পরমাণুর গঠন, Chapter -4
এখানে অনুশীলনীতে থাকা সমস্ত প্রশ্ন এবং তাদের উত্তর দেওয়া হল:
অনুশীলনী
প্রশ্ন ১। ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রনের ধর্মগুলো তুলনা কর।
উত্তর:
ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন হল পরমাণুর তিনটি অবপারমাণবিক কণা। এদের ধর্মগুলির তুলনা নিচে দেওয়া হল:
* ইলেকট্রন (e⁻): এটি ঋনাত্মক আধানযুক্ত কণা। এর আধান -1 ধরা হয় এবং এর ভর নগন্য (হাইড্রোজেন পরমাণুর ভরের প্রায় 1/2000 গুণ)।
* প্রোটন (p⁺): এটি ধনাত্মক আধানযুক্ত কণা। এর আধান +1 ধরা হয় এবং এর ভরকে এক একক হিসাবে ধরা হয়।
* নিউট্রন (n): এটি আধানহীন কণা। এর ভর একটি প্রোটনের ভরের প্রায় সমান, অর্থাৎ এক একক ধরা হয়।
প্রশ্ন ২। জে জে থমসনের পরমাণু মডেলের সীমাবদ্ধতাগুলো কী কী?
উত্তর:
জে জে থমসনের পরমাণু মডেল পরমাণুর বিদ্যুৎ উদাসীনতা ব্যাখ্যা করতে পেরেছিল। কিন্তু এর প্রধান সীমাবদ্ধতা হলো, এই মডেলটি অন্যান্য বিজ্ঞানীদের দ্বারা সম্পাদিত পরীক্ষালব্ধ তথ্য, যেমন রাদারফোর্ডের আলফা-কণা বিচ্ছুরণ পরীক্ষার ফলাফল, ব্যাখ্যা করতে অসমর্থ ছিল।
প্রশ্ন ৩। রাডারফোর্ডের পরমাণু মডেলের সীমাবদ্ধতাগুলো কী কী?
উত্তর:
রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের প্রধান সীমাবদ্ধতা বা অসংগতি হলো এটি পরমাণুর সুস্থিরতা ব্যাখ্যা করতে পারে না। মডেল অনুযায়ী, ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের চারদিকে বৃত্তাকার কক্ষপথে পরিক্রমণ করে। কিন্তু এই ধরনের ঘূর্ণায়মান আধানযুক্ত কণা (ইলেকট্রন) ত্বরিত হয় এবং শক্তি বিকিরণ করে। এর ফলে, ইলেকট্রন শক্তি হারিয়ে অবশেষে পরমাণুকেন্দ্রে পতিত হবে। যদি তাই হত, তবে পরমাণু খুবই অস্থির (Unstable) হত, যা বাস্তব সত্যের পরিপন্থী, কারণ আমরা জানি পরমাণুগুলো সুস্থির।
প্রশ্ন ৪। বোরের পরমাণু মডেল বর্ণনা কর।
উত্তর:
রাদারফোর্ডের পরমাণু মডেলের ত্রুটিগুলি দূর করার জন্য নীলস্ বোর পরমাণুর গঠন সম্পর্কে নিম্নলিখিত স্বীকার্যগুলি প্রস্তাব করেন:
* (i) পরমাণুর ভেতরে ইলেকট্রনগুলো কেবল কতগুলো বিশেষ কক্ষপথেই ঘুরতে পারে, যেগুলিকে অসংলগ্ন কক্ষপথ (Discrete orbitals) বলে।
* (ii) এই অসংলগ্ন অনুমোদিত কক্ষপথে প্রদক্ষিণ করার সময় ইলেকট্রন শক্তি বিকিরণ করে না।
* এই কক্ষপথ বা খোল (Shell) গুলোকে শক্তিস্তর (Energy levels) বলা হয় এবং এগুলোকে K, L, M, N… অক্ষর বা n=1, 2, 3, 4… সংখ্যা দিয়ে চিহ্নিত করা হয়।
প্রশ্ন ৫। এই অধ্যায়ে বর্ণিত পরমাণুর প্রস্তাবিত সবগুলো মডেল তুলনা কর।
উত্তর:
এই অধ্যায়ে বর্ণিত তিনটি প্রধান পরমাণু মডেলের তুলনা নিম্নরূপ:
* থমসনের মডেল: জে জে থমসন প্রস্তাব করেন যে পরমাণু একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত গোলক এবং ইলেকট্রনগুলো তাতে ক্রিস’মাস পুডিং-এর শুকনো ফলের মতো অন্তঃস্থাপিত হয়ে আছে। এই মডেল অনুযায়ী, ধনাত্মক ও ঋনাত্মক আধানের মান সমান হওয়ায় পরমাণুটি বিদ্যুৎ প্রশম হয়।
* রাদারফোর্ডের মডেল: আলফা-কণা বিচ্ছুরণ পরীক্ষার মাধ্যমে রাদারফোর্ড প্রস্তাব করেন যে পরমাণুর কেন্দ্রে একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত নিউক্লিয়াস বা পরমাণুকেন্দ্র আছে এবং পরমাণুর প্রায় সম্পূর্ণ ভরটাই এই নিউক্লিয়াসে থাকে। ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের চারদিকে নির্দিষ্ট কক্ষপথে ঘোরে। এই মডেল পরমাণুর সুস্থিরতা ব্যাখ্যা করতে পারেনি।
* বোরের মডেল: নীলস্ বোর এই মডেলটিকে পরিমার্জন করে বলেন যে, ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের চারদিকে যে কোনো কক্ষপথে নয়, বরং কেবল কতগুলো বিশেষ, স্থির শক্তির অসংলগ্ন কক্ষপথে (শক্তিস্তর) ঘোরে এবং এই নির্দিষ্ট কক্ষপথে ঘোরার সময় কোনো শক্তি বিকিরণ করে না। এই মডেলটি রাদারফোর্ডের মডেলের চেয়ে বেশি সফল ছিল।
প্রশ্ন ৬। প্রথম আঠারোটি মৌলের পরমাণুর বিভিন্ন কক্ষপথে ইলেকট্রনীয় বিন্যাস লিখার নিয়মগুলো সংক্ষেপে উপস্থাপিত কর।
উত্তর:
পরমাণুর বিভিন্ন কক্ষপথে ইলেকট্রন বিন্যাসের নিয়মগুলি (বোর এবং বুরী প্রস্তাবিত) হলো:
* (i) কোনো কক্ষপথে বা খোলে সর্বাধিক 2n^{2} সংখ্যক ইলেকট্রন থাকতে পারে, যেখানে ‘n’ হলো শক্তিস্তরের ক্রমিক সংখ্যা (যেমন, K কক্ষের জন্য n=1, L কক্ষের জন্য n=2 ইত্যাদি)। সেই হিসাবে K, L, M, N কক্ষে সর্বাধিক যথাক্রমে 2, 8, 18, 32 টি ইলেকট্রন থাকতে পারে।
* (ii) পরমাণুর বহিরতম কক্ষে সর্বাধিক ৪ টি ইলেকট্রন থাকতে পারে।
* (iii) নিম্নতর শক্তির খোলগুলি ইলেকট্রন দ্বারা পূর্ণ না হওয়া পর্যন্ত উচ্চতর শক্তির খোলে ইলেকট্রন প্রবেশ করতে পারে না।
প্রশ্ন ৭। সিলিকন এবং অক্সিজেনের উদাহরণ নিয়ে যোজ্যতার সংজ্ঞা লিখ।
উত্তর:
যোজ্যতা: পরমাণুগুলো তাদের বহিতরম কক্ষে অষ্টক (অর্থাৎ ৮ টি ইলেকট্রন) বিন্যাস লাভ করার জন্য যত সংখ্যক ইলেকট্রন গ্রহণ করে, ত্যাগ করে বা সমভাগ করে, সেই সংখ্যাটি মৌলের যোজন ক্ষমতা অর্থাৎ যোজ্যতা প্রকাশ করে।
* অক্সিজেনের উদাহরণ: অক্সিজেনের (পারমাণবিক সংখ্যা 8) ইলেকট্রনীয় বিন্যাস K=2, L=6। এর বহিরতম কক্ষে 6 টি ইলেকট্রন আছে। অষ্টক বিন্যাস লাভের জন্য এটির 2 টি ইলেকট্রন গ্রহণ করা সহজ। তাই, অক্সিজেনের যোজ্যতা (8 – 6) = 2।
* সিলিকনের উদাহরণ: সিলিকনের (পারমাণবিক সংখ্যা 14) ইলেকট্রনীয় বিন্যাস K=2, L=8, M=4। এর বহিরতম কক্ষে 4 টি ইলেকট্রন আছে। এটি অষ্টক বিন্যাস লাভের জন্য 4 টি ইলেকট্রন সমভাগ করে। তাই, সিলিকনের যোজ্যতা 4।
প্রশ্ন ৮। উদাহরণ সহ ব্যাখ্যা কর-
(i) পারমাণবিক সংখ্যা
(ii) ভর সংখ্যা
(iii) সমস্থানিক এবং (iv) সমভারী।
উত্তর:
* (i) পারমাণবিক সংখ্যা (Atomic Number): কোনো পরমাণুর নিউক্লিয়াসে থাকা মোট প্রোটনের সংখ্যাই হচ্ছে পারমাণবিক সংখ্যা। এটি ‘Z’ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, কার্বনের নিউক্লিয়াসে 6 টি প্রোটন আছে, তাই কার্বনের পারমাণবিক সংখ্যা Z=6।
* (ii) ভর সংখ্যা (Mass Number): কোনো পরমাণুর নিউক্লিয়াসে থাকা প্রোটন ও নিউট্রনের সংখ্যার সমষ্টিকে ভরসংখ্যা বলে। উদাহরণস্বরূপ, কার্বনের ভর 12u, কারণ এটাতে 6 টি প্রোটন ও 6 টি নিউট্রন আছে (6+6=12)।
* (iii) সমস্থানিক (Isotopes): একই মৌলের বিভিন্ন পরমাণু যাদের পারমানবিক সংখ্যা একই কিন্তু ভরসংখ্যা ভিন্ন, তাদের সমস্থানিক বলে। উদাহরণস্বরূপ, হাইড্রোজেনের তিনটি সমস্থানিক হলো প্রোটিয়াম ({}_{1}^{1}H), ডয়টেরিয়াম ({}_{1}^{2}H) এবং ট্রাইটিয়াম ({}_{1}^{3}H)।
* (iv) সমভারী (Isobars): বিভিন্ন মৌলের যে সব পরমাণুর পারমানবিক সংখ্যা ভিন্ন কিন্তু ভরসংখ্যা একই, তাদের সমভারী বলা হয়। উদাহরণস্বরূপ, কেলসিয়াম (পারমাণবিক সংখ্যা 20) এবং আর্গন (পারমাণবিক সংখ্যা 18), এই দুটি ভিন্ন মৌলের পরমাণু হলেও উভয়ের ভরসংখ্যা 40।
প্রশ্ন ৯। সমস্থানিকের যে কোন দুটো ব্যবহার লিখ।
উত্তর:
সমস্থানিকের দুটি ব্যবহার হলো:
* ইউরেনিয়ামের একটি সমস্থানিক নিউক্লীয় রিএক্টরে ইন্ধন হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
* কোবাল্টের একটি সমস্থানিক কর্কট রোগের (Cancer) চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়। (এছাড়াও, আয়োডিনের একটি সমস্থানিক গলগণ্ড রোগের চিকিৎসায় ব্যবহার করা হয়)।
প্রশ্ন ১০। Na^{+} এ K এবং L কক্ষদুটো সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ। ব্যাখ্যা কর।
উত্তর:
সোডিয়াম (Na) পরমাণুর পারমাণবিক সংখ্যা 11। এর ইলেকট্রনীয় বিন্যাস হলো K=2, L=8, M=1। Na^{+} আয়নটি তৈরি হয় যখন সোডিয়াম পরমাণু তার বহিরতম কক্ষের (M কক্ষ) 1 টি ইলেকট্রন ত্যাগ করে।
ফলে, Na^{+} আয়নে মোট ইলেকট্রন সংখ্যা হয় (11 – 1) = 10।
এই 10 টি ইলেকট্রনের বিন্যাস হয়: K কক্ষে 2 টি এবং L কক্ষে 8 টি।
যেহেতু K কক্ষের সর্বাধিক ইলেকট্রন ধারণ ক্ষমতা 2 এবং L কক্ষের সর্বাধিক ইলেকট্রন ধারণ ক্ষমতা 8, তাই Na^{+} আয়নে K এবং L কক্ষদুটো সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ থাকে।
প্রশ্ন ১১। যদি ব্র’মিন দুটো সমস্থানিকরূপে থাকে এবং {}_{35}^{79}Br(49.7\%) {}_{35}^{81}Br(50.3\%) তাহলে ব্র’মিন পরমাণুর গড় পারমানবিক ভর নির্ণয় কর।
উত্তর:
ব্রোমিন পরমাণুর গড় পারমাণবিক ভর গণনা:
গড় পারমাণবিক ভর = [(\text{প্রথম সমস্থানিকের ভর} \times \text{শতাংশ}) + (\text{দ্বিতীয় সমস্থানিকের ভর} \times \text{শতাংশ})]
= [(79 \times \frac{49.7}{100}) + (81 \times \frac{50.3}{100})]
= (79 \times 0.497) + (81 \times 0.503)
= 39.263 + 40.743
= 80.006 u
সুতরাং, ব্রোমিন পরমাণুর গড় পারমাণবিক ভর হলো 80.006 u।
প্রশ্ন ১২। X মৌলের গড় পারমানবিক ভর হচ্ছে 16.2u । এটাতে {}_{8}^{16}X এবং {}_{8}^{18}X এই দুটো সমস্থানিকের শতাংশ নির্ণয় কর?
উত্তর:
ধরা যাক, {}_{8}^{16}X সমস্থানিকের শতাংশ = a%
তাহলে, {}_{8}^{18}X সমস্থানিকের শতাংশ = (100 – a)%
গড় পারমাণবিক ভরের সূত্র অনুযায়ী:
16.2 = \frac{(16 \times a) + (18 \times (100 – a))}{100}
16.2 \times 100 = 16a + 1800 – 18a
1620 = 1800 – 2a
2a = 1800 – 1620
2a = 180
a = 90
সুতরাং, {}_{8}^{16}X সমস্থানিকের শতাংশ = 90% এবং {}_{8}^{18}X সমস্থানিকের শতাংশ = (100 – 90) = 10%।
প্রশ্ন ১৩। X এবং Y এই দুইপ্রকারের পরমাণুর নিউক্লিয়াসের সংযুতি নীচে দেওয়া হলো-।
X: প্রোটন = 6, নিউট্রন = 6
Y: প্রোটন = 6, নিউট্রন = 8
X এবং Y এর ভর সংখ্যা কত। এই দুই প্রকারের পরমাণুর সম্পর্ক কী?
উত্তর:
ভর সংখ্যা = প্রোটন সংখ্যা + নিউট্রন সংখ্যা
* X এর ভর সংখ্যা = 6 (প্রোটন) + 6 (নিউট্রন) = 12
* Y এর ভর সংখ্যা = 6 (প্রোটন) + 8 (নিউট্রন) = 14
সম্পর্ক:
X এবং Y উভয় পরমাণুর প্রোটন সংখ্যা একই (6), অর্থাৎ তাদের পারমাণবিক সংখ্যা একই। কিন্তু তাদের ভর সংখ্যা ভিন্ন (যথাক্রমে 12 এবং 14)।
একই মৌলের বিভিন্ন পরমাণু যাদের পারমানবিক সংখ্যা একই কিন্তু ভরসংখ্যা ভিন্ন, তাদের সমস্থানিক (Isotopes) বলে। সুতরাং, X এবং Y পরস্পরের সমস্থানিক।
প্রশ্ন ১৪। নিম্নোক্ত উক্তিগুলোর ক্ষেত্রে শুদ্ধ উত্তরের জন্য লিখ T এবং ভুল উত্তরের জন্য লিখ F।
উত্তর:
(a) জে. জে থমসন প্রস্তাব করেছিলেন যে পরমাণুর নিউক্লিয়াসে কেবল নিউক্লিয়ন থাকে।
F (ভুল)। (থমসনের মডেলে নিউক্লিয়াসের কোনো ধারণা ছিল না; নিউক্লিয়াস আবিষ্কার করেন রাদারফোর্ড)।
(b) একটি প্রোটন এবং একটি ইলেকট্রন যুক্ত হয়ে একটি নিউট্রন তৈরী হয়। সেজন্য এটা আধানহীন।
F (ভুল)। (পাঠ্যপুস্তকে এমন কোনো তথ্য দেওয়া নেই। প্রোটন, ইলেকট্রন ও নিউট্রনকে তিনটি পৃথক অবপারমাণবিক কণা হিসেবে বর্ণনা করা হয়েছে)।
(c) ইলেকট্রনের ভর প্রোটনের ভরের প্রায় 1/2000 গুণ।
T (শুদ্ধ)। (পাঠ্যপুস্তকে বলা হয়েছে ইলেকট্রনের ভর হাইড্রোজেন পরমাণুর ভরের প্রায় 1/2000 গুণ, এবং প্রোটনের ভরকে একক ধরা হয়)।
(d) আয়োডিনের একটি সমস্থানিক টিংচার অফ আয়োডিন তৈরী করতে ব্যবহার করা হয় যা একটি ওষুধ হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
F (ভুল)। (পাঠ্যপুস্তক অনুযায়ী, আয়োডিনের একটি সমস্থানিক গলগণ্ড (goitre) রোগের চিকিৎসায় ব্যবহার করা হয়, টিংচার অফ আয়োডিনের কথা উল্লেখ নেই)।
প্রশ্ন ১৫। রাডারফোর্ডের α-কনা বিচ্ছুরণ পরীক্ষার ফলেই আবিষ্কৃত হয়েছিল-
(a) পরমাণুর কেন্দ্র বা নিউক্লিয়াস
(b) ইলেকট্রন
(c) প্রোটন
(d) নিউট্রন
উত্তর:
(a) পরমাণুর কেন্দ্র বা নিউক্লিয়াস (✓)
প্রশ্ন ১৬। কোন মৌলের সমস্থানিকগুলোর
(a) একই ভৌতিক ধর্ম থাকে
(b) ভিন্ন ভিন্ন রাসায়নিক ধর্ম থাকে
(c) নিউট্রনের সংখ্যা ভিন্ন
(d) পরমাণবিক সংখ্যা ভিন্ন।
উত্তর:
(c) নিউট্রনের সংখ্যা ভিন্ন (✓) (কারণ তাদের পারমানবিক সংখ্যা একই কিন্তু ভরসংখ্যা ভিন্ন, যার অর্থ নিউট্রন সংখ্যা অবশ্যই ভিন্ন। পাঠ্যপুস্তকে এও উল্লেখ আছে যে তাদের রাসায়নিক ধর্ম একই কিন্তু ভৌতিক ধর্ম ভিন্ন)।
প্রশ্ন ১৭। Cl^{-} আয়নে যোজক ইলেকট্রনের সংখ্যা হচ্ছে-
(a) 16 (b) 8 (c) 17 (d) 18
উত্তর:
(b) 8 (✓) (ক্লরিন পরমাণুর (Z=17) ইলেকট্রন বিন্যাস 2, 8, 7। Cl^{-} আয়ন তৈরি হয় 1 টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে, ফলে বহিরতম কক্ষের ইলেকট্রন সংখ্যা হয় 7 + 1 = 8)।
প্রশ্ন ১৮। নিম্নোক্তগুলোর মধ্যে কোনটি সোডিয়ামের সঠিক ইলেকট্রনীয় বিন্যাস?
(a) 2, 8 (b) 8, 2, 1 (c) 2, 1, 8 (d) 2, 8, 1
উত্তর:
(d) 2, 8, 1 (✓) (সোডিয়ামের পারমাণবিক সংখ্যা 11)।
প্রশ্ন ১৯। নিম্নোক্ত তালিকাটি পূর্ণ কর-
উত্তর:
| পারমাণবিক সংখ্যা | ভর সংখ্যা | নিউট্রনের সংখ্যা | প্রোটনের সংখ্যা | ইলেকট্রনের সংখ্যা | পরমাণুর প্রকারের নাম |
|—|—|—|—|—|—|
| 9 | 19 | 10 | 9 | 9 | ফ্লুরিন |
| 16 | 32 | 16 | 16 | 16 | সালফার |
| 12 | 24 | 12 | 12 | 12 | মেগনেসিয়াম |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | হাইড্রোজেন (ডয়টেরিয়াম) |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | হাইড্রোজেন (প্রোটিয়াম) |
