কার্বনের চতুর্যোজ্যতা ও জৈব অণুর ত্রিমাত্রিক গঠন
ভূমিস্তরে কার্বনের ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1$। রাসায়নিক সংযোগকালে সামান্য শক্তি শোষণ করে $2s$ উপশক্তিস্তর থেকে একটি ইলেকট্রন ফাঁকা $2p_z$ কক্ষকে স্থানান্তরিত হয়, যার ফলে উদ্দীপ্ত অবস্থায় কার্বন চতুর্যোজ্যতা প্রদর্শন করে: $1s^2 2s^1 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1$।
| সংকরায়ন | মিশ্রিত কক্ষক | জ্যামিতিক আকৃতি | বন্ধন কোণ | % s-চরিত্র | বৈশিষ্ট্য ও উদাহরণ |
|---|---|---|---|---|---|
| $sp^3$ | একটি $2s$ + তিনটি $2p$ | চতুস্তলকীয় (Tetrahedral) | $109^\circ 28'$ ($109.5^\circ$) | $25\%$ | কেবলমাত্র একক $\sigma$-বন্ধন; $ ext{C}- ext{C}$ দূরত্ব $154 ext{ pm}$ (যেমন মিথেন $ ext{CH}_4$, ইথেন $ ext{C}_2 ext{H}_6$)। |
| $sp^2$ | একটি $2s$ + দুটি $2p$ | সমতলীয় ত্রিকোণাকার | $120^\circ$ | $33.3\%$ | একটি $\sigma$ ও একটি $\pi$-বন্ধন; $ ext{C}= ext{C}$ দূরত্ব $134 ext{ pm}$ (যেমন ইথিন $ ext{C}_2 ext{H}_4$, বেঞ্জিন $ ext{C}_6 ext{H}_6$)। |
| $sp$ | একটি $2s$ + একটি $2p$ | সরলরৈখিক (Linear) | $180^\circ$ | $50\%$ | একটি $\sigma$ ও দুটি $\pi$-বন্ধন; $ ext{C}\equiv ext{C}$ দূরত্ব $120 ext{ pm}$ (যেমন ইথাইন $ ext{C}_2 ext{H}_2$)। |
সংকর কক্ষকে $s$-চরিত্র যত বৃদ্ধি পায় ($sp > sp^2 > sp^3$), কক্ষকটি তত ক্ষুদ্র ও গোলাকার হয়ে নিউক্লিয়াসের নিকটে অবস্থান করে। ফলে কার্বনের তড়িৎ-ঋণাত্মকতা বৃদ্ধি পায়: $$ ext{sp-কার্বন (৫০% s)} > ext{sp}^2 ext{-কার্বন (৩৩.৩% s)} > ext{sp}^3 ext{-কার্বন (২৫% s)}$$ এই কারণে প্রান্তীয় অ্যালকাইনের ($ ext{R}- ext{C}\equiv ext{C}- ext{H}$) সাথে যুক্ত হাইড্রোজেন মৃদু অম্লীয় হয় এবং এটি সোডিয়াম বা টলেন্স বিকারকের সাথে বিক্রিয়া করে ধাতু অ্যাসিটাইলাইড অধঃক্ষেপ দেয়।
- সম্পূর্ণ গঠন সংকেত (Complete Formula): প্রতিটি সমযোজী বন্ধনকে পৃথক ড্যাশ (—) চিহ্নের সাহায্যে সুস্পষ্টভাবে দেখানো হয়।
- সংক্ষিপ্ত গঠন সংকেত (Condensed Formula): বন্ধন রেখাগুলি বর্জন করে একই পরমাণু বা মূলককে বন্ধনীর মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়, যেমন হেক্সেন: $ ext{CH}_3( ext{CH}_2)_4 ext{CH}_3$।
- বন্ধন-রেখা সংকেত (Bond-Line Formula): কার্বন ও হাইড্রোজেন পরমাণু সরাসরি লেখা হয় না। প্রতিটি শীর্ষবিন্দু ও প্রান্তীয় বিন্দু এক-একটি কার্বন নির্দেশ করে এবং কার্বনের যোজ্যতা অনুসারে প্রয়োজনীয় হাইড্রোজেন উহ্য থাকে। কেবল হেটারোপরমাণু ($ ext{O, N, S, Cl}$) ও তাদের হাইড্রোজেন সুস্পষ্টভাবে লেখা হয়।
- ত্রিমাত্রিক ওয়েজ-ড্যাশ সংকেত (Wedge-and-Dash Model):
- সরলরেখা (—): কাগজের সমতলে অবস্থিত বন্ধন।
- গাঢ় ওয়েজ (▲): দর্শকের দিকে কাগজের সমতল থেকে সামনের দিকে উদ্গত বন্ধন।
- ড্যাশযুক্ত ওয়েজ (┄): দর্শকের বিপরীত দিকে কাগজের সমতলের পেছনে বিস্তৃত বন্ধন।
- মুক্ত শৃঙ্খল বা অ্যালিফ্যাটিক যৌগ (Acyclic / Aliphatic): সরল বা শাখাযুক্ত উন্মুক্ত কার্বন শৃঙ্খল (অ্যালকেন, অ্যালকিন, অ্যালকাইন)।
- বদ্ধ শৃঙ্খল বা বলয়াকার যৌগ (Cyclic Compounds):
- হোমোসাইক্লিক বা কার্বোসাইক্লিক: বলয়টি কেবল কার্বন পরমাণু দ্বারা গঠিত:
- অ্যালিসাইক্লিক: বলয়াকার কিন্তু অ্যালিফ্যাটিকের মতো আচরণ করে (যেমন সাইক্লোপ্রোপেন, সাইক্লোহেক্সেন)।
- অ্যারোমেটিক: হাকেলের নিয়ম [$(4n+2)\pi$ ইলেকট্রন, সমতলীয় বলয়] মেনে চলে। বেনজিনয়েড (বেঞ্জিন, ন্যাপথালিন) ও নন-বেনজিনয়েড (ট্রোপাইলিয়াম ক্যাটায়ন, অ্যাজুলিন)।
- হেটারোসাইক্লিক: বলয়ের মধ্যে কার্বন ছাড়াও এক বা একাধিক হেটারোপরমাণু ($ ext{O, N, S}$) থাকে:
- অ্যালিসাইক্লিক হেটারোসাইকেল: টেট্রাহাইড্রোফিউরান (THF), অক্সিরেন।
- অ্যারোমেটিক হেটারোসাইকেল: পিরিডিন ($ ext{C}_5 ext{H}_5 ext{N}$), পিরোল ($ ext{C}_4 ext{H}_5 ext{N}$), ফিউরান ($ ext{C}_4 ext{H}_4 ext{O}$), থায়োফিন ($ ext{C}_4 ext{H}_4 ext{S}$)।
- হোমোসাইক্লিক বা কার্বোসাইক্লিক: বলয়টি কেবল কার্বন পরমাণু দ্বারা গঠিত: