Follow Us
মাধ্যম নির্বাচন করুন / Select Medium:
Eng (English) Beng (বাংলা) Hindi (हिन्दी)
পশ্চিমবঙ্গ মধ্যশিক্ষা পর্ষদ (WBBSE) • শ্রেণি XI • Chemistry • অধ্যায় 9
আনুমানিক সময়: ৯০ মিনিট
অগ্রগতি: অধ্যয়নে সক্রিয়

s-ব্লক মৌলসমূহ (গ্রুপ ১ ও গ্রুপ ২ মৌল)

পর্যায় সারণির s-ব্লক মৌলসমূহ মূলত গ্রুপ ১ এর ক্ষার ধাতু (লিথিয়াম, সোডিয়াম, পটাশিয়াম, রুবিডিয়াম, সিজিয়াম ও তেজস্ক্রিয় ফ্রান্সিয়াম) এবং গ্রুপ ২ এর ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু (বেরিলিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম, ক্যালসিয়াম, স্ট্রনশিয়াম, বেরিয়াম ও তেজস্ক্রিয় রেডিয়াম) নিয়ে গঠিত। এদের সর্ববহিঃস্থ যোজ্যতা কক্ষে যথাক্রমে ns1 এবং ns2 ইলেকট্রন বিন্যাস উপস্থিত থাকে। পশ্চিমবঙ্গ উচ্চমাধ্যমিক শিক্ষা সংসদ (WBCHSE) একাদশ শ্রেণির রসায়ন পাঠ্যক্রমের নবম অধ্যায়ে এদের পর্যায়বৃত্ত প্রবণতা, ভৌত ও রাসায়নিক ধর্ম, গঠনগত অস্বাভাবিকতা, তির্যক সম্পর্ক এবং শিল্পোৎপাদন প্রক্রিয়া বিশদভাবে আলোচিত হয়েছে। ক্ষার ধাতুসমূহের পারমাণবিক ব্যাসার্ধ সংশ্লিষ্ট পর্যায়ে সর্বাধিক এবং প্রথম আয়নন এনথ্যালপি সর্বনিম্ন হওয়ায় এরা অত্যন্ত সক্রিয় এবং শিখা পরীক্ষায় বৈশিষ্ট্যপূর্ণ বর্ণ (গাঢ় লাল, সোনালী হলুদ, ফিকে বেগুনী, লালচে বেগুনী ও নীল) প্রদর্শন করে। ক্যাটায়নের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে জলযোজন এনথ্যালপির মান দ্রুত হ্রাস পায় (লিথিয়াম আয়ন থেকে সিজিয়াম আয়নে); ফলে ক্ষুদ্রতম গ্যাসীয় আয়ন হওয়া সত্ত্বেও জলীয় দ্রবণে Li+ এর জলযোজিত ব্যাসার্ধ সর্বাধিক এবং তড়িৎ পরিবাহিতা বা আয়নীয় গতিশীলতা সর্বনিম্ন হয়। অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়ায় লিথিয়াম সাধারণ মনোক্সাইড (Li2O), সোডিয়াম পারক্সাইড (Na2O2) এবং পটাশিয়াম, রুবিডিয়াম ও সিজিয়াম পরাচৌম্বকীয় সুপারঅক্সাইড (MO2) গঠন করে, যা বৃহৎ ক্যাটায়ন দ্বারা বৃহৎ অ্যানায়নের ল্যাটিস স্থায়িত্বের নীতির ওপর নির্ভরশীল। তরল অ্যামোনিয়ায় ক্ষার ধাতু দ্রবীভূত হয়ে লঘু অবস্থায় গাঢ় নীল ও পরাচৌম্বকীয় অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রনযুক্ত দ্রবণ এবং গাঢ় অবস্থায় ব্রোঞ্জ বর্ণের ধাতব পরিবাহী দ্রবণ তৈরি করে। লিথিয়াম তার ক্ষুদ্র আকার ও উচ্চ ধ্রুবণ ক্ষমতার কারণে গ্রুপ ১-এর অন্যান্য ধাতু অপেক্ষা ভিন্ন ধর্ম প্রদর্শন করে এবং গ্রুপ ২-এর ম্যাগনেসিয়ামের সাথে তির্যক সম্পর্ক গড়ে তোলে। একইভাবে বেরিলিয়াম অ্যালুমিনিয়ামের সাথে অনন্য তির্যক সাদৃশ্য প্রদর্শন করে। শিল্প রসায়নে সলভে প্রণালীর সাহায্যে সোডিয়াম কার্বোনেট প্রস্তুতি (এবং কেন পটাশিয়াম কার্বোনেট তৈরি করা যায় না), কস্টিক সোডা, পোড়া চুন, কলিচুন, ৩৯৩ K তাপমাত্রায় জিপসাম থেকে প্লাস্টার অব প্যারিস ও মৃত প্লাস্টার প্রস্তুতি এবং পোর্টল্যান্ড সিমেন্টের জমাট বাঁধার রসায়ন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অধ্যায়ের সমাপনী অংশে মানবদেহে ও জীবজগতে সোডিয়াম, পটাশিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম ও ক্যালসিয়াম আয়নের শারীরবৃত্তীয় ও জৈব-রাসায়নিক ভূমিকা ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

অধ্যায়টির গুরুত্ব

s-ব্লক মৌলসমূহ মানবদেহের জীবনধারণ, প্রাকৃতিক শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া এবং আধুনিক অবকাঠামোগত প্রযুক্তির অন্যতম মূল স্তম্ভ। মানবদেহে বহিঃকোষীয় সোডিয়াম ও অন্তঃকোষীয় পটাশিয়াম আয়ন কোষপর্দার দুই প্রান্তে তড়িৎ-রাসায়নিক বিভব পার্থক্য বজায় রাখে; সোডিয়াম-পটাশিয়াম এটিপেজ (Na+/K+ ATPase) পাম্প দৈহিক শক্তির প্রায় এক-তৃতীয়াংশ ব্যয় করে স্নায়ু সংবেদন সঞ্চালন, হৃদস্পন্দন নিয়ন্ত্রণ ও বৃক্কের অভিস্রবণীয় ভারসাম্য রক্ষা করে। উদ্ভিদের ক্লোরোফিল অণুর কেন্দ্রীয় পরফিরিন বলয়ে ম্যাগনেসিয়াম আয়ন সন্নিবেশিত থেকে সৌরশক্তি শোষণ করে যা পৃথিবীর সমগ্র জীবজগতের খাদ্যের উৎস। ম্যাগনেসিয়াম কোষীয় শ্বসনে এটিপি (ATP) নির্ভর সমস্ত ফসফোরাইলেশন বিক্রিয়ার অপরিহার্য সহ-উৎসেচক। ক্যালসিয়াম আয়ন অস্থি ও দাঁতের মূল গাঠনিক উপাদান হাইড্রোক্সিঅ্যাপাটাইট তৈরি করে, পেশি সংকোচন উদ্দীপিত করে এবং রক্ত তঞ্চন প্রক্রিয়ার চতুর্থ ফ্যাক্টর হিসেবে জীবন রক্ষাকারী ভূমিকা পালন করে। নির্মাণ শিল্পে চুনাপাথর, পোড়া চুন, কলিচুন, পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট ও প্লাস্টার অব প্যারিস হলো মানব সভ্যতার সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত নির্মাণ সামগ্রী যা সুউচ্চ ইমারত, সেতু ও অর্থোপেডিক প্লাস্টার কাস্টে ব্যবহৃত হয়। ভারী রাসায়নিক শিল্পে সোডিয়াম কার্বোনেট (ওয়াশিং সোডা) ও কস্টিক সোডা সাবান, কাচ, কাগজ ও টেক্সটাইল শিল্পের প্রাণকেন্দ্র। ধাতুবিদ্যায় সোডিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম টাইটানিয়াম নিষ্কাশনের বিজারক হিসেবে এবং পারমাণবিক চুল্লিতে সোডিয়াম-পটাশিয়াম সংকর তরল শীতলক হিসেবে ব্যবহৃত হয়। WBCHSE উচ্চমাধ্যমিক পরীক্ষা, WBJEE, JEE Main এবং NEET-এর জন্য এই অধ্যায়টি অজৈব রসায়নের ভিত্তিপ্রস্তর।

অধ্যায়ের বিষয়সূচি ও রূপরেখা

1 গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতুসমূহ: ইলেকট্রন বি...
2 ক্ষার ধাতুর রাসায়নিক সক্রিয়তা: অক...
3 লিথিয়ামের অস্বাভাবিক আচরণ এবং ম্যা...
4 গ্রুপ ২ ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতুসমূহ:...
5 বেরিলিয়ামের অস্বাভাবিক ধর্ম, অ্যাল...
6 শিল্পভিত্তিক সলভে প্রণালী, সোডিয়াম...

সম্পূর্ণ তত্ত্ব ও ধারণাগত আলোচনা

গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতুসমূহ: ইলেকট্রন বিন্যাস, পর্যায়বৃত্ত ধর্ম, জলযোজন ও শিখা পরীক্ষা

১. গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতুসমূহের পরিচয় ও ইলেকট্রন বিন্যাস

পর্যায় সারণির প্রথম শ্রেণিকে ক্ষার ধাতু (Alkali Metals) বলা হয়। এই শ্রেণিতে ছয়টি মৌল রয়েছে: লিথিয়াম ($\text{Li}, Z=3$), সোডিয়াম ($\text{Na}, Z=11$), পটাশিয়াম ($\text{K}, Z=19$), রুবিডিয়াম ($\text{Rb}, Z=37$), সিজিয়াম ($\text{Cs}, Z=55$) এবং তেজস্ক্রিয় ফ্রান্সিয়াম ($\text{Fr}, Z=87$)। এদের অক্সাইড ও হাইড্রোক্সাইডসমূহ জলে দ্রবীভূত হয়ে তীব্র ক্ষারীয় (কস্টিক) দ্রবণ উৎপন্ন করে বলেই এদের ক্ষার ধাতু নাম দেওয়া হয়েছে।

যোজ্যতা ইলেকট্রন বিন্যাস: সমস্ত ক্ষার ধাতুর পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ s-কক্ষে একটিমাত্র ইলেকট্রন উপস্থিত থাকে এবং এর ভেতরে একটি নিষ্ক্রিয় গ্যাসের স্থায়ী অষ্টক বা দ্বৈত বিন্যাস থাকে:

$$\text{সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: } [\text{নিষ্ক্রিয় গ্যাস}] \ ns^1 \quad (n = 2 \text{ থেকে } 7)$$
  • $\text{Li}: [\text{He}] \ 2s^1$
  • $\text{Na}: [\text{Ne}] \ 3s^1$
  • $\text{K}: [\text{Ar}] \ 4s^1$
  • $\text{Rb}: [\text{Kr}] \ 5s^1$
  • $\text{Cs}: [\text{Xe}] \ 6s^1$
  • $\text{Fr}: [\text{Rn}] \ 7s^1$
২. পর্যায়বৃত্ত ধর্ম: ব্যাসার্ধ, আয়নন এনথ্যালপি ও ঘনত্বের ব্যতিক্রম
  • পারমাণবিক ও আয়নীয় ব্যাসার্ধ: সংশ্লিষ্ট পর্যায়ে ক্ষার ধাতুসমূহের পারমাণবিক ব্যাসার্ধ সবচেয়ে বড় হয়। গ্রুপ বরাবর উপর থেকে নিচে ($\text{Li}$ থেকে $\text{Cs}$) নতুন নতুন মুখ্য শক্তিস্তর যুক্ত হওয়ার কারণে পারমাণবিক ও আয়নীয় ব্যাসার্ধ বৃদ্ধি পায়: $$\text{পারমাণবিক ব্যাসার্ধ: } \text{Li} < \text{Na} < \text{K} < \text{Rb} < \text{Cs}$$ একটি যোজ্যতা ইলেকট্রন বর্জনের পর সৃষ্ট ধনাত্মক ক্যাটায়ন ($M^+$)-এর ব্যাসার্ধ মূল পরমাণুর চেয়ে অনেক ছোট হয়, কারণ কার্যকরী নিউক্লীয় আধান বৃদ্ধি পায়।
  • আয়নন এনথ্যালপি ($\Delta_i H$): পর্যায় সারণির প্রতিটি পর্যায়ে ক্ষার ধাতুর প্রথম আয়নন এনথ্যালপি সর্বনিম্ন হয়। উপর থেকে নিচে পারমাণবিক আকার বৃদ্ধি এবং অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রনের আবরণী প্রভাব বৃদ্ধির কারণে যোজ্যতা ইলেকট্রনটি আলগাভাবে যুক্ত থাকে; ফলে প্রথম আয়নন এনথ্যালপি হ্রাস পায় ($\text{Li} > \text{Na} > \text{K} > \text{Rb} > \text{Cs}$)।
    দ্বিতীয় আয়নন এনথ্যালপি ($\Delta_i H_2$): দ্বিতীয় ইলেকট্রনটি স্থায়ী নিষ্ক্রিয় গ্যাসীয় অষ্টক থেকে অপসারণ করতে হয় বলে দ্বিতীয় আয়নন এনথ্যালপির মান অসম্ভব রকমের বেশি। তাই ক্ষার ধাতুসমূহ সর্বদা $+1$ জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
  • ঘনত্ব ও পটাশিয়ামের ব্যতিক্রমী ধর্ম: বড় পারমাণবিক আয়তনের কারণে ক্ষার ধাতুর ঘনত্ব সাধারণ ধাতু অপেক্ষা অনেক কম; $\text{Li, Na}$ ও $\text{K}$ জলের চেয়েও হালকা!
    গ্রুপ বরাবর নিচের দিকে ঘনত্ব সাধারণত বৃদ্ধি পাওয়ার কথা থাকলেও একটি বিখ্যাত ব্যতিক্রম দেখা যায়: পটাশিয়াম ($\text{K}$)-এর ঘনত্ব সোডিয়াম ($\text{Na}$) অপেক্ষা কম! $$\text{ঘনত্বের সঠিক ক্রম: } \text{Li} (0.53\text{ g/cm}^3) < \mathbf{\text{K}} (0.86\text{ g/cm}^3) < \mathbf{\text{Na}} (0.97\text{ g/cm}^3) < \text{Rb} (1.53\text{ g/cm}^3) < \text{Cs} (1.90\text{ g/cm}^3)$$ কারণ: $\text{Na}$ থেকে $\text{K}$-এ যাওয়ার সময় পটাশিয়ামে ফাঁকা $3d$-উপকক্ষের উপস্থিতির কারণে এর পারমাণবিক আয়তনের এক বিরাট স্ফীতি ঘটে ($23.7\text{ cm}^3/\text{mol}$ থেকে লাফিয়ে $45.9\text{ cm}^3/\text{mol}$ হয়)। আয়তন বৃদ্ধির শতকরা হার পারমাণবিক ভর বৃদ্ধিকে ছাড়িয়ে যাওয়ায় পটাশিয়ামের ঘনত্ব সোডিয়াম অপেক্ষা কমে যায়।
৩. জলযোজন এনথ্যালপি ও জলীয় দ্রবণে আয়নীয় গতিশীলতা

গ্যাসীয় ক্যাটায়ন যখন জলে প্রবেশ করে, তখন জলের পোলার ডাইপোলের সাথে তড়িৎ-আকর্ষণের মাধ্যমে যুক্ত হয়ে বিপুল শক্তি নির্গত করে, যাকে জলযোজন এনথ্যালপি ($\Delta_{\text{hyd}} H^\circ$) বলে:

জলযোজন এনথ্যালপির ক্রম: জলযোজন এনথ্যালপি ক্যাটায়নের আধান ঘনত্বের (আধান / ব্যাসার্ধ) সমানুপাতিক। যেহেতু সবার আধান $+1$, তাই ক্যাটায়নের আকার যত ছোট হবে, তার জলযোজন এনথ্যালপি তত বেশি ঋণাত্মক হবে:

$$\Delta_{\text{hyd}} H^\circ: \mathbf{\text{Li}^+ > \text{Na}^+ > \text{K}^+ > \text{Rb}^+ > \text{Cs}^+}$$

জলযোজিত ব্যাসার্ধ ও তড়িৎ পরিবাহিতার বৈপরীত্য:

  • $\text{Li}^+$ এর আকার সবচেয়ে ছোট হওয়ায় এটি প্রচুর সংখ্যক জলের অণুকে সমন্বিত করে এক বিরাট জলযোজন খোলক তৈরি করে (যেমন $[\text{Li}(\text{H}_2\text{O})_6]^+$)।
  • অন্যদিকে $\text{Cs}^+$ এর আকার বড় হওয়ায় এর জলযোজন খোলক অতি নগণ্য।
  • জলযোজিত আয়নীয় ব্যাসার্ধ: $\mathbf{\text{Li}^+(\text{aq}) > \text{Na}^+(\text{aq}) > \text{K}^+(\text{aq}) > \text{Rb}^+(\text{aq}) > \text{Cs}^+(\text{aq})}$
  • জলীয় দ্রবণে গতিশীলতা ও পরিবাহিতা: জলযোজিত আকার যত বড় হয়, সান্দ্র জলের মধ্য দিয়ে চলার সময় আয়নটির ওপর তত বেশি ঘর্ষণ বল বা বাধা কাজ করে। ফলে জলীয় দ্রবণে পরিবাহিতা ও গতিশীলতার ক্রম জলযোজনের সম্পূর্ণ বিপরীত হয়: $$\text{জলীয় দ্রবণে আয়নীয় গতিশীলতা: } \mathbf{\text{Cs}^+ > \text{Rb}^+ > \text{K}^+ > \text{Na}^+ > \text{Li}^+}$$
৪. শিখা পরীক্ষা ও পারমাণবিক নিঃসরণ বর্ণালী

ক্ষার ধাতু বা এদের উদ্বায়ী ক্লোরাইড লবণকে গাঢ় $\text{HCl}$ দ্বারা আর্দ্র করে বুনসেন শিখার অনুজ্জ্বল জারণ মণ্ডলে রাখলে শিখার তাপ শক্তিতে সর্ববহিঃস্থ আলগা যোজ্যতা ইলেকট্রনটি উচ্চ শক্তিস্তরে উত্তেজিত হয়। যখন এই ইলেকট্রন পুনরায় মূল স্তরে ফিরে আসে, তখন অতিরিক্ত শক্তি দৃশ্যমান আলোর নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ফোটন হিসেবে নির্গত হয় ($\Delta E = h\nu = hc/\lambda$)। প্রতিটি ক্ষার ধাতুর নিজস্ব শক্তি ব্যবধান থাকার কারণে এরা অনন্য শিখা বর্ণ প্রদর্শন করে:

ক্ষার ধাতু তরঙ্গদৈর্ঘ্য ($\lambda$, nm) বৈশিষ্ট্যপূর্ণ শিখা বর্ণ ব্যবহারিক গুরুত্ব ও শনাক্তকরণ
লিথিয়াম ($\text{Li}$) $670.8\text{ nm}$ গাঢ় লাল / ক্রিমসন (Crimson Red) লিথিয়াম খনিজ ও মানসিক রোগের ওষুধ শনাক্তকরণ
সোডিয়াম ($\text{Na}$) $589.0, 589.6\text{ nm}$ ($D$-রেখা) সোনালী হলুদ (Golden Yellow) অতি সংবেদনশীল শিখা পরীক্ষা, রাজপথের সোডিয়াম বাষ্প বাতি
পটাশিয়াম ($\text{K}$) $766.5\text{ nm}$ ফিকে বেগুনী / লিলাক (Lilac / Violet) নীল কোবাল্ট কাচের মধ্য দিয়ে সোডিয়ামের সোনালী হলুদ বর্ণ ঢেকে দেখা হয়
রুবিডিয়াম ($\text{Rb}$) $780.0\text{ nm}$ লালচে বেগুনী (Red-Violet) পারমাণবিক ঘড়ি ও বর্ণালীবীক্ষণ গবেষণা
সিজিয়াম ($\text{Cs}$) $455.5\text{ nm}$ নীল (Blue) আন্তর্জাতিক সেকেন্ডের সংজ্ঞা প্রদানকারী সিজিয়াম ঘড়ি ও আলোক-তড়িৎ কোষ

ক্ষার ধাতুর রাসায়নিক সক্রিয়তা: অক্সাইড, পারক্সাইড, সুপারঅক্সাইড ও তরল অ্যামোনিয়ায় দ্রবণ

১. অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া: অক্সাইড-পারক্সাইড-সুপারঅক্সাইড বর্ণালী

ক্ষার ধাতুসমূহ বায়ুর সংস্পর্শে এলে দ্রুত তাদের উজ্জ্বল ধাতব দ্যুতি হারিয়ে ফেলে, কারণ ধাতুর পৃষ্ঠে অক্সাইড, হাইড্রোক্সাইড ও কার্বোনেটের আস্তরণ পড়ে। অতিরিক্ত বায়ুতে বা বিশুদ্ধ ডাই-অক্সিজেনে দহন করলে বিভিন্ন ক্ষার ধাতু ভিন্ন ভিন্ন শ্রেণির অক্সিজেন যৌগ উৎপন্ন করে:

দহনজাত পদার্থের প্রকৃতি:

  • লিথিয়াম: বায়ুতে পুড়ে মূলত স্বাভাবিক মনোক্সাইড ($\text{Li}_2\text{O}$) গঠন করে, সাথে সামান্য পারক্সাইড থাকে: $$4\text{Li}(s) + \text{O}_2(g) \to 2\text{Li}_2\text{O}(s) \quad (\text{অক্সাইড আয়ন: } \text{O}^{2-})$$
  • সোডিয়াম: বায়ুতে পুড়ে প্রধানত পারক্সাইড ($\text{Na}_2\text{O}_2$) উৎপন্ন করে: $$2\text{Na}(s) + \text{O}_2(g) \to \text{Na}_2\text{O}_2(s) \quad (\text{পারক্সাইড আয়ন: } \text{O}_2^{2-})$$
  • পটাশিয়াম, রুবিডিয়াম, সিজিয়াম: সরাসরি পুড়ে প্রধানত সুপারঅক্সাইড ($\text{KO}_2, \text{RbO}_2, \text{CsO}_2$) উৎপন্ন করে: $$M(s) + \text{O}_2(g) \to MO_2(s) \quad (M = \text{K, Rb, Cs}; \ \text{সুপারঅক্সাইড আয়ন: } \text{O}_2^-)$$
২. সুপারঅক্সাইডের স্থায়িত্বের কৌশল ও পরাচৌম্বকীয় ধর্ম

গ্রুপ বরাবর নিচের দিকে নামার সাথে সাথে পারক্সাইড ও সুপারঅক্সাইডের স্থায়িত্ব কেন ক্রমাগত বৃদ্ধি পায়?

ল্যাটিস শক্তি ও আকার-সামঞ্জস্যের নীতি:

  • অক্সাইড আয়ন ($\text{O}^{2-}$) আকারে ছোট ($140\text{ pm}$), পারক্সাইড আয়ন ($\text{O}_2^{2-}$) মাঝারি ($180\text{ pm}$) এবং সুপারঅক্সাইড আয়ন ($\text{O}_2^-$) বেশ বড় ($190\text{ pm}$)।
  • কেলাস জালক শক্তি তত্ত্ব অনুযায়ী, ক্যাটায়ন ও অ্যানায়নের আকার যখন সমান বা প্রায় কাছাকাছি হয়, তখন কেলাসটি সর্বাধিক ল্যাটিস স্থায়িত্ব অর্জন করে।
  • $\text{Li}^+$ অত্যন্ত ক্ষুদ্র হওয়ায় এর স্থির-তড়িৎ ধ্রুবণ ক্ষেত্র প্রবল; এটি বৃহৎ $\text{O}_2^-$ বা $\text{O}_2^{2-}$ আয়নকে ভেঙে ছোট $\text{O}^{2-}$ আয়নে রূপান্তরিত করে এবং বিপুল ল্যাটিস শক্তি দ্বারা $\text{Li}_2\text{O}$ কেলাস গঠন করে।
  • বিপরীতে বৃহৎ আকারের $\text{K}^+, \text{Rb}^+$ ও $\text{Cs}^+$ আয়নগুলি মৃদু তড়িৎক্ষেত্রের অধিকারী হওয়ায় এরা বৃহৎ সুপারঅক্সাইড আয়নকে ধ্রুবিত বা বিকৃত করে না। ফলে আকারের সামঞ্জস্যের কারণে এদের সুপারঅক্সাইড ল্যাটিস অত্যন্ত স্থিতিশীল হয়।
  • সুপারঅক্সাইডের পরাচৌম্বকত্ব (Paramagnetism): সুপারঅক্সাইড আয়নে ($\text{O}_2^-$) মোট $8 + 8 + 1 = 17$টি যোজ্যতা ইলেকট্রন থাকে। আণবিক কক্ষক (MO) তত্ত্ব অনুসারে এর ইলেকট্রন বিন্যাস হলো: $\sigma_{1s}^2 \sigma^*_{1s}^2 \sigma_{2s}^2 \sigma^*_{2s}^2 \sigma_{2p_z}^2 \pi_{2p_x}^2 \pi_{2p_y}^2 \pi^*_{2p_x}^2 \pi^*_{2p_y}^1$।
    যেহেতু এর বিপরীত-বন্ধনী $\pi^*$ কক্ষকে একটি বিজোড় ইলেকট্রন বর্তমান, তাই সমস্ত ক্ষার ধাতুর সুপারঅক্সাইড ($\text{KO}_2, \text{RbO}_2, \text{CsO}_2$) পরাচৌম্বকীয় ও রঙিন (হলুদ থেকে কমলা) হয়।
    সাবমেরিন ও মহাকাশযানে ব্যবহার: $\text{KO}_2$ নির্গত নিঃশ্বাসের আর্দ্রতা ও $\text{CO}_2$ গ্যাস শোষণ করে জীবনদায়ী অক্সিজেন গ্যাস উৎপাদন করে: $$4\text{KO}_2(s) + 2\text{CO}_2(g) \to 2\text{K}_2\text{CO}_3(s) + 3\text{O}_2(g)$$
৩. জল, হাইড্রোজেন ও বিজারণ ক্ষমতার স্বরূপ
  • জলের সাথে বিক্রিয়া: ক্ষার ধাতুসমূহ তীব্র তাপমোচী বিক্রিয়ার মাধ্যমে জলের সাথে বিক্রিয়া করে ধাতব হাইড্রোক্সাইড ও দাহ্য হাইড্রোজেন গ্যাস মুক্ত করে: $$2M(s) + 2\text{H}_2\text{O}(l) \to 2M^+(aq) + 2\text{OH}^-(aq) + \text{H}_2(g) \uparrow$$ গ্রুপ বরাবর উপর থেকে নিচে বিক্রিয়ার তীব্রতা বৃদ্ধি পায়। সোডিয়াম রূপালী পিণ্ডের মতো জলের ওপর ছোটাছুটি করে এবং পটাশিয়াম ক্ষিপ্র শিখাসহ জ্বলে ওঠে।
  • জলীয় দ্রবণে বিজারণ ক্ষমতা: জলীয় দ্রবণে ক্ষার ধাতুসমূহ অত্যন্ত শক্তিশালী বিজারক হিসেবে কাজ করে, যা প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব ($E^\circ$) দ্বারা পরিমাপ করা হয়।
    সবচেয়ে বিস্ময়কর বিষয় হলো: সর্বোচ্চ প্রথম আয়নন এনথ্যালপি থাকা সত্ত্বেও জলীয় দ্রবণে লিথিয়াম হলো সবচেয়ে শক্তিশালী বিজারক ($E^\circ = -3.05\text{ V}$)!
    থার্মোডাইনামিক ব্যাখ্যা: প্রমাণ বিজারণ বিভব তিনটি ধাপের মোট এনথ্যালপির ওপর নির্ভর করে: $$\text{উর্ধ্বপাতন: } M(s) \xrightarrow{\Delta_{\text{sub}} H} M(g)$$ $$\text{আয়নন: } M(g) \xrightarrow{\Delta_i H} M^+(g) + e^-$$ $$\text{জলযোজন: } M^+(g) + \text{aq} \xrightarrow{\Delta_{\text{hyd}} H} M^+(aq)$$ লিথিয়ামের উর্ধ্বপাতন ও আয়নন শক্তি বেশি হলেও এর ক্ষুদ্র আকারের জন্য জলযোজন এনথ্যালপির মান অসম্ভব রকমের ঋণাত্মক ($\approx -506\text{ kJ/mol}$) হয়। এই বিপুল নির্গত শক্তি পূর্ববর্তী দুটি ধাপের প্রয়োজনীয় শক্তিকে সহজেই পুষিয়ে দেয়, যার ফলে পর্যায় সারণির সমস্ত মৌলের মধ্যে লিথিয়ামের প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব সর্বাধিক ঋণাত্মক হয়।
৪. তরল অ্যামোনিয়ায় ক্ষার ধাতুর দ্রবণ

ক্ষার ধাতুসমূহ অনার্দ্র তরল অ্যামোনিয়ায় অতি সহজে দ্রবীভূত হয় এবং হাইড্রোজেন মুক্ত না করে চমৎকার দ্রবণ তৈরি করে:

দ্রবণের মাত্রা ভৌত বর্ণ চৌম্বকীয় প্রকৃতি তড়িৎ পরিবাহিতার কৌশল ও কারণ
লঘু দ্রবণ (< 3 M) গাঢ় নীল (Deep Blue) পরাচৌম্বকীয় (মুক্ত বিজোড় ইলেকট্রনযুক্ত) দ্রবণে ক্যাটায়ন ও ইলেকট্রন অ্যামোনিয়ার অণু দ্বারা দ্রাবকায়িত হয়: $$M + (x+y)\text{NH}_3 \to [M(\text{NH}_3)_x]^+ + [e(\text{NH}_3)_y]^-$$ এই অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রন $[e(\text{NH}_3)_y]^-$ দৃশ্যমান আলোর লাল অঞ্চলের ফোটন শোষণ করে উচ্চ শক্তিস্তরে যায়, যার ফলে পরিপূরক বর্ণ হিসেবে দ্রবণটি গাঢ় নীল দেখায়।
গাঢ় দ্রবণ (> 3 M) তামাটে বা ব্রোঞ্জ দ্যুতি (Bronze) তিরশ্চৌম্বকীয় (ইলেকট্রন জোড় বাঁধে) ধাতব পরিবাহিতা: দ্রবণ গাঢ় হলে মুক্ত অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রনসমূহ পরস্পরের সাথে জোড় বাঁধে ($2[e(\text{NH}_3)_y]^- \to [e_2(\text{NH}_3)_{2y}]^{2-}$)। ফলে পরাচৌম্বকত্ব বিলুপ্ত হয়ে তিরশ্চৌম্বকত্ব দেখা দেয় এবং দ্রবণটি গলিত ধাতুর মতো চমৎকার ধাতব দ্যুতি ও অতি উচ্চ তড়িৎ পরিবাহিতা প্রদর্শন করে।
দীর্ঘক্ষণ রেখে দিলে বা অনুঘটকের উপস্থিতিতে বর্ণহীন হয়ে যায় ও $\text{H}_2$ গ্যাস নির্গত হয় তিরশ্চৌম্বকীয় অ্যামাইড দ্রবণ ধাতব অ্যামাইডে রূপান্তর: $$M + \text{NH}_3(l) \xrightarrow{\text{Fe অনুঘটক}} M\text{NH}_2(s) + \frac{1}{2}\text{H}_2(g) \uparrow$$

লিথিয়ামের অস্বাভাবিক আচরণ এবং ম্যাগনেসিয়ামের সাথে তির্যক সম্পর্ক

১. লিথিয়ামের অস্বাভাবিক আচরণের কারণ

গ্রুপ ১-এর প্রথম মৌল হওয়ায় লিথিয়াম তার অন্যান্য সমগোত্রীয় মৌলসমূহ ($\text{Na, K, Rb, Cs}$) থেকে বহুলাংশে ভিন্ন ধর্ম প্রদর্শন করে। এই অস্বাভাবিকতার প্রধান তিনটি কারণ হলো:

  1. ব্যতিক্রমী ক্ষুদ্র পারমাণবিক ও আয়নীয় আকার: $\text{Li}$ পরমাণুর ব্যাসার্ধ মাত্র $152\text{ pm}$ এবং $\text{Li}^+$ আয়নের ব্যাসার্ধ মাত্র $76\text{ pm}$।
  2. উচ্চ ধ্রুবণ ক্ষমতা (High Polarizing Power): ফ্যাজানের নিয়ম (Fajans' Rules) অনুসারে ধ্রুবণ ক্ষমতা ক্যাটায়নের আধান ঘনত্বের সমানুপাতিক ($\text{আধান} / \text{ব্যাসার্ধ}^2$)। $\text{Li}^+$ আয়নের উচ্চ ধ্রুবণ ক্ষমতার কারণে এটি বৃহৎ অ্যানায়নের ইলেকট্রন মেঘকে তীব্রভাবে বিকৃত করে, ফলে লিথিয়ামের যৌগে প্রচুর সমযোজী চরিত্র দেখা যায়।
  3. উচ্চ তড়িৎ-ঋণাত্মকতা ও উচ্চ আয়নন এনথ্যালপি: তড়িৎ-ঋণাত্মকতা $1.0$ (ক্ষার ধাতুর মধ্যে সর্বোচ্চ) এবং $\Delta_i H$ হলো $520\text{ kJ/mol}$।
২. লিথিয়াম ও অন্যান্য ক্ষার ধাতুর ধর্মের সুস্পষ্ট তুলনা
বৈশিষ্ট্য লিথিয়াম ($\text{Li}$) অন্যান্য ক্ষার ধাতু ($\text{Na, K, Rb, Cs}$)
কঠিনতা ও গলনাঙ্ক দৃঢ় ধাতব বন্ধনের কারণে অনেক বেশি শক্ত; গলনাঙ্ক উচ্চ ($181^\circ\text{C}$) খুব নরম (সাধারণ ছুরি দিয়ে সহজেই কাটা যায়); গলনাঙ্ক অনেক কম
নাইট্রোজেনের সাথে বিক্রিয়া বায়ুর $\text{N}_2$ গ্যাসের সাথে উত্তাপে সরাসরি যুক্ত হয়ে স্থায়ী নাইট্রাইড গঠন করে: $$6\text{Li} + \text{N}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Li}_3\text{N}$$ নাইট্রোজেনের সাথে কোনো অবস্থাতেই সরাসরি বিক্রিয়া করে নাইট্রাইড তৈরি করে না
হ্যালাইডের বন্ধন ও দ্রাব্যতা $\text{LiCl}$ উল্লেখযোগ্যভাবে সমযোজী, জলগ্রাহী (কেলাস $\text{LiCl}\cdot 2\text{H}_2\text{O}$), এবং জৈব দ্রাবকে (অ্যালকোহল, অ্যাসিটোন, পিরিডিন) দ্রবণীয় হ্যালাইডসমূহ বিশুদ্ধ আয়নীয়, অনার্দ্র এবং জৈব দ্রাবকে সম্পূর্ণ অদ্রবণীয়
কার্বোনেটের তাপীয় স্থায়িত্ব $\text{Li}_2\text{CO}_3$ উত্তাপে অস্থিতিশীল; মৃদু উত্তাপেই বিয়োজিত হয়ে অক্সাইড ও $\text{CO}_2$ দেয়: $$\text{Li}_2\text{CO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Li}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow$$ কার্বোনেটসমূহ ($M_2\text{CO}_3$) তাপে অত্যন্ত স্থায়ী এবং রক্তিম উত্তপ্ত অবস্থাতেও বিয়োজিত হয় না
নাইট্রেটের তাপীয় বিয়োজন উত্তাপে বিয়োজিত হয়ে ধাতব অক্সাইড, বাদামী $\text{NO}_2$ ও $\text{O}_2$ গ্যাস উৎপন্ন করে: $$4\text{LiNO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Li}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 \uparrow + \text{O}_2 \uparrow$$ মৃদু উত্তাপে বিয়োজিত হয়ে ধাতব নাইট্রাইট ও অক্সিজেন দেয়: $$2M\text{NO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2M\text{NO}_2 + \text{O}_2 \uparrow$$
হাইড্রোজেন কার্বোনেট (বাইকার্বোনেট) $\text{LiHCO}_3$ কঠিন অবস্থায় পাওয়া যায় না; কেবল জলীয় দ্রবণে বিদ্যমান থাকে কঠিন কেলাসাকার বাইকার্বোনেট গঠন করে (যেমন কঠিন $\text{NaHCO}_3, \text{KHCO}_3$)
৩. লিথিয়াম ও ম্যাগনেসিয়ামের তির্যক সম্পর্ক (Diagonal Relationship)

পর্যায় সারণির দ্বিতীয় পর্যায়ের মৌলসমূহের সাথে পরবর্তী গ্রুপে অবস্থিত তৃতীয় পর্যায়ের কর্ণের বিপরীত মৌলের ধর্মের এক আশ্চর্য সাদৃশ্য পরিলক্ষিত হয়। লিথিয়াম ($\text{Li}$, গ্রুপ ১, পর্যায় ২) এবং ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}$, গ্রুপ ২, পর্যায় ৩)-এর মধ্যে সুপরিচিত তির্যক সম্পর্ক বিদ্যমান:

তির্যক সম্পর্কের অন্তর্নিহিত কারণ:

  • পর্যায় সারণিতে বাম থেকে ডানে গেলে আকার হ্রাস পায় এবং আধান বৃদ্ধি পায়, ফলে ধ্রুবণ ক্ষমতা বাড়ে।
  • গ্রুপ বরাবর উপর থেকে নিচে গেলে আকার বৃদ্ধি পায় এবং আধান অপরিবর্তিত থাকে, ফলে ধ্রুবণ ক্ষমতা কমে।
  • কর্ণ বরাবর তির্যকভাবে ডান ও নিচে গেলে এই বিপরীতমুখী প্রভাব দুটি পরস্পরকে প্রায় সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত করে দেয়!
  • ধ্রুবণ ক্ষমতার অনুপাত ($\text{আধান} / \text{ব্যাসার্ধ}$): $$\text{Li}^+: \frac{1}{76\text{ pm}} = 0.013; \quad \text{Mg}^{2+}: \frac{2}{72\text{ pm}} = 0.027 \implies \text{আধান ঘনত্ব ও তড়িৎ-ঋণাত্মকতা প্রায় সমান}$$
  • তড়িৎ-ঋণাত্মকতা: $\text{Li} = 1.0, \ \text{Mg} = 1.2$ (খুব কাছাকাছি)।
৪. Li ও Mg এর তির্যক সাদৃশ্যের রাসায়নিক প্রমাণ
  1. সরাসরি নাইট্রাইড গঠন: $\text{Li}$ ও $\text{Mg}$ উভয় ধাতুই বায়ুর নাইট্রোজেনের সাথে সরাসরি উত্তাপে যুক্ত হয়ে স্থায়ী আয়নীয় নাইট্রাইড উৎপন্ন করে: $$6\text{Li} + \text{N}_2 \to 2\text{Li}_3\text{N}; \quad 3\text{Mg} + \text{N}_2 \to \text{Mg}_3\text{N}_2$$ উভয় নাইট্রাইডই আর্দ্র-বিশ্লেষিত হয়ে অ্যামোনিয়া গ্যাস নির্গত করে: $\text{Li}_3\text{N} + 3\text{H}_2\text{O} \to 3\text{LiOH} + \text{NH}_3 \uparrow$।
  2. কার্বোনেটের তাপীয় বিয়োজন: উভয় ধাতুর কার্বোনেট উত্তাপে বিয়োজিত হয়ে ধাতব অক্সাইড ও কার্বন ডাই-অক্সাইড গ্যাস উৎপন্ন করে: $$\text{Li}_2\text{CO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Li}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow; \quad \text{MgCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{MgO} + \text{CO}_2 \uparrow$$
  3. নাইট্রেটের সমরূপ বিয়োজন: উভয় ধাতুর নাইট্রেট উত্তাপে বিয়োজিত হয়ে ধাতব অক্সাইড, বাদামী $\text{NO}_2$ গ্যাস ও অক্সিজেন উৎপন্ন করে: $$4\text{LiNO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Li}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2; \quad 2\text{Mg}(\text{NO}_3)_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{MgO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$
  4. ক্লোরাইডের জলগ্রাহী ধর্ম ও সমযোজী চরিত্র: $\text{LiCl}$ ও $\text{MgCl}_2$ উভয় লবণই বাতাসে জলগ্রাহী (deliquescent) এবং জলীয় দ্রবণ থেকে কেলাসিত হয়ে যথাক্রমে $\text{LiCl}\cdot 2\text{H}_2\text{O}$ ও $\text{MgCl}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ দেয়। উভয় ক্লোরাইডই অ্যালকোহল ও পিরিডিনের মতো জৈব দ্রাবকে দ্রবণীয়।
  5. ফ্লোরাইড, কার্বোনেট ও ফসফেটের স্বল্প দ্রাব্যতা: ক্ষার ধাতুর অন্যান্য লবণের তুলনায় লিথিয়াম ও ম্যাগনেসিয়ামের ফ্লোরাইড ($\text{LiF}, \text{MgF}_2$), কার্বোনেট ($\text{Li}_2\text{CO}_3, \text{MgCO}_3$) এবং ফসফেট ($\text{Li}_3\text{PO}_4, \text{Mg}_3(\text{PO}_4)_2$) জলে অত্যন্ত স্বল্প দ্রবণীয়।

গ্রুপ ২ ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতুসমূহ: পর্যায়বৃত্ত ধর্ম, জলযোজন, রাসায়নিক সক্রিয়তা ও শিখা বর্ণালী

১. সাধারণ বৈশিষ্ট্য ও যোজ্যতা ইলেকট্রন বিন্যাস

পর্যায় সারণির দ্বিতীয় শ্রেণিকে ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু (Alkaline Earth Metals) বলা হয়। এতে বেরিলিয়াম ($\text{Be}, Z=4$), ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}, Z=12$), ক্যালসিয়াম ($\text{Ca}, Z=20$), স্ট্রনশিয়াম ($\text{Sr}, Z=38$), বেরিয়াম ($\text{Ba}, Z=56$) এবং তেজস্ক্রিয় রেডিয়াম ($\text{Ra}, Z=88$) অন্তর্ভুক্ত। এদের অক্সাইডসমূহ ক্ষারীয় প্রকৃতির এবং প্রাচীনকালে ভূত্বকের পাথুরে খনিজকে "মৃত্তিকা" বা "earth" বলা হতো বলেই এদের ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু নাম দেওয়া হয়েছে।

যোজ্যতা ইলেকট্রন বিন্যাস: এদের সর্ববহিঃস্থ s-কক্ষে দুটি ইলেকট্রন থাকে:

$$\text{সাধারণ বিন্যাস: } [\text{নিষ্ক্রিয় গ্যাস}] \ ns^2 \quad (n = 2 \text{ থেকে } 7)$$
  • $\text{Be}: [\text{He}] \ 2s^2$
  • $\text{Mg}: [\text{Ne}] \ 3s^2$
  • $\text{Ca}: [\text{Ar}] \ 4s^2$
  • $\text{Sr}: [\text{Kr}] \ 5s^2$
  • $\text{Ba}: [\text{Xe}] \ 6s^2$
  • $\text{Ra}: [\text{Rn}] \ 7s^2$

যৌগে এরা সর্বদা $+2$ জারণ অবস্থা ($M^{2+}$ ক্যাটায়ন) প্রদর্শন করে।

২. তুলনামূলক পর্যায়বৃত্ত প্রবণতা: গ্রুপ ২ বনাম গ্রুপ ১
  • পারমাণবিক ও আয়নীয় ব্যাসার্ধ: অতিরিক্ত কার্যকরী নিউক্লীয় আধান ($Z$) ইলেকট্রন মেঘকে তীব্রভাবে ভেতরের দিকে আকর্ষণ করার কারণে গ্রুপ ২ ধাতুর পারমাণবিক ও আয়নীয় ব্যাসার্ধ সংশ্লিষ্ট পর্যায়ের গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতু অপেক্ষা ছোট হয়: $$\text{ব্যাসার্ধ: } \text{Be} < \text{Mg} < \text{Ca} < \text{Sr} < \text{Ba}$$
  • আয়নন এনথ্যালপি:
    • প্রথম আয়নন এনথ্যালপি ($\Delta_i H_1$): ক্ষুদ্র আকার এবং সম্পূর্ণ পূর্ণ $ns^2$ উপকক্ষের অতিরিক্ত স্থায়িত্বের কারণে ক্ষার ধাতু অপেক্ষা বেশি।
    • দ্বিতীয় আয়নন এনথ্যালপি ($\Delta_i H_2$): ক্ষার ধাতুর দ্বিতীয় আয়নন এনথ্যালপি অপেক্ষা অনেক কম, কারণ দ্বিতীয় ইলেকট্রন বর্জনের পর এরা স্থায়ী নিষ্ক্রিয় গ্যাসীয় কাঠামো লাভ করে। ফলে এরা ডাইভ্যালেন্ট $M^{2+}$ গঠন করে।
  • জলযোজন এনথ্যালপি: দ্বিগুণ ধনাত্মক আধান ($+2$) এবং ক্ষুদ্র আকারের কারণে এদের জলযোজন এনথ্যালপির মান ক্ষার ধাতুসমূহ অপেক্ষা প্রায় চার থেকে পাঁচ গুণ বেশি ঋণাত্মক হয়! $$\Delta_{\text{hyd}} H^\circ: \mathbf{\text{Be}^{2+} > \text{Mg}^{2+} > \text{Ca}^{2+} > \text{Sr}^{2+} > \text{Ba}^{2+}}$$ এই কারণে ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতুর লবণসমূহ কেলাসে প্রচুর জল ধারণ করে: যেমন $\text{MgCl}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ ও $\text{CaCl}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, যেখানে $\text{NaCl}$ বা $\text{KCl}$ অনার্দ্র থাকে।
  • কঠিনতা ও গলনাঙ্ক: দুটি যোজ্যতা ইলেকট্রন ধাতব বন্ধনে অংশগ্রহণ করায় এবং পারমাণবিক দূরত্ব কম হওয়ায় এদের ধাতব বন্ধন ক্ষার ধাতু অপেক্ষা অনেক বেশি শক্তিশালী। ফলে এদের ঘনত্ব, কঠিনতা, গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক অনেক বেশি হয়।
৩. ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতুর শিখা নিঃসরণ বর্ণালী

ক্যালসিয়াম, স্ট্রনশিয়াম ও বেরিয়াম বাষ্পীভূত হয়ে বুনসেন শিখায় বৈশিষ্ট্যপূর্ণ দৃশ্যমান আলোক নিঃসরণ করে:

গ্রুপ ২ মৌল বৈশিষ্ট্যপূর্ণ শিখা বর্ণ নিঃসরণ তরঙ্গদৈর্ঘ্য ও বৈশিষ্ট্য
ক্যালসিয়াম ($\text{Ca}$) ইটের মতো লাল (Brick Red) $\lambda \approx 622\text{ nm}, 554\text{ nm}$
স্ট্রনশিয়াম ($\text{Sr}$) গাঢ় লাল / ক্রিমসন (Crimson Red) $\lambda \approx 606\text{ nm}, 668\text{ nm}$ (আতশবাজির লাল শিখা)
বেরিয়াম ($\text{Ba}$) আপেল সবুজ (Apple Green) $\lambda \approx 524\text{ nm}, 514\text{ nm}$ (আতশবাজির সবুজ শিখা)
বেরিলিয়াম ($\text{Be}$) ও ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}$) কোনো বর্ণ দেখায় না (বর্ণহীন / No Color) কারণ: $\text{Be}$ ও $\text{Mg}$ পরমাণুর আকার অত্যন্ত ক্ষুদ্র এবং কার্যকর নিউক্লীয় আধান খুব বেশি হওয়ায় এদের সর্ববহিঃস্থ যোজ্যতা ইলেকট্রন দুটি অতি দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে। বুনসেন শিখার সাধারণ তাপ শক্তিতে এদের ইলেকট্রন উচ্চ শক্তিস্তরে উত্তেজিত হতে পারে না; ফলে এরা কোনো দৃশ্যমান আলো বিকিরণ করে না।
৪. রাসায়নিক সক্রিয়তার সাধারণ প্রবণতা
  • অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া:
    • $\text{Be}$ ও $\text{Mg}$ ঘরের সাধারণ তাপমাত্রায় রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় থাকে, কারণ এদের পৃষ্ঠে একটি অভেদ্য পাতলা প্রতিরক্ষামূলক অক্সাইড আস্তরণ তৈরি হয়। প্রজ্বলিত করলে $\text{Mg}$ উজ্জ্বল সাদা আলো সহ পুড়ে $\text{MgO}$ ও $\text{Mg}_3\text{N}_2$ তৈরি করে।
    • $\text{Ca, Sr}$ ও $\text{Ba}$ দ্রুত পুড়ে স্বাভাবিক মনোক্সাইড ($MO$) এবং বেরিয়াম পারক্সাইড ($\text{BaO}_2$) উৎপন্ন করে।
    • অক্সাইডের ক্ষারকীয়তা: $\text{BeO}$ উভধর্মী (amphoteric); $\text{MgO}$ মৃদু ক্ষারীয়; $\text{CaO, SrO}$ ও $\text{BaO}$ তীব্র ক্ষারীয়। $$\text{ক্ষারকীয়তার ক্রম: } \mathbf{\text{BeO (উভধর্মী)} < \text{MgO} < \text{CaO} < \text{SrO} < \text{BaO (তীব্রতম ক্ষারক)}}$$
  • জলের সাথে বিক্রিয়া:
    • $\text{Be}$ ফুটন্ত জল বা বাষ্পের সাথেও বিক্রিয়া করে না।
    • $\text{Mg}$ ঠান্ডা জলের সাথে খুব ধীরে কিন্তু জলীয় বাষ্পের সাথে দ্রুত বিক্রিয়া করে: $\text{Mg} + \text{H}_2\text{O}(g) \to \text{MgO} + \text{H}_2 \uparrow$।
    • $\text{Ca, Sr}$ ও $\text{Ba}$ ঠান্ডা জলের সাথেই ক্ষিপ্র বিক্রিয়ায় ক্ষার ও হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করে: $$M(s) + 2\text{H}_2\text{O}(l) \to M(\text{OH})_2(aq) + \text{H}_2(g) \uparrow$$
    • হাইড্রোক্সাইডের দ্রাব্যতা: গ্রুপ বরাবর নিচে হাইড্রোক্সাইডের দ্রাব্যতা বৃদ্ধি পায় ($\text{Be(OH)}_2 < \text{Mg(OH)}_2 < \text{Ca(OH)}_2 < \text{Sr(OH)}_2 < \text{Ba(OH)}_2$), কারণ ল্যাটিস শক্তি জলযোজন শক্তি অপেক্ষা দ্রুত হ্রাস পায়।
    • সালফেটের দ্রাব্যতা: গ্রুপ বরাবর নিচে সালফেটের দ্রাব্যতা দ্রুত হ্রাস পায় ($\text{BeSO}_4 > \text{MgSO}_4 \gg \text{CaSO}_4 > \text{SrSO}_4 > \text{BaSO}_4$), কারণ বৃহৎ সালফেট অ্যানায়নের উপস্থিতিতে ল্যাটিস শক্তি প্রায় অপরিবর্তিত থাকে কিন্তু ক্যাটায়নের জলযোজন শক্তি $\text{Be}^{2+}$ থেকে $\text{Ba}^{2+}$-এ দ্রুত কমে যায়।

বেরিলিয়ামের অস্বাভাবিক ধর্ম, অ্যালুমিনিয়ামের সাথে তির্যক সম্পর্ক ও ক্যালসিয়ামের শিল্পজাত যৌগ

১. বেরিলিয়ামের ব্যতিক্রমী ধর্ম ও Be-Al তির্যক সম্পর্ক

বেরিলিয়াম ($\text{Be}$) তার অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকার ($r_{\text{Be}^{2+}} = 31\text{ pm}$), উচ্চ তড়িৎ-ঋণাত্মকতা ($1.5$) এবং ফাঁকা $d$-কক্ষকের অনুপস্থিতির কারণে গ্রুপ ২-এর অন্যান্য মৌল অপেক্ষা সম্পূর্ণ ভিন্ন আচরণ প্রদর্শন করে। এর সর্বোচ্চ সমযোজ্যতা ৪-এর বেশি হতে পারে না। পর্যায় সারণিতে বেরিলিয়াম গ্রুপ ১৩-র অ্যালুমিনিয়াম ($\text{Al}$)-এর সাথে অনন্য তির্যক সম্পর্ক প্রদর্শন করে:

ভৌত ভিত্তি: $\text{Be}^{2+}$ এবং $\text{Al}^{3+}$ আয়নের আধান ও ব্যাসার্ধের অনুপাত বা আধান ঘনত্ব প্রায় অভিন্ন:

$$\text{ধ্রুবণ অনুপাত: } \frac{2}{31\text{ pm}} \approx 0.064 \quad \text{বনাম} \quad \frac{3}{53.5\text{ pm}} \approx 0.056 \implies \text{আধান ঘনত্ব প্রায় সমান}$$
২. Be ও Al এর তির্যক সাদৃশ্যের সুনির্দিষ্ট রাসায়নিক প্রমাণ
  1. গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা নিষ্ক্রিয়করণ (Passivation): গাঢ় $\text{HNO}_3$ অ্যাসিডের সংস্পর্শে $\text{Be}$ ও $\text{Al}$ উভয়েই সম্পূর্ণ রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়ে, কারণ ধাতুর পৃষ্ঠে সাথে সাথে একটি সূক্ষ্ম অভেদ্য সুরক্ষামূলক অক্সাইড আস্তরণ ($\text{BeO}$ ও $\text{Al}_2\text{O}_3$) গঠিত হয়।
  2. উভধর্মী অক্সাইড ও হাইড্রোক্সাইড: অন্যান্য গ্রুপ ২ ক্ষারকের বিপরীত, $\text{BeO}$ এবং $\text{Be(OH)}_2$ হলো উভধর্মী; এরা অ্যাসিড ও তীব্র ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে, ঠিক যেমন $\text{Al}_2\text{O}_3$ এবং $\text{Al(OH)}_3$ করে: $$\text{Be(OH)}_2 + 2\text{OH}^- \to [\text{Be(OH)}_4]^{2-} \quad (\text{বেরিলেট আয়ন})$$ $$\text{Al(OH)}_3 + \text{OH}^- \to [\text{Al(OH)}_4]^- \quad (\text{অ্যালুমিনেট আয়ন})$$
  3. ক্লোরো-সেতুযুক্ত হ্যালাইড পলিমার:
    • বাষ্পীয় অবস্থায় $\text{BeCl}_2$ ক্লোরো-সেতুযুক্ত সমতলীয় ডাইমার ($\text{Be}_2\text{Cl}_4$) এবং কঠিন অবস্থায় দীর্ঘ সমযোজী পলিমার হিসেবে থাকে।
    • অনুরূপভাবে অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড বাষ্পীয় অবস্থায় ও জৈব দ্রাবকে ক্লোরো-সেতুযুক্ত ডাইমার ($\text{Al}_2\text{Cl}_6$) হিসেবে থাকে। উভয় যৌগই শক্তিশালী লুইস অ্যাসিড এবং জৈব ফ্রিডেল-ক্রাফটস বিক্রিয়ায় অনুঘটক হিসেবে কাজ করে!
  4. কার্বাইডের আর্দ্র-বিশ্লেষণ (মিথেনাইড কার্বাইড): বেরিলিয়াম কার্বাইড ($\text{Be}_2\text{C}$) ও অ্যালুমিনিয়াম কার্বাইড ($\text{Al}_4\text{C}_3$) জলের সাথে বিক্রিয়া করে বিশুদ্ধ মিথেন গ্যাস ($\text{CH}_4$) উৎপন্ন করে: $$\text{Be}_2\text{C} + 4\text{H}_2\text{O} \to 2\text{Be(OH)}_2 + \text{CH}_4 \uparrow; \quad \text{Al}_4\text{C}_3 + 12\text{H}_2\text{O} \to 4\text{Al(OH)}_3 + 3\text{CH}_4 \uparrow$$
৩. ক্যালসিয়ামের গুরুত্বপূর্ণ শিল্পজাত যৌগসমূহ

১. পোড়া চুন (Quicklime - ক্যালসিয়াম অক্সাইড, $\text{CaO}$):

  • চুনাপাথরকে ($\text{CaCO}_3$) রোটারি বা ঘূর্ণায়মান চুল্লিতে $1070\text{--}1270\text{ K}$ তাপমাত্রায় তাপবিয়োজন ঘটিয়ে প্রস্তুত করা হয়: $$\text{CaCO}_3(s) \xrightleftharpoons{\Delta} \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g) \uparrow$$ লা শাতেলিয়ের নীতি অনুযায়ী উৎপন্ন $\text{CO}_2$ গ্যাসকে ক্রমাগত অপসারণ করতে হয় যাতে সম্মুখবর্তী বিক্রিয়া সম্পন্ন হয়।
  • চুনের নির্বাপণ বা স্লেকিং (Slaking of Lime): পোড়া চুনে পরিমিত জল যোগ করলে প্রচণ্ড হিস্ হিস্ শব্দ ও প্রবল তাপ নির্গমন সহ চুন ভেঙে গুঁড়ো হয়ে কলিচুন বা স্লেকড চুন উৎপন্ন হয়: $$\text{CaO}(s) + \text{H}_2\text{O}(l) \to \text{Ca(OH)}_2(s) \quad (\Delta H = -65\text{ kJ/mol})$$

২. কলিচুন ও চুনের জল ($\text{Ca(OH)}_2$):

  • কলিচুনের পরিষ্কার জলীয় দ্রবণকে চুনের জল (lime water) এবং ঘন দুধের মতো প্রলম্বনকে মিল্ক অব লাইম (milk of lime) বলে।
  • কার্বন ডাই-অক্সাইড পরীক্ষা: চুনের জলের মধ্য দিয়ে অল্প পরিমাণ $\text{CO}_2$ চালনা করলে অদ্রবণীয় ক্যালসিয়াম কার্বোনেটের শ্বেত ঘোলাটে অধঃক্ষেপ পড়ে: $$\text{Ca(OH)}_2(aq) + \text{CO}_2(g) \to \text{CaCO}_3(s) \downarrow (\text{ঘোলাটে}) + \text{H}_2\text{O}(l)$$ অতিরিক্ত $\text{CO}_2$ চালনা করলে দ্রবণীয় ক্যালসিয়াম বাইকার্বোনেট তৈরি হওয়ায় দ্রবণটি পুনরায় স্বচ্ছ হয়ে যায়: $$\text{CaCO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \to \text{Ca(HCO}_3)_2(aq) \quad (\text{স্বচ্ছ দ্রবণ})$$

৩. প্লাস্টার অব প্যারিস ($\text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$ বা $2\text{CaSO}_4 \cdot \text{H}_2\text{O}$):

  • প্রাকৃতিক জিপসাম ($\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}$)-কে রোটারি ভাটিতে নিয়ন্ত্রিতভাবে ঠিক ৩৯৩ K ($120^\circ\text{C}$) তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে প্রস্তুত করা হয়: $$\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}(s) \xrightarrow{393\text{ K}} \text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}(s) + 1\frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}(g) \uparrow$$
  • মৃত বা ডেড বার্ন্ট প্লাস্টারের ফাঁদ: ৩৯৩ K এর বেশি তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে এর সমস্ত কেলাস জল অপসারিত হয়ে সম্পূর্ণ অনার্দ্র ক্যালসিয়াম সালফেট ($\text{CaSO}_4$) গঠিত হয়, যাকে মৃত প্লাস্টার (Dead Burnt Plaster) বলে: $$\text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{> 393\text{ K}} \text{CaSO}_4 (\text{Dead Burnt}) + \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$$ মৃত প্লাস্টার জলের সাথে কোনোভাবেই আর জমাট বাঁধে না!
  • জমাট বাঁধার কৌশল: জলের সাথে মিশিয়ে পেস্ট তৈরি করলে এটি ৫-১৫ মিনিটের মধ্যে তাপমোচী বিক্রিয়ায় পুনরায় আন্তঃসংযুক্ত মনোমডেল জিপসাম কেলাসে রূপান্তরিত হয়ে শক্ত হয়ে যায় এবং আয়তনে সামান্য ($\sim ১\%$) প্রসারিত হয়। এই প্রসারণের কারণে এটি নিখুঁত ছাঁচ তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।

৪. পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট:

  • ১৮২৪ সালে জোসেফ অ্যাসপডিন এটি আবিষ্কার করেন।
  • কাঁচামাল: চুনাপাথর ($\text{CaO}, ৫০\text{--}৬০\%$), কাদা ($\text{SiO}_2, ২০\text{--}২৫\%; \text{Al}_2\text{O}_3, ৫\text{--}১০\%$), আয়রন অক্সাইড ($\text{Fe}_2\text{O}_3, ১\text{--}২\%$) এবং জিপসাম ($২\text{--}৩\%$)।
  • জিপসামের ভূমিকা: সিমেন্টের ক্লিঙ্কার চূর্ণ করার সময় জিপসাম যোগ করা হয় সিমেন্টের জমাট বাঁধার প্রাথমিক সময় বিলম্বিত (slow down setting time) করার জন্য, যাতে গঠনস্থলে সিমেন্ট ব্যবহার ও মসৃণ করার পর্যাপ্ত সময় পাওয়া যায়।

শিল্পভিত্তিক সলভে প্রণালী, সোডিয়ামের যৌগ ও s-ব্লক আয়নগুলির অপরিহার্য জৈবিক ভূমিকা

১. সোডিয়াম কার্বোনেট প্রস্তুতিতে সলভে (অ্যামোনিয়া-সোডা) প্রণালী

সোডিয়াম কার্বোনেট (ওয়াশিং সোডা, $\text{Na}_2\text{CO}_3 \cdot 10\text{H}_2\text{O}$) উৎপাদনের সর্বাধিক সফল অর্থনৈতিক পদ্ধতি হলো ১৮৬১ সালে আর্নেস্ট সলভে উদ্ভাবিত সলভে প্রণালী। এই পদ্ধতিটি ব্রাইন দ্রবণে সোডিয়াম বাইকার্বোনেটের ($\text{NaHCO}_3$) তুলনামূলক স্বল্প দ্রাব্যতা নীতির ওপর প্রতিষ্ঠিত।

সলভে প্রণালীর রাসায়নিক বিক্রিয়াক্রম:

  1. ব্রাইনের অ্যামোনিয়াকরণ: গাঢ় ব্রাইন দ্রবণকে ($২৮\%\text{ NaCl}$) অ্যামোনিয়া গ্যাস দ্বারা সম্পৃক্ত করা হয়।
  2. কার্বোনেশন টাওয়ার: চুনাপাথর ভস্মীকরণ থেকে প্রাপ্ত $\text{CO}_2$ গ্যাস অ্যামোনিয়াযুক্ত ব্রাইনের মধ্য দিয়ে চালনা করা হয়: $$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \to \text{NH}_4\text{HCO}_3 \quad (\text{অ্যামোনিয়াম বাইকার্বোনেট})$$
  3. সোডিয়াম বাইকার্বোনেট অধঃক্ষেপণ: অ্যামোনিয়াম বাইকার্বোনেট $\text{NaCl}$-এর সাথে বিক্রিয়া করে। দ্রবণে অতিরিক্ত $\text{Na}^+$ আয়নের সম-আয়ন প্রভাবের (common ion effect) কারণে $\text{NaHCO}_3$ সাদা কেলাসাকার কঠিন হিসেবে অধঃক্ষিপ্ত হয়: $$\text{NH}_4\text{HCO}_3(aq) + \text{NaCl}(aq) \to \mathbf{\text{NaHCO}_3(s) \downarrow} + \text{NH}_4\text{Cl}(aq)$$
  4. সোডা ছাইয়ে রূপান্তর (Calcination): ফিল্টার করা $\text{NaHCO}_3$ কেলাসকে উত্তপ্ত করলে অনার্দ্র সোডিয়াম কার্বোনেট (সোডা ছাই) পাওয়া যায়: $$2\text{NaHCO}_3(s) \xrightarrow{\Delta} \mathbf{\text{Na}_2\text{CO}_3(s)} + \text{CO}_2(g) \uparrow + \text{H}_2\text{O}(g) \uparrow$$ উৎপন্ন $\text{CO}_2$ গ্যাসকে পুনরায় কার্বোনেশন টাওয়ারে পুনর্ব্যবহার করা হয়।
  5. অ্যামোনিয়ার পুনরুদ্ধার: ফিল্টারে অবশিষ্ট $\text{NH}_4\text{Cl}$ দ্রবণকে চুনের ভাটির কলিচুন ($\text{Ca(OH)}_2$) সহযোগে ফুটিয়ে মূল্যবান অ্যামোনিয়া গ্যাস পুনরুদ্ধার করা হয়: $$2\text{NH}_4\text{Cl}(aq) + \text{Ca(OH)}_2(s) \to 2\text{NH}_3(g) \uparrow + \text{CaCl}_2(aq) + 2\text{H}_2\text{O}(l)$$ সমগ্র সলভে প্রণালীর একমাত্র প্রধান বর্জ্য পদার্থ হলো ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড ($\text{CaCl}_2$)।
২. কেন সলভে প্রণালীতে পটাশিয়াম কার্বোনেট ($\text{K}_2\text{CO}_3$) তৈরি করা যায় না

বোর্ড পরীক্ষার ক্লাসিক প্রশ্ন:

সলভে প্রণালীর সাহায্যে কি পটাশিয়াম কার্বোনেট তৈরি করা সম্ভব?

উত্তর: না, কোনোভাবেই সম্ভব নয়!

কারণ: সলভে প্রণালীর মূল ভিত্তি হলো বাইকার্বোনেট লবণের অধঃক্ষেপণ। $\text{NaHCO}_3$ জলে খুব কম দ্রবণীয় হওয়ায় ব্রাইন দ্রবণে এটি দ্রুত কঠিন হিসেবে অধঃক্ষিপ্ত হয়। কিন্তু পটাশিয়াম বাইকার্বোনেট ($\text{KHCO}_3$) জলে অতিমাত্রায় দ্রবণীয় ($২০^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় প্রতি ১০০ গ্রাম জলে $\text{KHCO}_3$-এর দ্রাব্যতা প্রায় ৩৩ গ্রাম, যেখানে $\text{NaHCO}_3$-এর মাত্র ৯.৬ গ্রাম)। যখন অ্যামোনিয়াযুক্ত $\text{KCl}$ দ্রবণে $\text{CO}_2$ চালনা করা হয়, তখন উৎপন্ন $\text{KHCO}_3$ সম্পূর্ণ দ্রবীভূত অবস্থায় থেকে যায় এবং অধঃক্ষিপ্ত হয় না। তাই একে ফিল্টার করে $\text{K}_2\text{CO}_3$ পাওয়া যায় না। পরিবর্তে $\text{KOH}$ দ্রবণে $\text{CO}_2$ শোষণ করিয়ে $\text{K}_2\text{CO}_3$ তৈরি করা হয়: $2\text{KOH} + \text{CO}_2 \to \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O}$।

৩. $\text{Na}^+$ ও $\text{K}^+$ এর অপরিহার্য জৈবিক গুরুত্ব
আয়ন কোষীয় বিস্তার প্রধান শারীরবৃত্তীয় ও জৈব-রাসায়নিক ভূমিকা
সোডিয়াম ($\text{Na}^+$) বহিঃকোষীয় তরল (রক্তের প্লাজমা ও কোষের বাইরের তরল)
  • কোষের বহিঃস্থ তরলের অভিস্রবণীয় চাপ ও মোট জলীয় আয়তন নিয়ন্ত্রণ করে।
  • নিউরনের অ্যাক্সন বরাবর স্নায়ু উদ্দীপনা ও অ্যাকশন পটেনশিয়াল প্রেরণে মুখ্য ভূমিকা পালন করে।
  • অন্ত্রের এপিথেলিয়াল কোষে গ্লুকোজ ও অ্যামিনো অ্যাসিডের সক্রিয় শোষণে সহায়তা করে।
পটাশিয়াম ($\text{K}^+$) অন্তঃকোষীয় তরল (কোষের ভেতরে, মোট দৈহিক পটাশিয়ামের প্রায় ৯৮%)
  • কোষের প্রধান ক্যাটায়ন; গ্লাইকোলাইসিসের বিভিন্ন উৎসেচককে (যেমন পাইরুভেট কাইনেজ) সক্রিয় করে।
  • রাইবোজোমে প্রোটিন সংশ্লেষণ এবং এটিপি শক্তি বিপাকে অংশ নেয়।
  • স্বাভাবিক হৃদস্পন্দন ও পেশির সংবেদনশীলতা বজায় রাখে।
  • সোডিয়াম-পটাশিয়াম পাম্প ($\text{Na}^+/\text{K}^+$ ATPase): প্রতি চক্রে ৩টি $\text{Na}^+$ আয়নকে কোষের বাইরে বের করে এবং ২টি $\text{K}^+$ আয়নকে কোষের ভেতরে প্রবেশ করায়।
৪. $\text{Mg}^{2+}$ ও $\text{Ca}^{2+}$ এর অপরিহার্য জৈবিক গুরুত্ব
আয়ন জৈবিক বণ্টন অপরিহার্য শারীরবৃত্তীয় ভূমিকা
ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}^{2+}$) অন্তঃকোষীয় তরল, অস্থি এবং সবুজ উদ্ভিদের টিস্যু
  • ক্লোরোফিলের কেন্দ্রস্থল: ক্লোরিন পরফিরিন বলয়ের কেন্দ্রে সন্নিবেশিত থেকে সৌরশক্তি শোষণ করে সালোকসংশ্লেষ পরিচালনা করে।
  • এটিপি সহ-উৎসেচক: এটিপি-র পলিফসফেটের সাথে যুক্ত হয়ে ($\text{Mg-ATP}^{2-}$) ঋণাত্মক আধানকে স্থিতিশীল করে, যার ফলে কাইনেজ উৎসেচক ডিএনএ রেপ্লিকেশন ও কোষীয় শ্বসনে ফসফেট স্থানান্তর করতে পারে।
  • প্রোটিন সংশ্লেষণের সময় রাইবোজোমের দুটি উপ-একককে একত্রে আবদ্ধ রাখে।
ক্যালসিয়াম ($\text{Ca}^{2+}$) ৯৯% কঙ্কালে (হাড় ও দাঁত); ১% রক্তরসে ও পেশি কোষে
  • অস্থি ও দাঁতের গাঠনিক ভিত্তি: কেলাসাকার হাইড্রোক্সিঅ্যাপাটাইট $[\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2]_3 \cdot \text{Ca(OH)}_2$ হিসেবে হাড়কে অনমনীয় শক্তি দেয়।
  • পেশি সংকোচন: ট্রপোনিন C-এর সাথে যুক্ত হয়ে অ্যাক্টিন-মায়োসিন সংযোগ ঘটিয়ে পেশি সংকোচন উদ্দীপিত করে।
  • রক্ত তঞ্চন (Blood Clotting): রক্ত তঞ্চন প্রক্রিয়ার ফ্যাক্টর IV হিসেবে প্রোথ্রম্বিনকে সক্রিয় থ্রম্বিনে রূপান্তরিত করে।
  • হৃদস্পন্দনের ছন্দ রক্ষা এবং সাইন্যাপসে নিউরোট্রান্সমিটার নিঃসরণ নিয়ন্ত্রণ করে।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক সমীকরণ, বিক্রিয়া ও সূত্র

জলযোজন এনথ্যালপি ও আয়নীয় গতিশীলতার বিপরীত সম্পর্ক সূত্র
$$_{hyd} H^: Li^+ > Na^+ > K^+ > Rb^+ > Cs^+; আয়নীয় গতিশীলতা(aq): Cs^+ > Rb^+ > K^+ > Na^+ > Li^+$$
ক্ষার ধাতুর অক্সিজেন দহন ও ল্যাটিস স্থায়িত্ব সূত্র
$$4Li + O_2 → 2Li_2O \ (মনোক্সাইড), 2Na + O_2 → Na_2O_2 \ (পারক্সাইড), M + O_2 → MO_2 \ (সুপারঅক্সাইড)$$
তরল অ্যামোনিয়ায় অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রন সমীকরণ
$$M + (x+y)NH_3 → [M(NH_3)_x]^+ + [e(NH_3)_y]^- (লঘু: নীল, পরাচৌম্বকীয়; গাঢ়: ব্রোঞ্জ, তিরশ্চৌম্বকীয়)$$
কার্বোনেট ও নাইট্রেটের তাপীয় বিয়োজন সূত্রাবলী
$$\text{Li}_2\text{CO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Li}_2\text{O} + \text{CO}_2, \quad 4\text{LiNO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2\text{Li}_2\text{O} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2; \quad 2M\text{NO}_3 \xrightarrow{\Delta} 2M\text{NO}_2 + \text{O}_2$$
সলভে প্রণালীর স্টয়কিওমেট্রি ও বাইকার্বোনেট অধঃক্ষেপণ সূত্র
$$\text{NH}_4\text{HCO}_3 + \text{NaCl} \to \text{NaHCO}_3\downarrow + \text{NH}_4\text{Cl}; \quad 2\text{NaHCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$
জিপসামের নির্জলন ও প্লাস্টার অব প্যারিস সাম্যাবস্থা
$$CaSO_4· 2H_2O →{393 K} CaSO_4· {1}{2}H_2O + 1{1}{2}H_2O; > 393 K: CaSO_4 \ (মৃত প্লাস্টার)$$

সমাধানকৃত উদাহরণ ও প্রয়োগ (Solved Examples)

উদাহরণ 1
ক্ষার ধাতু আয়নগুলির গ্যাসীয় আয়নীয় ব্যাসার্ধ হলো: $\text{Li}^+ (76\text{ pm}), \text{Na}^+ (102\text{ pm}), \text{K}^+ (138\text{ pm}), \text{Cs}^+ (167\text{ pm})$।\n(ক) আয়নগুলিকে জলযোজন এনথ্যালপির অধঃক্রম (হ্রাসমান মান) অনুসারে সাজাও।\n(খ) আয়নগুলিকে জলীয় দ্রবণে আয়নীয় গতিশীলতার ঊর্ধ্বক্রম (ক্রমবর্ধমান মান) অনুসারে সাজাও এবং আপাত বৈপরীত্যের কারণ দর্শাও।
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

(ক) জলযোজন এনথ্যালপির অধঃক্রম (হ্রাসমান ক্রম):

জলযোজন এনথ্যালপি ($\Delta_{\text{hyd}} H^\circ$) ক্যাটায়নের স্থির-তড়িৎ আধান ঘনত্বের ($\text{আধান} / \text{ব্যাসার্ধ}$) সমানুপাতিক। যেহেতু প্রতিটি ক্ষার ধাতু ক্যাটায়নের আধান অভিন্ন ($+1$), তাই ক্ষুদ্রতম আয়নটি সর্বাধিক তীব্র তড়িৎক্ষেত্র সৃষ্টি করে জলের ডাইপোলকে সর্বাধিক শক্তিতে আকর্ষণ করে:

$$\mathbf{\text{Li}^+ > \text{Na}^+ > \text{K}^+ > \text{Cs}^+}$$

(খ) জলীয় দ্রবণে আয়নীয় গতিশীলতার ঊর্ধ্বক্রম (ক্রমবর্ধমান ক্রম):

ক্ষুদ্রতম $\text{Li}^+$ আয়নের আধান ঘনত্ব সর্বাধিক হওয়ায় এটি জলের অসংখ্য অণুকে তীব্রভাবে আকর্ষণ করে এক বিরাট জলযোজন খোলক গঠন করে। বিপরীতে বৃহৎ $\text{Cs}^+$ আয়ন খুব মৃদুভাবে জলযোজিত হয়।

  • জলযোজিত আয়নীয় ব্যাসার্ধ: $\text{Li}^+(\text{aq}) > \text{Na}^+(\text{aq}) > \text{K}^+(\text{aq}) > \text{Cs}^+(\text{aq})$

স্টোকসের তরল গতিবিদ্যা সূত্র অনুসারে, জলীয় দ্রবণে তড়িৎক্ষেত্রের প্রভাবে গতিশীল কোনো আয়নের সান্দ্র ঘর্ষণজনিত বাধা তার কার্যকর জলযোজিত ব্যাসার্ধের সমানুপাতিক। বৃহৎ জলযোজিত খোলকযুক্ত $\text{Li}^+(\text{aq})$ অত্যন্ত ধীরগতিতে চলে, অন্যদিকে হালকা জলযোজিত $\text{Cs}^+(\text{aq})$ ন্যূনতম বাধার সম্মুখীন হয়ে দ্রুত গতিশীল হয়:

$$\mathbf{\text{Li}^+(\text{aq}) < \text{Na}^+(\text{aq}) < \text{K}^+(\text{aq}) < \text{Cs}^+(\text{aq})}$$
উদাহরণ 2
(ক) ব্যাখ্যা করো কেন অতিরিক্ত বায়ুতে উত্তপ্ত করলে পটাশিয়াম পটাশিয়াম সুপারঅক্সাইড ($\text{KO}_2$) গঠন করে, কিন্তু লিথিয়াম কেবল স্বাভাবিক মনোক্সাইড ($\text{Li}_2\text{O}$) গঠন করে।\n(খ) আণবিক কক্ষক (MO) তত্ত্বের সাহায্যে $\text{KO}_2$-এর চৌম্বকীয় চরিত্র নির্ধারণ করো।\n(গ) জরুরী শ্বাসযন্ত্রে $\text{KO}_2$-এর ব্যবহারের রাসায়নিক সমীকরণ লেখো।
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

(ক) ল্যাটিস শক্তি দ্বারা স্থায়িত্বের ব্যাখ্যা:

সুপারঅক্সাইড আয়ন ($\text{O}_2^-$) আকারে অনেক বড় ($190\text{ pm}$), যেখানে স্বাভাবিক অক্সাইড আয়ন ($\text{O}^{2-}$) আকারে ছোট ($140\text{ pm}$)।

  • $\text{Li}^+$ ক্যাটায়নটি অত্যন্ত ক্ষুদ্র ($76\text{ pm}$) হওয়ায় এর প্রবল স্থির-তড়িৎ ধ্রুবণ ক্ষেত্র বৃহৎ $\text{O}_2^-$ আয়নকে ভেঙে ফেলে। এটি ক্ষুদ্র $\text{O}^{2-}$ আয়নের সাথে অতি উচ্চ ল্যাটিস শক্তি ($\Delta_{\text{lattice}} H$) নির্গমন ঘটিয়ে সুস্থিত $\text{Li}_2\text{O}$ কেলাস গঠন করে।
  • $\text{K}^+$ একটি বৃহৎ ক্যাটায়ন ($138\text{ pm}$); এর ধ্রুবণ ক্ষেত্র দুর্বল হওয়ায় এটি $\text{O}_2^-$ আয়নকে ধ্রুবিত বা বিকৃত করে না। ক্যাটায়ন ও অ্যানায়নের আকারের সামঞ্জস্যের কারণে এদের কেলাস জালক সর্বাধিক স্থায়িত্ব লাভ করে।

(খ) আণবিক কক্ষক তত্ত্ব ও চৌম্বক প্রকৃতি:

সুপারঅক্সাইড আয়নে ($\text{O}_2^-$) মোট $8 + 8 + 1 = 17$টি ইলেকট্রন থাকে। এর আণবিক কক্ষক ইলেকট্রন বিন্যাস হলো:

$$\sigma_{1s}^2 \sigma^*_{1s}^2 \sigma_{2s}^2 \sigma^*_{2s}^2 \sigma_{2p_z}^2 \left(\pi_{2p_x}^2 = \pi_{2p_y}^2\right) \left(\pi^*_{2p_x}^2 = \pi^*_{2p_y}^1\right)$$

যেহেতু এর বিপরীত-বন্ধনী $\pi^*_{2p_y}$ কক্ষকে একটি বিজোড় ইলেকট্রন রয়েছে, তাই $\text{KO}_2$ হলো পরাচৌম্বকীয় (Paramagnetic)।

(গ) শ্বাসযন্ত্রে অক্সিজেন উৎপাদন বিক্রিয়া:

পটাশিয়াম সুপারঅক্সাইড নির্গত কার্বন ডাই-অক্সাইড শোষণ করে বিশুদ্ধ অক্সিজেন গ্যাস মুক্ত করে:

$$\mathbf{4\text{KO}_2(s) + 2\text{CO}_2(g) \to 2\text{K}_2\text{CO}_3(s) + 3\text{O}_2(g) \uparrow}$$
উদাহরণ 3
জলীয় দ্রাব্যতা সাম্যাবস্থার ভিত্তিতে ব্যাখ্যা করো কেন শিল্পভিত্তিক সলভে (অ্যামোনিয়া-সোডা) প্রণালীতে পটাশিয়াম কার্বোনেট ($\text{K}_2\text{CO}_3$) প্রস্তুত করা যায় না। বাণিজ্যিকভাবে কীভাবে $\text{K}_2\text{CO}_3$ প্রস্তুত করা হয়?
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

১. সলভে প্রণালীর মূলনীতি:

সোডিয়াম কার্বোনেটের সলভে প্রণালীতে অ্যামোনিয়াযুক্ত ব্রাইনের ($\text{NaCl}$) মধ্য দিয়ে কার্বন ডাই-অক্সাইড চালনা করে সোডিয়াম বাইকার্বোনেট অধঃক্ষিপ্ত করা হয়:

$$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 + \text{NaCl} \to \text{NaHCO}_3(s) \downarrow + \text{NH}_4\text{Cl}(aq)$$

এটি সম্ভব হয় কারণ জলে $\text{NaHCO}_3$-এর দ্রাব্যতা অপেক্ষাকৃত কম ($২০^\circ\text{C}$-এ প্রায় $৯.৬\text{ g}/১০০\text{ g H}_2\text{O}$), যা অতিরিক্ত $\text{Na}^+$ আয়নের সম-আয়ন প্রভাবে সহজেই কঠিন কেলাস হিসেবে নিচে জমে যায়।

২. পটাশিয়াম কার্বোনেটের ক্ষেত্রে ব্যর্থতার কারণ:

যদি $\text{NaCl}$-এর পরিবর্তে $\text{KCl}$ ব্যবহার করা হয়, তবে অনুরূপ বিক্রিয়াটি হবে:

$$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 + \text{KCl} \to \text{KHCO}_3(aq) + \text{NH}_4\text{Cl}(aq)$$

কিন্তু পটাশিয়াম বাইকার্বোনেট ($\text{KHCO}_3$) জলে অতিমাত্রায় দ্রবণীয় ($২০^\circ\text{C}$-এ দ্রাব্যতা প্রায় $৩৩.৭\text{ g}/১০০\text{ g H}_2\text{O}$, যা $\text{NaHCO}_3$ অপেক্ষা প্রায় সাড়ে তিন গুণ বেশি)।

এই অত্যধিক দ্রাব্যতার কারণে $\text{CO}_2$ গ্যাস চালনা করলেও $\text{KHCO}_3$ দ্রবণে সম্পূর্ণ দ্রবীভূত থাকে এবং সামান্যতমও অধঃক্ষিপ্ত হয় না। ফলে একে ফিল্টার করে তাপে পুড়িয়ে $\text{K}_2\text{CO}_3$ পাওয়া অসম্ভব।

৩. বাণিজ্যিক প্রস্তুতি:

বাণিজ্যিকভাবে পটাশিয়াম হাইড্রক্সাইড ($\text{KOH}$) দ্রবণে কার্বন ডাই-অক্সাইড গ্যাস শোষণ করিয়ে $\text{K}_2\text{CO}_3$ তৈরি করা হয়:

$$\mathbf{2\text{KOH}(aq) + \text{CO}_2(g) \to \text{K}_2\text{CO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)}$$
উদাহরণ 4
নিয়ন্ত্রিত ভস্মীকরণের মাধ্যমে জিপসাম ($\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}$) থেকে প্লাস্টার অব প্যারিস তৈরি করা হয়।\n(ক) প্লাস্টার অব প্যারিস তৈরির সমিত সমীকরণ লেখো এবং সন্ধি তাপমাত্রার মান উল্লেখ করো।\n(খ) ভস্মীকরণের তাপমাত্রা $৩৯৩\text{ K}$ ছাড়িয়ে গেলে কী ঘটে? উৎপন্ন যৌগের নাম ও সংকেত লেখো।\n(গ) প্লাস্টার অব প্যারিসের জমাট বাঁধার কৌশল বর্ণনা করো এবং ব্যাখ্যা করো কেন জমাট বাঁধার সময় এটি আয়তনে সামান্য প্রসারিত হয়।
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

(ক) প্লাস্টার অব প্যারিস প্রস্তুতি:

জিপসামকে রোটারি ভাটিতে অত্যন্ত সতর্কতার সাথে নিয়ন্ত্রিত ৩৯৩ K ($120^\circ\text{C}$) তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়:

$$\mathbf{\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}(s) \xrightarrow{393\text{ K}} \text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}(s) + 1\frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}(g) \uparrow}$$

ভগ্নাংশ ছাড়া লিখলে:

$$2(\text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O}) \xrightarrow{393\text{ K}} (2\text{CaSO}_4) \cdot \text{H}_2\text{O} + 3\text{H}_2\text{O}$$

(খ) ৩৯৩ K-এর বেশি উত্তপ্ত করার ফলাফল:

তাপমাত্রা ৩৯৩ K অতিক্রম করলে এর সমস্ত কেলাস জল বাষ্পীভূত হয়ে বেরিয়ে যায় এবং সম্পূর্ণ অনার্দ্র ক্যালসিয়াম সালফেট ($\text{CaSO}_4$) গঠিত হয়, যাকে মৃত প্লাস্টার (Dead Burnt Plaster) বলা হয়:

$$\text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{> 393\text{ K}} \mathbf{\text{CaSO}_4 (\text{Dead Burnt})} + \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}$$

মৃত প্লাস্টার জলের প্রতি রাসায়নিকভাবে সম্পূর্ণ উদাসীন এবং এটি জলের সাথে মিশালে কোনোভাবেই আর জমাট বাঁধে না।

(গ) জমাট বাঁধার কৌশল ও আয়তন প্রসারণ:

প্লাস্টার অব প্যারিসের সাথে পরিমিত জল মেশালে ৫ থেকে ১৫ মিনিটের মধ্যে এটি তাপমোচী পুনর্জলযোজন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এক জেলিসদৃশ ডাইহাইড্রেট পেস্টে পরিণত হয় এবং দ্রুত আন্তঃসংযুক্ত সূঁচালো মনোক্লিনিক জিপসাম কেলাসে রূপান্তরিত হয়ে শক্ত ও দৃঢ় রূপ ধারণ করে:

$$\text{CaSO}_4 \cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O} + 1\frac{1}{2}\text{H}_2\text{O} \to \text{CaSO}_4 \cdot 2\text{H}_2\text{O} \quad (\Delta H < 0)$$

কেলাসনের সময় জিপসামের সূঁচালো কেলাসসমূহ আড়াআড়িভাবে বৃদ্ধি পাওয়ার ফলে সূক্ষ্ম মাইক্রোস্কোপিক শূন্যস্থান সৃষ্টি হয়, যার কারণে জমাট বাঁধার সময় প্লাস্টারের আয়তন সামান্য ($\sim ১\%$) বৃদ্ধি বা প্রসারিত হয়। এই আয়তন প্রসারণের কারণেই প্লাস্টার ছাঁচের সূক্ষ্মতম খাঁজে ঢুকে নিখুঁত ও তীক্ষ্ণ প্রতিরূপ তৈরি করতে পারে।

উদাহরণ 5
বেরিলিয়াম (গ্রুপ ২, পর্যায় ২) অ্যালুমিনিয়ামের (গ্রুপ ১৩, পর্যায় ৩) সাথে এক অনন্য তির্যক সম্পর্ক প্রদর্শন করে।\n(ক) এদের রাসায়নিক সাদৃশ্যের অন্তর্নিহিত ভৌত কারণটি বিবৃত করো।\n(খ) অ্যাসিড নিষ্ক্রিয়করণ, উভধর্মী আচরণ, হ্যালাইডের গঠন এবং কার্বাইডের আর্দ্র-বিশ্লেষণ সম্পর্কিত চারটি পৃথক বিক্রিয়ার সাহায্যে এই তির্যক সম্পর্ক প্রমাণ করো।
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

(ক) তির্যক সম্পর্কের ভৌত ভিত্তি:

বেরিলিয়াম ও অ্যালুমিনিয়ামের এই তির্যক সাদৃশ্যের মূল কারণ হলো এদের ক্যাটায়নের ধ্রুবণ ক্ষমতা বা আধান ঘনত্বের ($\text{আধান} / \text{ব্যাসার্ধ}^2$) অভিন্নতা:

$$\text{আধান / ব্যাসার্ধ অনুপাত: } \text{Be}^{2+} \approx 0.064; \quad \text{Al}^{3+} \approx 0.056$$

উভয় মৌলের তড়িৎ-ঋণাত্মকতার মানও প্রায় হুবহু একই ($\text{Be} = 1.5, \ \text{Al} = 1.5$)।

(খ) চারটি রাসায়নিক প্রমাণ ও বিক্রিয়াসমূহ:

  1. গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা নিষ্ক্রিয়করণ: গাঢ় $\text{HNO}_3$-এর সংস্পর্শে $\text{Be}$ ও $\text{Al}$ উভয়েই দ্রুত পৃষ্ঠে অভেদ্য পাতলা অক্সাইড আস্তরণ ($\text{BeO}$ ও $\text{Al}_2\text{O}_3$) তৈরি করে সম্পূর্ণরূপে নিষ্ক্রিয় (passive) হয়ে পড়ে।
  2. উভধর্মী অক্সাইড ও হাইড্রোক্সাইড: $\text{Be(OH)}_2$ ও $\text{Al(OH)}_3$ উভয়ই অ্যাসিড ও তীব্র ক্ষার উভয়ের সাথে বিক্রিয়া করে যথাক্রমে বেরিলেট ও অ্যালুমিনেট দ্রবণ উৎপন্ন করে: $$\text{Be(OH)}_2 + 2\text{NaOH} \to \text{Na}_2[\text{Be(OH)}_4] \quad (\text{সোডিয়াম বেরিলেট})$$ $$\text{Al(OH)}_3 + \text{NaOH} \to \text{Na}[\text{Al(OH)}_4] \quad (\text{সোডিয়াম অ্যালুমিনেট})$$
  3. ক্লোরো-সেতুযুক্ত ডাইমার ও পলিমার হ্যালাইড: উভয় ধাতুর ক্লোরাইড সমযোজী ও উদ্বায়ী। বাষ্পীয় অবস্থায় $\text{BeCl}_2$ সমতলীয় ডাইমার ($\text{Be}_2\text{Cl}_4$) এবং অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড ডাইমার ($\text{Al}_2\text{Cl}_6$) হিসেবে থাকে। উভয় ক্লোরাইডই শক্তিশালী লুইস অ্যাসিড হিসেবে জৈব ফ্রিডেল-ক্রাফটস বিক্রিয়ায় অনুঘটকের কাজ করে।
  4. মিথেনাইড কার্বাইডের আর্দ্র-বিশ্লেষণ: বেরিলিয়াম কার্বাইড ($\text{Be}_2\text{C}$) ও অ্যালুমিনিয়াম কার্বাইড ($\text{Al}_4\text{C}_3$) উভয়ের আর্দ্র-বিশ্লেষণে বিশুদ্ধ মিথেন গ্যাস ($\text{CH}_4$) উৎপন্ন হয়: $$\text{Be}_2\text{C} + 4\text{H}_2\text{O} \to 2\text{Be(OH)}_2 + \text{CH}_4 \uparrow$$ $$\text{Al}_4\text{C}_3 + 12\text{H}_2\text{O} \to 4\text{Al(OH)}_3 + 3\text{CH}_4 \uparrow$$
উদাহরণ 6
একটি সলভে কারখানায় $৫.৮৫\text{ kg}$ বিশুদ্ধ সোডিয়াম ক্লোরাইড ($\text{NaCl}$, মোলার ভর $৫৮.৫\text{ g/mol}$) অতিরিক্ত অ্যামোনিয়াযুক্ত জল ও কার্বন ডাই-অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া ঘটানো হলো।\n(ক) $\text{NaHCO}_3$ অধঃক্ষেপণ এবং তাপে $\text{Na}_2\text{CO}_3$-এ রূপান্তরের সমিত সমীকরণ দুটি লেখো।\n(খ) উৎপন্ন $\text{NaHCO}_3$-এর (মোলার ভর $৮৪.০\text{ g/mol}$) তাত্ত্বিক ভর গণনা করো।\n(গ) ভস্মীকরণের পর প্রাপ্ত অনার্দ্র সোডিয়াম কার্বোনেট $\text{Na}_2\text{CO}_3$-এর (মোলার ভর $১০৬.০\text{ g/mol}$) তাত্ত্বিক ভর নির্ণয় করো।\n(ঘ) ভস্মীকরণ ধাপে STP-তে ($২৭৩\text{ K}, ১\text{ bar}$, মোলার আয়তন $= ২২.৭\text{ L/mol}$) কত আয়তনের $\text{CO}_2$ গ্যাস নির্গত হবে তা নির্ণয় করো।
ধাপে ধাপে সমাধান / উত্তর:

(ক) সমিত রাসায়নিক সমীকরণদ্বয়:

$$\text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \to \text{NaHCO}_3(s) \downarrow + \text{NH}_4\text{Cl}(aq) \quad \text{--- (ধাপ ১)}$$ $$2\text{NaHCO}_3(s) \xrightarrow{\Delta} \text{Na}_2\text{CO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \quad \text{--- (ধাপ ২)}$$

(খ) $\text{NaCl}$-এর মোল সংখ্যা ও $\text{NaHCO}_3$-এর তাত্ত্বিক ভর:

$$\text{NaCl-এর ভর} = 5.85\text{ kg} = 5850\text{ g}$$ $$\text{NaCl-এর মোল সংখ্যা} = \frac{5850\text{ g}}{58.5\text{ g/mol}} = 100\text{ mol}$$

ধাপ ১ অনুসারে, $1\text{ mol NaCl}$ থেকে $1\text{ mol NaHCO}_3$ উৎপন্ন হয়:

$$\text{উৎপন্ন } \text{NaHCO}_3\text{-এর মোল সংখ্যা} = 100\text{ mol}$$ $$\text{NaHCO}_3\text{-এর তাত্ত্বিক ভর} = 100\text{ mol} \times 84.0\text{ g/mol} = 8400\text{ g} = \mathbf{8.40\text{ kg}}$$

(গ) অনার্দ্র $\text{Na}_2\text{CO}_3$-এর তাত্ত্বিক ভর:

ধাপ ২ অনুসারে, $2\text{ mol NaHCO}_3$ থেকে $1\text{ mol Na}_2\text{CO}_3$ পাওয়া যায়:

$$\text{উৎপন্ন } \text{Na}_2\text{CO}_3\text{-এর মোল সংখ্যা} = \frac{100\text{ mol}}{2} = 50\text{ mol}$$ $$\text{Na}_2\text{CO}_3\text{-এর তাত্ত্বিক ভর} = 50\text{ mol} \times 106.0\text{ g/mol} = 5300\text{ g} = \mathbf{5.30\text{ kg}}$$

(ঘ) STP-তে নির্গত $\text{CO}_2$ গ্যাসের আয়তন:

ধাপ ২ অনুসারে, $2\text{ mol NaHCO}_3$ থেকে $1\text{ mol CO}_2$ গ্যাস নির্গত হয়:

$$\text{নির্গত } \text{CO}_2\text{-এর মোল সংখ্যা} = \frac{100\text{ mol}}{2} = 50\text{ mol}$$ $$\text{STP-তে } \text{CO}_2\text{-এর আয়তন} = 50\text{ mol} \times 22.7\text{ L/mol} = \mathbf{1135\text{ লিটার}} = \mathbf{1.135\text{ m}^3}$$

সাধারণ ভুলত্রুটি ও সতর্কতা (Common Traps)

সাধারণ ভুল ধারণা

ক্ষুদ্রতম পারমাণবিক আকারের কারণে লিথিয়ামের জলীয় পরিবাহিতা সবচেয়ে বেশি বলে ধরে নেওয়া।

সঠিক পদ্ধতি ও সমাধান

ক্ষুদ্র আকারের জন্য Li+ এর জলযোজন এনথ্যালপি সর্বাধিক হওয়ায় এটি এক বিরাট জলযোজন খোলক আকর্ষণ করে। ফলে জলে Li+ এর জলযোজিত আকার সবচেয়ে বড় হয় এবং জলীয় গতিশীলতা সর্বনিম্ন হয়: Cs+(aq) > Rb+(aq) > K+(aq) > Na+(aq) > Li+(aq)।

সাধারণ ভুল ধারণা

মনে করা যে সমস্ত ক্ষার ধাতুর কার্বোনেট সাধারণ উত্তাপেই বিয়োজিত হয়।

সঠিক পদ্ধতি ও সমাধান

ক্ষার ধাতুর মধ্যে কেবল Li2CO3 উত্তাপে বিয়োজিত হয় (ক্ষুদ্র Li+ এর তীব্র ধ্রুবণ ক্ষমতার জন্য)। অন্য সমস্ত ক্ষার ধাতুর কার্বোনেট (Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3, Cs2CO3) গলনাঙ্ক পর্যন্ত তাপে সম্পূর্ণ স্থায়ী।

সাধারণ ভুল ধারণা

বিশ্বাস করা যে সলভে পদ্ধতিতে পটাশিয়াম কার্বোনেট প্রস্তুত করা সম্ভব।

সঠিক পদ্ধতি ও সমাধান

KHCO3 জলে NaHCO3 অপেক্ষা প্রায় ৩.৫ গুণ বেশি দ্রবণীয় এবং অ্যামোনিয়াযুক্ত দ্রবণে CO2 পাঠালে এটি মোটেও অধঃক্ষিপ্ত হয় না।

সাধারণ ভুল ধারণা

প্লাস্টার অব প্যারিস এবং ডেড বার্ন্ট প্লাস্টারকে গুলিয়ে ফেলা।

সঠিক পদ্ধতি ও সমাধান

জিপসামকে ঠিক ৩৯৩ K তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করলে প্লাস্টার অব প্যারিস (CaSO4·½H2O) তৈরি হয়। ৩৯৩ K এর উপরে উত্তপ্ত করলে সমস্ত কেলাস জল অপসারিত হয়ে মৃত প্লাস্টার (CaSO4) উৎপন্ন হয়, যা জমাট বাঁধার ক্ষমতা হারায়।

সাধারণ ভুল ধারণা

বেরিলিয়াম এবং ম্যাগনেসিয়ামও বুনসেন শিখায় বর্ণ দেবে বলে আশা করা।

সঠিক পদ্ধতি ও সমাধান

বেরিলিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম পরমাণুর আকার অতি ক্ষুদ্র এবং আয়নন এনথ্যালপি খুব বেশি হওয়ায় এদের যোজ্যতা ইলেকট্রন অতি দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে। বুনসেন শিখার তাপ শক্তি এদের ইলেকট্রন উত্তেজিত করার জন্য যথেষ্ট নয়।

s-ব্লক মৌলসমূহ: পর্যায়বৃত্ত ধর্ম, তির্যক সম্পর্ক, সলভে চক্র ও ক্যালসিয়ামের যৌগসমূহ

s-ব্লক মৌলসমূহ (গ্রুপ ১ ও গ্রুপ ২) — মাস্টার কনসেপ্ট আর্কিটেকচার ক্ষার ও ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু • জলযোজন এনথ্যালপি ও শিখা বর্ণ • তির্যক সম্পর্ক • সলভে প্রণালী ও প্লাস্টার অব প্যারিস ১. পর্যায়বৃত্ত প্রবণতা ও শিখা পরীক্ষা বর্ণালী Li (Red) Na (Yellow) K (Lilac) Cs (Blue) Ca (Brick Red) Sr (Crimson) Ba (Apple Green) Be/Mg: None পারমাণবিক ব্যাসার্ধ: গ্রুপ বরাবর বৃদ্ধি (Li < Na < K < Rb < Cs) | গ্রুপ ১ > গ্রুপ ২ জলযোজন এনথ্যালপি: আকার বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায় (Li⁺ > Na⁺ > K⁺; Be²⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺) গ্রুপ ১ শিখা বর্ণ: Li (গাঢ় লাল), Na (সোনালী হলুদ), K (ফিকে বেগুনী/লায়লাক), Cs (নীল) গ্রুপ ২ শিখা বর্ণ: Ca (ইটের মতো লাল), Sr (গাঢ় লাল), Ba (আপেল সবুজ) | Be ও Mg বর্ণহীন ২. অক্সাইড গঠন ও তরল অ্যামোনিয়ায় দ্রবণ Dilute NH₃ (< 3 M) Deep Blue • Paramagnetic • [e(NH₃)y]⁻ Conc. NH₃ (> 3 M) Bronze • Diamagnetic • Metallic বায়ুর সাথে বিক্রিয়া: Li₂O (নরমাল অক্সাইড), Na₂O₂ (পারঅক্সাইড), KO₂/RbO₂/CsO₂ (সুপারঅক্সাইড) সুপারঅক্সাইড স্থায়িত্ব: বৃহৎ ক্যাটায়ন দ্বারা বৃহৎ অ্যানায়নের ল্যাটিস স্থায়িত্ব | KO₂ প্যারাম্যাগনেটিক লঘু দ্রবণ: নীল বর্ণ, প্যারাম্যাগনেটিক, পরিবাহী (অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রন [e(NH₃)y]⁻) গাঢ় দ্রবণ (> ৩ M): ব্রোঞ্জ বর্ণ, ডায়াম্যাগনেটিক (ইলেকট্রন জোড় বাঁধার কারণে), ধাতব পরিবাহী ৩. ব্যতিক্রমী আচরণ ও তির্যক সম্পর্ক (Li-Mg ও Be-Al) Li Be Mg Al Polarizing Power Ratio Charge / Radius² ≈ Constant Li ও Mg তির্যক সম্পর্ক: অনুরূপ আয়নীয় ব্যাসার্ধ (Li⁺ ৭৬ pm, Mg²⁺ ৭২ pm) ও পোলারায়ন ক্ষমতা নাইট্রাইড গঠন: উভয়ই উত্তাপে সরাসরি নাইট্রাইড উৎপন্ন করে (Li₃N এবং Mg₃N₂) Be ও Al তির্যক সম্পর্ক: সমতুল্য আধান/ব্যাসার্ধ অনুপাত (~০.০৩৩) | উভয় অক্সাইড উভধর্মী ক্লোরাইড গঠন: BeCl₂ ও Al₂Cl₆ উভয়ই ক্লোরো-সেতু দ্বারা পলিমার/ডাইমার গঠন করে ৪. শিল্পজাত ক্যালসিয়াম/সোডিয়াম যৌগ ও শারীরবৃত্তীয় ভূমিকা CaSO₄·2H₂O Gypsum Rock 393 K (120°C) CaSO₄·½H₂O Plaster of Paris (POP) সলভে প্রণালী: ২NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (KHCO₃ অতিরিক্ত দ্রাব্য বলে K₂CO₃ তৈরি হয় না) প্লাস্টার অব প্যারিস: CaSO₄·২H₂O (জিপসাম) —[৩৯৩ K]→ CaSO₄·½H₂O (POP) + ১½H₂O মৃত প্লাস্টার: ৩৯৩ K-এর ঊর্ধ্বে উত্তপ্ত করলে সম্পূর্ণ অনার্দ্র CaSO₄ (Dead Burnt Plaster) তৈরি হয় জৈবিক গুরুত্ব: Na⁺/K⁺ পাম্প (স্নায়ু উদ্দীপনা), Mg²⁺ (ক্লোরোফিল ও ATP), Ca²⁺ (হাড় ও রক্ত জমাট)

অধ্যায় সারসংক্ষেপ ও গুরুত্বপূর্ণ বিষয়

মূল বিষয় 1
নবম অধ্যায়ে s-ব্লক মৌলসমূহের মৌলিক ও প্রায়োগিক রসায়ন বিশদভাবে আলোচিত হয়েছে। গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতুসমূহ (ns1) সর্বনিম্ন আয়নন এনথ্যালপি, বৃহত্তম পারমাণবিক ব্যাসার্ধ এবং বৈশিষ্ট্যপূর্ণ শিখা বর্ণ প্রদর্শন করে (Li গাঢ় লাল, Na সোনালী হলুদ, K ফিকে বেগুনী, Cs নীল)। এদের জলযোজন এনথ্যালপির ক্রম (Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+) জলীয় দ্রবণে আয়নীয় গতিশীলতাকে উল্টে দেয় (Cs+ > Li+)। বায়ুতে দহনের ফলে লিথিয়াম স্বাভাবিক মনোক্সাইড (Li2O), সোডিয়াম পারক্সাইড (Na2O2) এবং পটাশিয়াম, রুবিডিয়াম ও সিজিয়াম পরাচৌম্বকীয় সুপারঅক্সাইড (KO2, RbO2, CsO2) উৎপন্ন করে। তরল অ্যামোনিয়ায় ক্ষার ধাতু দ্রবীভূত হয়ে লঘু অবস্থায় গাঢ় নীল ও পরাচৌম্বকীয় অ্যামোনিয়েটেড ইলেকট্রন দ্রবণ তৈরি করে, যা গাঢ় অবস্থায় ব্রোঞ্জ দ্যুতিযুক্ত তিরশ্চৌম্বকীয় ধাতব পরিবাহীতে রূপান্তরিত হয়। লিথিয়াম তার ক্ষুদ্র আকার ও উচ্চ ধ্রুবণ ক্ষমতার কারণে অস্বাভাবিক সমযোজী চরিত্র এবং ম্যাগনেসিয়ামের সাথে তির্যক সম্পর্ক প্রদর্শন করে (সরাসরি নাইট্রাইড গঠন Li3N ও Mg3N2, কার্বোনেটের তাপীয় বিয়োজন ও জলগ্রাহী ক্লোরাইড)। গ্রুপ ২ ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতুসমূহ (ns2) অধিকতর শক্ত ও ঘন; Be ও Mg উচ্চ আয়নন শক্তির কারণে শিখায় বর্ণহীন থাকে, যেখানে Ca (ইটের মতো লাল), Sr (গাঢ় লাল) ও Ba (আপেল সবুজ) দৃশ্যমান বর্ণালী দেয়। বেরিলিয়াম অ্যালুমিনিয়ামের সাথে অনন্য তির্যক সাদৃশ্য প্রদর্শন করে (গাঢ় HNO3 দ্বারা নিষ্ক্রিয়করণ, উভধর্মী হাইড্রোক্সাইড, ডাইমার ক্লোরাইড ও মিথেনাইড কার্বাইড)। শিল্প রসায়নে সলভে প্রণালীতে সোডিয়াম কার্বোনেট প্রস্তুতি (এবং KHCO3-এর উচ্চ দ্রাব্যতার কারণে K2CO3 তৈরিতে এর সীমাবদ্ধতা), কস্টিক সোডা, পোড়া চুন, কলিচুন, ৩৯৩ K তাপমাত্রায় প্লাস্টার অব প্যারিস ও পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট পর্যালোচনা করা হয়েছে। সমাপনী অংশে মানবদেহে ও উদ্ভিদে Na+, K+, Mg2+ ও Ca2+ আয়নের জীবনদায়ী শারীরবৃত্তীয় ভূমিকা—অভিস্রবণ নিয়ন্ত্রণ, স্নায়ু উদ্দীপনা, ক্লোরোফিল সালোকসংশ্লেষ, এটিপি জৈব-রসায়ন, অস্থির গঠন ও রক্ত তঞ্চন—প্রতিষ্ঠিত হয়েছে।

স্ব-মূল্যায়ন অনুশীলন (Check Your Understanding)

মূল ধারণাগত স্পষ্টতা যাচাই করার জন্য অনুশীলন প্রশ্ন। উত্তর দেখার আগে নিজে সমাধান করার চেষ্টা করো।

1
গ্রুপ বরাবর নিচের দিকে ঘনত্ব বৃদ্ধি পাওয়ার সাধারণ নিয়ম থাকা সত্ত্বেও পটাশিয়াম কেন সোডিয়াম অপেক্ষা কম ঘন তা ব্যাখ্যা করো।
উত্তর ও ব্যাখ্যা দেখুন
উত্তর: ঘনত্ব হলো পারমাণবিক ভর ও পারমাণবিক আয়তনের অনুপাত। গ্রুপ ১ বরাবর সোডিয়াম থেকে পটাশিয়ামে নামার সময় পটাশিয়ামে ফাঁকা 3d-উপকক্ষের উপস্থিতির কারণে এর পারমাণবিক আয়তনের এক অস্বাভাবিক স্ফীতি ঘটে (Na-এর ২৩.৭ cm^3/mol থেকে লাফিয়ে K-তে ৪৫.৯ cm^3/mol হয়, যা প্রায় ৯৪% বৃদ্ধি)। এই বিরাট আয়তন বৃদ্ধির হার পারমাণবিক ভরের বৃদ্ধিকে (২৩ থেকে ৩৯ u) বহুগুণে ছাড়িয়ে যায়; ফলে সোডিয়াম (ঘনত্ব = ০.৯৭ g/cm^3) অপেক্ষা পটাশিয়াম (ঘনত্ব = ০.৮৬ g/cm^3) হালকা ও কম ঘন হয়।
2
ক্ষার ধাতুসমূহের মধ্যে প্রথম আয়নন এনথ্যালপি সর্বাধিক হওয়া সত্ত্বেও জলীয় দ্রবণে লিথিয়াম কেন সবচেয়ে শক্তিশালী বিজারক?
উত্তর ও ব্যাখ্যা দেখুন
উত্তর: জলীয় দ্রবণে কোনো ধাতুর বিজারণ ক্ষমতা তার প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব (E°) দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা তিনটি তাপগতীয় ধাপের সমষ্টি: উর্ধ্বপাতন শক্তি, আয়নন এনথ্যালপি এবং জলযোজন এনথ্যালপি। লিথিয়ামের উর্ধ্বপাতন ও আয়নন এনথ্যালপি বেশি হলেও এর অত্যন্ত ক্ষুদ্র পারমাণবিক আকারের (৭৬ pm) কারণে এর স্থির-তড়িৎ আধান ঘনত্ব এবং জলযোজন এনথ্যালপি অসম্ভব রকমের ঋণাত্মক (ΔhydH° ≈ -৫০৬ kJ/mol) হয়। এই বিপুল জলযোজন শক্তি পূর্ববর্তী ধাপ দুটির প্রয়োজনীয় শক্তিকে বহুগুণে পুষিয়ে দেয়, যার ফলে লিথিয়ামের প্রমাণ বিজারণ বিভব সমগ্র পর্যায় সারণির মধ্যে সর্বাধিক ঋণাত্মক (-৩.০৫ V) হয় এবং এটি জলীয় দ্রবণে তীব্রতম বিজারক হিসেবে আচরণ করে।
3
ক্যালসিয়াম, স্ট্রনশিয়াম ও বেরিয়াম বুনসেন শিখায় উজ্জ্বল বর্ণ দেখালেও বেরিলিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম কেন কোনো বর্ণ প্রদর্শন করে না?
উত্তর ও ব্যাখ্যা দেখুন
উত্তর: শিখা বর্ণালী সৃষ্টি হয় যখন বুনসেন শিখার তাপ শক্তি কোনো পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ যোজ্যতা ইলেকট্রনকে উচ্চ শক্তিস্তরে পাঠায় এবং সেই উত্তেজিত ইলেকট্রন পুনরায় মূল স্তরে ফিরে আসার সময় দৃশ্যমান আলোক ফোটন বিকিরণ করে। বেরিলিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম পরমাণুর আকার অত্যন্ত ক্ষুদ্র এবং কার্যকর নিউক্লীয় আধান খুব বেশি হওয়ায় এদের সর্ববহিঃস্থ s-ইলেকট্রন দুটি অতি দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে এবং এদের আয়নন এনথ্যালপি অত্যন্ত উচ্চ। বুনসেন শিখার মৃদু তাপীয় শক্তিতে Be ও Mg-এর ইলেকট্রন উত্তেজিত হতে পারে না; ফলে এরা কোনো দৃশ্যমান আলো বিকিরণ করে না এবং শিখায় বর্ণহীন থাকে। অপরপক্ষে Ca, Sr ও Ba-এর আয়নন শক্তি কম হওয়ায় এরা সহজেই উত্তেজিত হয়ে দৃশ্যমান আলো ছড়ায়।
4
পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট উৎপাদনের শেষ পর্যায়ে ক্লিঙ্কার চূর্ণ করার সময় জিপসাম কেন যোগ করা হয়?
উত্তর ও ব্যাখ্যা দেখুন
উত্তর: পোর্টল্যান্ড সিমেন্ট তৈরির সময় ক্লিঙ্কারের সূক্ষ্ম চূর্ণীকরণের পূর্বে এতে ২ থেকে ৩ শতাংশ জিপসাম (CaSO4·2H2O) যোগ করা হয়। জিপসামের মূল কাজ হলো একটি সেট-রিটার্ডার বা জমাট বাঁধা বিলম্বক হিসেবে কাজ করা। জিপসাম না দিলে সিমেন্টে উপস্থিত ট্রাইক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেট জলের সংস্পর্শে আসা মাত্র কয়েক মিনিটের মধ্যে অত্যন্ত দ্রুত ও ক্ষিপ্রভাবে জমে যায় ("flash setting"), যার ফলে ঢালাই বা নির্মাণ কাজ করা অসম্ভব হয়ে পড়ত। জিপসাম ট্রাইক্যালসিয়াম অ্যালুমিনেটের সাথে বিক্রিয়া করে অদ্রবণীয় ক্যালসিয়াম সালফো-অ্যালুমিনেটের আস্তরণ তৈরি করে প্রাথমিক জমাট বাঁধার সময়কে বিলম্বিত করে এবং নির্মাণ শ্রমিকদের মসৃণভাবে কাজ করার সময় দেয়।
5
সোডিয়াম কার্বোনেটের (Na2CO3) জলীয় দ্রবণ কেন ক্ষারীয় এবং লাল লিটমাসকে নীল করে?
উত্তর ও ব্যাখ্যা দেখুন
উত্তর: সোডিয়াম কার্বোনেট (Na2CO3) হলো একটি তীব্র ক্ষার (NaOH) এবং একটি মৃদু দ্বিক্ষারকীয় অ্যাসিডের (H2CO3) প্রশমন বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ। এটি জলে দ্রবীভূত হলে এর কার্বোনেট অ্যানায়ন (CO3^2-) ব্রনস্টেড ক্ষারক হিসেবে কাজ করে জলের অণু থেকে প্রোটন গ্রহণ করে অ্যানায়নিক আর্দ্র-বিশ্লেষণ ঘটায়: CO3^2-(aq) + H2O(l) <=> HCO3^-(aq) + OH^-(aq)। দ্রবণে অতিরিক্ত হাইড্রোক্সিল আয়নের (OH^-) উপস্থিতির কারণে জলীয় দ্রবণের pH মান ৭ অপেক্ষা বেশি হয় এবং এটি ক্ষারীয় প্রকৃতির হয়ে লাল লিটমাসকে নীল বর্ণে রূপান্তরিত করে।
অধ্যায় পড়া শেষ হয়েছে?
অনুশীলন শুরু করো

অনলাইন মক টেস্ট দিয়ে প্রস্তুতি যাচাই করো

পশ্চিমবঙ্গ মধ্যশিক্ষা পর্ষদ (WBBSE) পাঠ্যক্রম অনুযায়ী বহু বিকল্পীয় প্রশ্ন (MCQ) সমাধান করো। তাৎক্ষণিক ফলাফল, সঠিক ব্যাখ্যা এবং নিজের স্কোর জেনে নাও।

AI সহায়ক

তাত্ক্ষণিক সমাধান

s-ব্লক মৌলসমূহ (গ্রুপ ১ ও গ্রুপ ২ মৌল) অধ্যায়ে কোনো প্রশ্ন বা সন্দেহ আছে? আমাদের AI শিক্ষক থেকে সহজ সমাধান ও ব্যাখ্যা নিন।

STAY UPDATED

Get the Latest Updates

New test series, syllabus updates, exam notifications and more.

Syllabus
Updates
Exam
Alerts
Study
Resources