p-ব্লক মৌলসমূহ (গ্রুপ ১৩ ও গ্রুপ ১৪ মৌল)

p-ব্লক মৌলসমূহের সাধারণ পরিচয়

পর্যায় সারণির গ্রুপ ১৩ থেকে ১৮ পর্যন্ত বিস্তৃত মৌলসমূহকে p-ব্লক মৌল বলা হয়। এদের যোজ্যতা শেলের সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস হলো $ns^2 np^{1-6}$ (যেখানে $n = 2$ থেকে $6$)। $s$-ব্লকের মতো কেবল তীব্র তড়িৎ-ধনাত্মক ধাতু নয়, p-ব্লকে ধাতু, উপধাতু (অধাতুকল্প) এবং অধাতু—তিন ধরনের মৌলই দেখা যায়।

p-ব্লকের ভারী মৌলসমূহে যোজ্যতা শেলের $s$-ইলেকট্রন জোড়ের রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ না করার প্রবণতাকে নিষ্ক্রিয় জোড় প্রভাব বলা হয়। এর ফলে মৌলটির সর্বোচ্চ গ্রুপ জারণ সংখ্যার চেয়ে ২ একক কম জারণ অবস্থা অধিকতর সুস্থিতি লাভ করে।

• উৎপত্তি: গ্রুপ ধরে নিচে নামার সময় ষষ্ঠ পর্যায়ের মৌলসমূহে (যেমন গ্রুপ ১৩ এর থ্যালিয়াম $\text{Tl}$ এবং গ্রুপ ১৪ এর লেড $\text{Pb}$) ইলেকট্রন অভ্যন্তরীণ $(n-1)d^{10}$ এবং $(n-2)f^{14}$ উপশেলে প্রবেশ করে। এই $d$ ও $f$ কক্ষকগুলির স্থানিক বিস্তার বেশি হওয়ায় এদের আবরণী প্রভাব (Shielding Effect) অত্যন্ত দুর্বল।
• আপেক্ষিক সংকোচন: দুর্বল আবরণীর কারণে বহিঃস্থ $6s^2$ ইলেকট্রন জোড়ের উপর নিউক্লীয় আকর্ষণ ($Z_{\text{eff}}$) বহুগুণ বৃদ্ধি পায়। ফলে $6s$ কক্ষকটি সংকুচিত হয় এবং এর ইলেকট্রন জোড়টি নিউক্লিয়াসের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে, যা বন্ধনে অংশগ্রহণ করতে প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়।
• জারণ অবস্থার ক্রম: গ্রুপ ১৩ তে গ্রুপ জারণ অবস্থা $+3$ হলেও নিচের দিকে $+1$ জারণ অবস্থার স্থায়িত্ব বৃদ্ধি পায়: $$\text{B}^{3+} > \text{Al}^{3+} > \text{Ga}^{3+} > \text{In}^{3+} > \text{Tl}^{3+}$$ $$\text{Tl}^+ > \text{In}^+ > \text{Ga}^+ > \text{Al}^+ > \text{B}^+$$ অতএব, $\text{TlCl}$ একটি অত্যন্ত সুস্থিত আয়নীয় যৌগ, কিন্তু $\text{TlCl}_3$ তাপীয়ভাবে অস্থায়ী এবং এটি একটি তীব্র জারক পদার্থ: $\text{Tl}^{3+} + 2e^- \to \text{Tl}^+$। পক্ষান্তরে, হালকা মৌলসমূহের ক্ষেত্রে $\text{Al}^+$ তীব্র বিজারক এবং দ্রুত জারিত হয়।

গ্রুপ ১৩ এর রাসায়নিক সক্রিয়তা

গ্রুপ ১৩ এর সকল মৌল উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিজেনের সাথে যুক্ত হয়ে $\text{M}_2\text{O}_3$ সাধারণ সংকেতের সেসকুইঅক্সাইড গঠন করে:

• অক্সাইডের অম্ল-ক্ষারকীয় চরিত্র: গ্রুপে নিচের দিকে ধাতব ধর্ম বৃদ্ধির সাথে সাথে অক্সাইডের অম্লীয় চরিত্র ক্ষারকীয় চরিত্রে রূপান্তরিত হয়: $$\text{B}_2\text{O}_3 \text{ (অম্লীয়)} \quad \to \quad \text{Al}_2\text{O}_3, \, \text{Ga}_2\text{O}_3 \text{ (উভধর্মী)} \quad \to \quad \text{In}_2\text{O}_3 \text{ (ক্ষারকীয়)} \quad \to \quad \text{Tl}_2\text{O}_3 / \text{Tl}_2\text{O} \text{ (তীব্র ক্ষারকীয়)}$$ অম্লীয় $\text{B}_2\text{O}_3$ ক্ষারীয় অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া করে বোরেট গঠন করে: $\text{B}_2\text{O}_3 + \text{CaO} \to \text{Ca(BO}_2)_2$।
• অ্যালুমিনিয়ামের উভধর্মিতা (Amphoteric Behavior): অ্যালুমিনিয়াম ধাতু খনিজ অ্যাসিড এবং তীব্র জলীয় ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে ডাইহাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে: $$2\text{Al(s)} + 6\text{HCl(aq)} \to 2\text{Al}^{3+}\text{(aq)} + 6\text{Cl}^-\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}$$ $$2\text{Al(s)} + 2\text{NaOH(aq)} + 6\text{H}_2\text{O(l)} \to 2\text{Na}^+[\text{Al(OH)}_4]^-\text{(aq)} + 3\text{H}_2\text{(g)}$$ এখানে উৎপন্ন জটিল যৌগটি হলো সোডিয়াম টেট্রাহাইড্রোক্সোঅ্যালুমিনেট(III)।
• নাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা নিষ্ক্রিয়করণ (Passivation): গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড ($\text{HNO}_3$) অ্যালুমিনিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে ধাতুর পৃষ্ঠতলে একটি অতিসূক্ষ্ম, অবিচ্ছিন্ন ও অপ্রবেশ্য অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের ($\text{Al}_2\text{O}_3$) প্রলেপ সৃষ্টি করে, যা ধাতুকে আরও বিক্রিয়া থেকে সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় করে দেয়।

বোরন ট্রাইহ্যালাইডসমূহে ($\text{BF}_3, \text{BCl}_3, \text{BBr}_3, \text{BI}_3$) বোরন পরমাণু $sp^2$ সংকরায়িত হয়ে তিনটি সমযোজী বন্ধন তৈরি করে ($120^\circ$ বন্ধন কোণ)। বোরনের বহিঃস্থ কক্ষে কেবল ছয়টি ইলেকট্রন থাকে (ইলেকট্রন ঘাটতি বা সেক্সটেট), এবং একটি ফাঁকা অসংকরায়িত $2p_z$ কক্ষক আণবিক তলের লম্বভাবে অবস্থান করে। ফলে এরা লুইস ক্ষারকের কাছ থেকে একজোড়া ইলেকট্রন গ্রহণ করে তীব্র লুইস অ্যাসিড হিসেবে আচরণ করে:

হ্যালোজেনের তড়িৎ-ঋণাত্মকতার বিবেচনায় ফ্লুওরিন সবচেয়ে শক্তিশালী হওয়া সত্ত্বেও বোরন ট্রাইহ্যালাইডের লুইস অম্লত্বের পরীক্ষালব্ধ ক্রম সম্পূর্ণ উল্টো হয়:

• ব্যাখ্যা ($p\pi-p\pi$ ব্যাক-বন্ডিং): $\text{BF}_3$ অণুতে বোরন এবং ফ্লুওরিন উভয়ই দ্বিতীয় পর্যায়ের মৌল। বোরনের ফাঁকা $2p_z$ কক্ষক এবং ফ্লুওরিনের নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় ধারণকারী পূর্ণ $2p_z$ কক্ষকের আকার ও শক্তি প্রায় অভিন্ন। ফলে ফ্লুওরিন তার নিঃসঙ্গ জোড় বোরনের ফাঁকা কক্ষকে দান করে অত্যন্ত কার্যকর $p\pi-p\pi$ ব্যাক-বন্ডিং বা পশ্চাৎ-বন্ধন তৈরি করে।
• এই ব্যাক-বন্ডিং বোরনের ইলেকট্রন ঘাটতি বহুলাংশে প্রশমিত করে।
• কিন্তু $\text{BCl}_3, \text{BBr}_3$ ও $\text{BI}_3$-তে হ্যালোজেনের পূর্ণ কক্ষকগুলি যথাক্রমে $3p, 4p$ ও $5p$, যেগুলি বোরনের ক্ষুদ্র $2p$ কক্ষকের তুলনায় আকারে অনেক বড় ও বিস্তৃত। কক্ষকের আকারের এই বিপুল পার্থক্যের কারণে ব্যাক-বন্ডিং অত্যন্ত দুর্বল বা নগণ্য হয়ে পড়ে।
• $\text{BI}_3$-তে ব্যাক-বন্ডিং কার্যত ঘটে না বলে এর বোরন কেন্দ্রে ইলেকট্রন ঘাটতি সর্বাধিক থাকে, ফলে এটি বহিরাগত ইলেকট্রন জোড় গ্রহণের জন্য সবচেয়ে উদগ্রীব থাকে এবং সর্বাধিক শক্তিশালী লুইস অ্যাসিড হয়।

বোরনের গুরুত্বপূর্ণ যৌগসমূহ

বোরাক্স হলো টেট্রাবোরিক অ্যাসিডের সোডিয়াম লবণ। এর সঠিক কেলাসীয় আণবিক সংকেত হলো $\text{Na}_2[\text{B}_4\text{O}_5(\text{OH})_4]\cdot 8\text{H}_2\text{O}$। এতে উপস্থিত টেট্রানিউক্লিয়ার ইউনিটে দুটি বোরন পরমাণু $sp^2$ সমতলীয় এবং অপর দুটি বোরন পরমাণু $sp^3$ চতুস্তলকীয় সংকরায়িত অবস্থায় থাকে।

• জলীয় দ্রবণের ক্ষারকীয় প্রকৃতি: বোরাক্স জলে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়ে তীব্র ক্ষার ($ ext{NaOH}$) এবং মৃদু অম্ল ($ ext{H}_3 ext{BO}_3$) উৎপন্ন করায় এর জলীয় দ্রবণ তীব্র ক্ষারীয় হয়: $$\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7 + 7\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons 2\text{NaOH} + 4\text{H}_3\text{BO}_3$$
• বোরাক্স বিড পরীক্ষা (Borax Bead Test): প্ল্যাটিনাম তারের লুপে গুঁড়ো বোরাক্স নিয়ে বুনসেন শিখায় উত্তপ্ত করলে তা স্ফীত হয়ে কেলাস জল ত্যাগ করে। অধিক উত্তাপে ($740^\circ\text{C}$) এটি গলে গিয়ে সোডিয়াম মেটাবোরেট ($\text{NaBO}_2$) ও বোরিক অ্যানহাইড্রাইডের ($\text{B}_2\text{O}_3$) একটি স্বচ্ছ কাচের মতো গুটি (বিড) তৈরি করে: $$\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7\cdot 10\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7 \xrightarrow{\text{উচ্চ তাপ}} 2\text{NaBO}_2 + \text{B}_2\text{O}_3$$ এই কাচের গুটিতে রঙিন সন্ধিগত ধাতব লবণ স্পর্শ করিয়ে পুনরায় উত্তপ্ত করলে বৈশিষ্ট্যপূর্ণ রঙের মেটাবোরেট গঠিত হয়: $$\text{CoO} + \text{B}_2\text{O}_3 \to \text{Co(BO}_2)_2 \quad (\text{কোবাল্ট মেটাবোরেট: গাঢ় নীল বিড})$$ $$\text{Cr}_2\text{O}_3 + 3\text{B}_2\text{O}_3 \to 2\text{Cr(BO}_2)_3 \quad (\text{সবুজ বিড})$$ $$\text{CuO} + \text{B}_2\text{O}_3 \to \text{Cu(BO}_2)_2 \quad (\text{জারক শিখায় আকাশী নীল, বিজারক শিখায় অস্বচ্ছ লাল})$$

অর্থোবোরিক অ্যাসিড একটি সাদা, পিচ্ছিল কেলাসাকার কঠিন পদার্থ, যার সমতলীয় $\text{B(OH)}_3$ এককগুলি হাইড্রোজেন বন্ধন দ্বারা ত্রিমাত্রিক স্তরীভূত কাঠামো তৈরি করে।

• অম্লত্বের প্রকৃতি ও ক্রিয়াকৌশল: অর্থোবোরিক অ্যাসিড কোনো প্রোটিক অ্যারহেনিয়াস অ্যাসিড নয় (এটি নিজের $-\text{OH}$ গ্রুপ থেকে প্রোটন $\text{H}^+$ ত্যাগ করে না)। বোরন পরমাণু ইলেকট্রন ঘাটতিযুক্ত হওয়ায় এটি একটি মৃদু একক্ষারকীয় অ-প্রোটিক লুইস অম্ল হিসেবে জলের অণু থেকে $\text{OH}^-$ গ্রহণ করে এবং একটি হাইড্রোনিয়াম আয়ন মুক্ত করে: $$\text{B(OH)}_3 + 2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons [\text{B(OH)}_4]^- + \text{H}_3\text{O}^+ \quad (pK_a = 9.25)$$
• সিস-পলিওলের ভূমিকা (টাইট্রেশন): এটি অত্যন্ত দুর্বল হওয়ায় ফেনলফথ্যালিন নির্দেশক ব্যবহার করে একে সরাসরি $\text{NaOH}$ দ্বারা টাইট্রেট করা যায় না। তবে দ্রবণে গ্লিসারল বা ম্যানিটল যোগ করলে টেট্রাহাইড্রোক্সোবোরেট অ্যানায়ন একটি সুস্থিত চিলেট কমপ্লেক্স তৈরি করে। লা শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী সাম্যাবস্থা ডানদিকে সরে যায় এবং এটি একটি শক্তিশালী একক্ষারকীয় অম্লে পরিণত হয়, যা সহজেই টাইট্রেট করা যায়।
• তাপের প্রভাব: $$\text{H}_3\text{BO}_3 \xrightarrow{373\text{ K}} \text{HBO}_2 \text{ (মেটাবোরিক)} \xrightarrow{413\text{ K}} \text{H}_2\text{B}_4\text{O}_7 \text{ (টেট্রাবোরিক)} \xrightarrow{\text{লোহিত তপ্ত}} \text{B}_2\text{O}_3 \text{ (বোরিক অ্যানহাইড্রাইড)}$$

ডাইবোরেইন হলো সরলতম বোরন হাইড্রাইড, যা ইথারে বোরন ট্রাইফ্লুওরাইডের সাথে লিথিয়াম অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রাইডের বিক্রিয়ায় প্রস্তুত হয়:

• ইলেকট্রন ঘাটতি: ডাইবোরেইনে মোট যোজ্যতা ইলেকট্রন সংখ্যা মাত্র ১২টি ($2 \times 3 + 6 \times 1 = 12$)। কিন্তু ইথেন সদৃশ স্বাভাবিক গঠনে ৭টি একক বন্ধনের জন্য ১৪টি ইলেকট্রন প্রয়োজন। তাই ডাইবোরেইন একটি ইলেকট্রন-ঘাটতি যৌগ।
• ৩-কেন্দ্র-২-ইলেকট্রন ($3c-2e$) কলা-বন্ধন:
  • চারটি প্রান্তীয় হাইড্রোজেন পরমাণু ($\text{H}_t$) দুটি বোরনের সাথে একই সমতলে স্বাভাবিক দ্বিকেন্দ্রিক-দ্বাইলেকট্রনীয় ($2c-2e$) সমযোজী বন্ধন গঠন করে ($119\text{ pm}$, $\angle\text{H}_t-\text{B}-\text{H}_t = 120^\circ$)। এতে ৮টি ইলেকট্রন ব্যবহৃত হয়।
  • অবশিষ্ট দুটি সেতু হাইড্রোজেন পরমাণু ($\text{H}_b$) সমতলের উপরে ও নিচে অবস্থান করে। প্রতিটি সেতু বন্ধন গঠিত হয় একটি বোরনের $sp^3$ সংকর কক্ষক, সেতুর হাইড্রোজেনের $1s$ কক্ষক এবং অপর বোরনের ফাঁকা $sp^3$ কক্ষকের যুগপৎ অভিলেপনের মাধ্যমে।
  • এই অদ্ভুত বাঁকানো বন্ধনকে ৩-কেন্দ্র-২-ইলেকট্রন ($3c-2e$) কলা-বন্ধন (Banana Bond) বলা হয় ($133\text{ pm}$, $\angle\text{B}-\text{H}_b-\text{B} = 97^\circ$)। এতে অবশিষ্ট ৪টি ইলেকট্রন ব্যবহৃত হয়।
• অজৈব বেঞ্জিন (বোর্যাজিন, $\text{B}_3\text{N}_3\text{H}_6$): ডাইবোরেইনকে অ্যামোনিয়ার সাথে $1:2$ মোলার অনুপাতে $450\text{ K}$ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে বোর্যাজিন উৎপন্ন হয়: $$3\text{B}_2\text{H}_6 + 6\text{NH}_3 \xrightarrow{450\text{ K}} 2\text{B}_3\text{N}_3\text{H}_6 + 12\text{H}_2$$ বোর্যাজিনের বলয় সমতলীয় ও বেঞ্জিনের সাথে আইসোইলেকট্রনিক। কিন্তু নাইট্রোজেন ও বোরনের তড়িৎ-ঋণাত্মকতার পার্থক্যের কারণে $\text{B}-\text{N}$ বন্ধন পোলার হওয়ায় এটি জৈব বেঞ্জিনের চেয়ে যুত বিক্রিয়ায় অনেক বেশি সক্রিয়।

গ্রুপ ১৪ মৌলসমূহ (কার্বন পরিবার)

গ্রুপ ১৪ গঠিত কার্বন ($\text{C}$), সিলিকন ($\text{Si}$), জার্মেনিয়াম ($\text{Ge}$), টিন ($\text{Sn}$) এবং লেড ($\text{Pb}$) নিয়ে। এদের যোজ্যতা শেলের সাধারণ বিন্যাস $ns^2 np^2$।

গ্রুপ ১৪ মৌলসমূহ প্রধানত $+4$ এবং $+2$ জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।

• সুস্থিতির ক্রম: নিষ্ক্রিয় জোড় প্রভাবের কারণে গ্রুপে নিচে নামলে $+2$ অবস্থার স্থায়িত্ব বৃদ্ধি পায় এবং $+4$ এর স্থায়িত্ব হ্রাস পায়: $$\text{+৪ অবস্থার সুস্থিতি: } \text{C} > \text{Si} > \text{Ge} > \text{Sn} > \text{Pb}$$ $$\text{+২ অবস্থার সুস্থিতি: } \text{Pb} > \text{Sn} > \text{Ge} > \text{Si} > \text{C}$$
• রেডক্স আচরণ:
  • $\text{Sn}^{2+}$ একটি তীব্র বিজারক: টিনের ক্ষেত্রে $+4$ অবস্থা $+2$ এর চেয়ে অধিক সুস্থিত। ফলে টিন(II) লবণ সহজে দুটি ইলেকট্রন বর্জন করে জারিত হয়: $$\text{Sn}^{2+} \to \text{Sn}^{4+} + 2e^-$$ যেমন $\text{SnCl}_2$ ফেরিক লবণকে ফেরাস লবণে এবং মারকিউরিক ক্লোরাইডকে মারকারিতে বিজারিত করে।
  • $\text{Pb}^{4+}$ একটি তীব্র জারক: লেডের ক্ষেত্রে $+2$ অবস্থা $+4$ এর চেয়ে বহু গুণ বেশি সুস্থিত। তাই লেড(IV) যৌগ দ্রুত দুটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে বিজারিত হয়: $$\text{Pb}^{4+} + 2e^- \to \text{Pb}^{2+}$$ লেড ডাইঅক্সাইড ($\text{PbO}_2$) গাঢ় হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডকে জারিত করে ক্লোরিন গ্যাসে পরিণত করে: $\text{PbO}_2 + 4\text{HCl} \to \text{PbCl}_2 + \text{Cl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$। আয়োডাইডের তীব্র বিজারণ ক্ষমতার কারণে $\text{PbI}_4$ এর অস্তিত্বই সম্ভব নয়।

একই মৌলের পরমাণুসমূহের সমযোজী বন্ধন দ্বারা পরস্পর যুক্ত হয়ে দীর্ঘ শৃঙ্খল, শাখাযুক্ত গঠন বা বলয় তৈরির ক্ষমতাকে ক্যাটেনেশন বলে। পর্যায় সারণির সমস্ত মৌলের মধ্যে কার্বনের ক্যাটেনেশন ক্ষমতা সর্বাধিক।

• কারণ: ক্যাটেনেশন মূলত একক বন্ধন বিয়োজন এনথ্যালপির উপর নির্ভরশীল। ক্ষুদ্র পারমাণবিক আকারের কারণে $\text{C}-\text{C}$ একক বন্ধন অত্যন্ত শক্তিশালী ($348\text{ kJ/mol}$): $$\text{C}-\text{C} \, (348\text{ kJ/mol}) \gg \text{Si}-\text{Si} \, (222\text{ kJ/mol}) > \text{Ge}-\text{Ge} \, (167\text{ kJ/mol}) > \text{Sn}-\text{Sn} \, (155\text{ kJ/mol})$$ অতএব ক্যাটেনেশন ক্রম: $\text{C} \gg \text{Si} > \text{Ge} \approx \text{Sn} \gg \text{Pb}$।
• বহু-বন্ধন গঠন: ছোট আকারের কারণে কার্বন নিজের সাথে বা অক্সিজেন ও নাইট্রোজেনের সাথে শক্তিশালী $p\pi-p\pi$ দ্বিবন্ধন ও ত্রিবন্ধন গঠন করতে পারে ($\text{C}=\text{C}, \text{C}\equiv\text{C}, \text{C}=\text{O}$)। সিলিকন ইত্যাদির আকার বড় হওয়ায় কার্যকর $p\pi-p\pi$ অভিলেপন ঘটে না।

• $\text{CCl}_4$ জলে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয় না: কার্বন দ্বিতীয় পর্যায়ের মৌল হওয়ায় এর যোজ্যতা কক্ষে কোনো ফাঁকা $d$-কক্ষক নেই। ফলে এটি জলের নিঃসঙ্গ জোড় গ্রহণ করে সমযোজ্যতা ৪ এর বেশি প্রসারিত করতে পারে না।
• $\text{SiCl}_4$ দ্রুত ও তীব্রভাবে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়: সিলিকন তৃতীয় পর্যায়ের মৌল এবং এর খালি নিম্নশক্তির $3d$-কক্ষক রয়েছে। জলের অক্সিজেন পরমাণু তার নিঃসঙ্গ জোড় সিলিকনের ফাঁকা $3d$-কক্ষকে দান করে অস্থায়ী মধ্যবর্তী যৌগ গঠন করে এবং ক্রমান্বয়ে ৪ অণু $\text{HCl}$ বর্জন করে অর্থোসিলিসিক অ্যাসিড উৎপন্ন করে: $$\text{SiCl}_4 + 4\text{H}_2\text{O} \to \text{Si(OH)}_4 + 4\text{HCl}$$

কার্বনের কেলাসাকার রূপভেদ

কার্বনের প্রধান তিনটি কেলাসাকার রূপভেদ হলো হীরা, গ্রাফাইট এবং ফুলারিন।

• সংকরায়ন ও ত্রিমাত্রিক জালক: হীরার প্রতিটি কার্বন পরমাণু $sp^3$ সংকরায়িত এবং চারটি নিকটবর্তী কার্বনের সাথে শক্তিশালী চতুস্তলকীয় সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ ($109.5^\circ$ বন্ধন কোণ, $\text{C}-\text{C}$ বন্ধন দৈর্ঘ্য $154\text{ pm}$)।
• কঠিনতা ও গলনাঙ্ক: অবিচ্ছিন্ন ত্রিমাত্রিক সুদৃঢ় জালকের কারণে হীরা পৃথিবীর সর্বাধিক কঠিন প্রাকৃতিক পদার্থ (মোহ স্কেলে ১০) এবং এর গলনাঙ্ক অত্যন্ত উচ্চ ($> 4000\text{ K}$)।
• তড়িৎ ও তাপ পরিবাহিতা: যোজ্যতা শেলের চারটি ইলেকট্রনই সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকায় হীরার কেলাসে কোনো মুক্ত ইলেকট্রন থাকে না, ফলে এটি একটি তড়িৎ-অপরিবাহী। তবে কেলাসের সুদৃঢ় কম্পনের (ফোনন) মাধ্যমে এটি তামার চেয়েও ভালো তাপ পরিবাহী ($~2000\text{ W}/(\text{m}\cdot\text{K})$)।

• সংকরায়ন ও স্তরীভূত গঠন: গ্রাফাইটে প্রতিটি কার্বন $sp^2$ সংকরায়িত হয়ে তিনটি কার্বনের সাথে যুক্ত হয়ে সমতলীয় ষড়ভুজাকার স্তর তৈরি করে ($\text{C}-\text{C}$ দূরত্ব $141.5\text{ pm}$)।
• স্তরের মধ্যবর্তী দূরত্ব ও ভ্যান ডার ওয়ালস বল: স্তরগুলি পরস্পরের থেকে $340\text{ pm}$ দূরত্বে অবস্থান করে এবং দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বল দ্বারা যুক্ত থাকে।
• তড়িৎ পরিবাহিতা: প্রতিটি কার্বনের চতুর্থ ইলেকট্রনটি অসংকরায়িত $2p_z$ কক্ষকে থাকে, যা সমগ্র স্তর জুড়ে সঞ্চরণশীল $\pi$-ইলেকট্রন মেঘ তৈরি করে। বিভবপ্রভেদ প্রয়োগ করলে এই ইলেকট্রনগুলি সহজেই স্তরের সমান্তরালে চলাচল করতে পারে, তাই গ্রাফাইট উত্তম তড়িৎ পরিবাহী।
• পিচ্ছিলকারক ধর্ম: স্তরগুলির মধ্যকার আকর্ষণ দুর্বল হওয়ায় একটি স্তর অন্যটির উপর সহজে পিছলে যায়। এজন্য গ্রাফাইট স্পর্শে নরম ও পিচ্ছিল এবং কঠিন লুব্রিকেন্ট হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
• থার্মোডাইনামিক স্থায়িত্ব: সাধারণ তাপমাত্রা ও চাপে গ্রাফাইট কার্বনের সবচেয়ে সুস্থিত রূপভেদ ($\Delta_f H^\circ = 0\text{ kJ/mol}$)।

• হিলিয়াম গ্যাসের উপস্থিতিতে গ্রাফাইট রডের মধ্যে তড়িৎ-স্ফূলিঙ্গ তৈরি করে বাষ্পীভূত করে ফুলারিন প্রস্তুত করা হয়। সর্বাধিক উল্লেখযোগ্য রূপভেদ হলো $\text{C}_{60}$, যা দেখতে ফুটবলের মতো।
• জ্যামিতি: $\text{C}_{60}$ খাঁচায় ২০টি ষড়ভুজাকার বলয় এবং ১২টি পঞ্চভুজাকার বলয় থাকে। পঞ্চভুজ বলয়গুলি কেবল ষড়ভুজের সাথেই যুক্ত হতে পারে, কিন্তু দুটি পঞ্চভুজ কখনোই পরস্পর সংলগ্ন হয় না।
• এতে সকল কার্বন পরমাণু $sp^2$ সংকরায়িত এবং কাঠামোতে অ্যারোমেটিক চরিত্র বিদ্যমান।

• কার্বন মনোক্সাইড ($\text{CO}$):
  • গঠন: $:\text{C}\equiv\text{O}:^+$ যাতে একটি অসমযোজী বন্ধন রয়েছে। এটি একটি প্রমিত প্রশম অক্সাইড।
  • উচ্চ তাপমাত্রায় তীব্র বিজারক হিসেবে ধাতুবিদ্যায় ব্যবহৃত হয়: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \to 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$।
  • তীব্র বিষাক্ততা: রক্তের হিমোগ্লোবিনের $\text{Fe}^{2+}$ এর সাথে যুক্ত হয়ে কার্বোক্সিহিমোগ্লোবিন তৈরি করে, যা অক্সিহিমোগ্লোবিনের চেয়ে প্রায় ৩০০ গুণ বেশি সুস্থিত। ফলে কোষে অক্সিজেন পরিবহন বন্ধ হয়ে শ্বাসরুদ্ধ হয়ে মৃত্যু ঘটে।
• কার্বন ডাইঅক্সাইড ($\text{CO}_2$):
  • সরলরৈখিক অম্লীয় অক্সাইড ($sp$ সংকরায়িত, ডাইপোল মোমেন্ট শূন্য)। জলে দ্রবীভূত হয়ে মৃদু কার্বনিক অ্যাসিড গঠন করে।
  • কঠিন $\text{CO}_2$-কে শুষ্ক বরফ (Dry Ice) বলা হয়, কারণ এটি তরলে পরিণত না হয়ে $-78.5^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় সরাসরি গ্যাসে উর্ধ্বপাতিত হয়।

সিলিকন রসায়ন ও আধুনিক পলিমার সামগ্রী

ভূত্বকে অক্সিজেনের পর সিলিকন দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রাপ্ত মৌল (~$২৭.৭\%$ ভর অনুপাতে)। কার্বনের মতো উদ্বায়ী গ্যাসীয় অক্সাইড ($ ext{CO}_2$) গঠন না করে সিলিকন প্রধানত সুদৃঢ় ও দীর্ঘ $\text{Si}-\text{O}-\text{Si}$ সিলোক্সেন শৃঙ্খল গঠন করে।

• ত্রিমাত্রিক পলিমারিক গঠন: কেলাসাকার সিলিকা (কোয়ার্টজ, ট্রাইডিমাইট, ক্রিস্টোবালাইট) একটি অতিবৃহৎ ত্রিমাত্রিক সমযোজী জালক। প্রতিটি সিলিকন পরমাণু চারটি অক্সিজেন পরমাণুর সাথে চতুস্তলকীয়ভাবে আবদ্ধ এবং প্রতিটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি নিকটবর্তী সিলিকনের মধ্যে সেতুবন্ধন হিসেবে অবস্থান করে।
• $\text{CO}_2$ এর সাথে বৈসাদৃশ্য: কার্বন অক্সিজেনের সাথে শক্তিশালী $p\pi-p\pi$ দ্বিবন্ধন গঠন করতে পারায় $\text{CO}_2$ একটি বিযুক্ত গ্যাসীয় অণু। কিন্তু সিলিকনের $3p$ কক্ষকের আকার বড় হওয়ায় অক্সিজেনের সাথে দ্বিবন্ধন গঠন সম্ভব হয় না; তাই এটি অবিচ্ছিন্ন একক বন্ধনের ত্রিমাত্রিক জালক তৈরি করে অতি উচ্চ গলনাঙ্কের ($1983\text{ K}$) কঠিন পদার্থে পরিণত হয়।
• হাইড্রোফ্লুওরিক অ্যাসিড দ্বারা ক্ষয়: সাধারণ খনিজ অ্যাসিড সিলিকার কোনো ক্ষতি করতে পারে না, তবে হাইড্রোফ্লুওরিক অ্যাসিডে ($\text{HF}$) এটি দ্রবীভূত হয়ে সিলিকন টেট্রাফ্লুওরাইড ও হাইড্রোফ্লুওরোসিলিসিক অ্যাসিড উৎপন্ন করে: $$\text{SiO}_2 + 4\text{HF} \to \text{SiF}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$$ $$\text{SiF}_4 + 2\text{HF} \to \text{H}_2\text{SiF}_6$$ কাচ খোদাইকরণে (Etching of glass) এই বিক্রিয়াটি ব্যবহার করা হয়।

সিলিকোন হলো একপ্রকার কৃত্রিম অর্গানোসিলিকন পলিমার, যাতে পুনরাবৃত্তিমূলক $[\text{R}_2\text{SiO}]_n$ একক $-\text{Si}-\text{O}-\text{Si}-$ বন্ধনের মাধ্যমে দীর্ঘ শৃঙ্খল গঠন করে (যেখানে $\text{R} = -\text{CH}_3, -\text{C}_2\text{H}_5, -\text{C}_6\text{H}_5$)।

• সংশ্লেষণ পদ্ধতি:
  1. কপার অনুঘটকের উপস্থিতিতে $570\text{ K}$ তাপমাত্রায় সিলিকন গুঁড়োর উপর মিথাইল ক্লোরাইড বাষ্প চালনা করলে ডাইমিথাইলডাইক্লোরোসিলেন তৈরি হয়: $$2\text{CH}_3\text{Cl} + \text{Si} \xrightarrow[570\text{ K}]{\text{Cu}} (\text{CH}_3)_2\text{SiCl}_2$$
  2. আর্দ্রবিশ্লেষণে এটি সিলানলে রূপান্তরিত হয়: $$(\text{CH}_3)_2\text{SiCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \to (\text{CH}_3)_2\text{Si(OH)}_2 + 2\text{HCl}$$
  3. সিলানলের ঘনীভবন পলিমারাইজেশনে সরলরৈখিক সিলিকোন গঠিত হয়: $$n(\text{CH}_3)_2\text{Si(OH)}_2 \xrightarrow{-\text{H}_2\text{O}} -[\text{Si}(\text{CH}_3)_2-\text{O}-]_n-$$
  4. $\text{RSiCl}_3$ ব্যবহারে ত্রিমাত্রিক ক্রস-লিঙ্কড সিলিকোন উৎপন্ন হয় এবং $\text{R}_3\text{SiCl}$ শৃঙ্খল বৃদ্ধির সমাপ্তি ঘটায়।
• বৈশিষ্ট্য ও ব্যবহার: এর বহিঃস্থ অপোলার অ্যালকিল মূলকগুলির কারণে এটি চরম জল-বিকর্ষী (Hydrophobic), তাপীয় ও রাসায়নিকভাবে অতি সুস্থিত এবং চমৎকার তড়িৎ-অন্তরক। চিকিৎসা বিজ্ঞানে কৃত্রিম অঙ্গ, পেসমেকার ও জলরোধী কাপড়ে এটি ব্যবহৃত হয়।

• সিলিকেট: সিলিকেটের মূল কাঠামোগত একক হলো চতুস্তলকীয় $[\text{SiO}_4]^{4-}$।
  • অর্থোসিলিকেটে পৃথক $[\text{SiO}_4]^{4-}$ একক থাকে।
  • পাইরোসিলিকেটে একটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগাভাগি হয়: $[\text{Si}_2\text{O}_7]^{6-}$।
  • শৃঙ্খল সিলিকেটে দুটি এবং পাত সিলিকেটে তিনটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগাভাগি হয়।
• জিওলাইট (Zeolites): জিওলাইট হলো ত্রিমাত্রিক ছিদ্রযুক্ত স্ফটিকাকার অ্যালুমিনোসিলিকেট। সিলিকার কাঠামোতে কিছু $\text{Si}^{4+}$ কে $\text{Al}^{3+}$ দ্বারা প্রতিস্থাপিত করলে কাঠামোর ঋণাত্মক আধান প্রশমিত করতে ক্ষারীয় ক্যাটায়ন ($ ext{Na}^+, ext{K}^+, ext{Ca}^{2+}$) যুক্ত হয়।
  • এর ভেতরে নিয়মিত আকারের সুনির্দিষ্ট আণবিক চ্যানেল ও ফাঁক থাকে ($300-1000\text{ pm}$)।
  • আকৃতি-নির্বাচনী অনুঘটক: কৃত্রিম জিওলাইট ZSM-5 মিথানলকে সরাসরি উচ্চ-মানের মোটর গ্যাসোলিনে রূপান্তরিত করে: $$n\text{CH}_3\text{OH} \xrightarrow{\text{ZSM-5}} (-\text{CH}_2-)_n + n\text{H}_2\text{O}$$
  • কঠিন জলকে মৃদু করতে পারমিউটিট বা সোডিয়াম জিওলাইট ক্যাটায়ন বিনিময়কারী হিসেবে ব্যবহৃত হয়।