খ) (iii) RCOCl — ≈ 1800 cm⁻¹। ক্রম: RCOCl (1800) > RCHO (1720–1740) > RCOR (1715) > RCONH₂ (1650–1690)।

৬. C₃H₆O₂ সংকেতের একটি যৌগ Z-এর IR বর্ণালিতে 1745, 1245 ও 1050 cm⁻¹-এ তীব্র ব্যান্ড আছে, কিন্তু 2500–3600-এ কোনো চওড়া ব্যান্ড নেই। Z কী? এর সমাণু কার্বক্সিলিক এসিডটির বর্ণালি কীভাবে আলাদা হবে?

1745-এ C=O আছে, কিন্তু O–H নেই; সঙ্গে দুটি তীব্র C–O (1245 ও 1050) — এটি এস্টারের লক্ষণ। C₃H₆O₂ এস্টার: মিথাইল ইথানোয়েট CH₃COOCH₃ (বা ইথাইল মিথানোয়েট HCOOC₂H₅)। বর্ণালির মানগুলো মিথাইল ইথানোয়েটের সঙ্গে মেলে।

সমাণু এসিড প্রোপানয়িক এসিড CH₃CH₂COOH-এ থাকবে 2500–3300 জুড়ে খুব চওড়া O–H, C=O একটু কমে ≈ 1712-এ, আর একটি C–O ≈ 1240-এ।