বিষয়ের ভূমিকা

রসায়নশাস্ত্রের বিশাল জগতে আমাদের চারপাশে রয়েছে অসংখ্য মৌল। হাইড্রোজেন, অক্সিজেন থেকে শুরু করে সোনা, রুপা, লোহা - এই মৌলগুলো প্রত্যেকেই স্বতন্ত্র এবং তাদের ধর্মও ভিন্ন। ভাবুন তো, যদি একটি লাইব্রেরিতে হাজার হাজার বই কোনো নিয়ম ছাড়াই এলোমেলোভাবে রাখা থাকে, তাহলে নির্দিষ্ট কোনো বই খুঁজে বের করা কতটা কঠিন হবে? ঠিক তেমনি, বিজ্ঞানীরা যখন নতুন নতুন মৌল আবিষ্কার করছিলেন, তখন তাদের ধর্মাবলী মনে রাখা এবং তাদের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করা অত্যন্ত কঠিন হয়ে পড়েছিল। এই সমস্যার সমাধান করার জন্যই প্রয়োজন হয়েছিল মৌলগুলোকে একটি সুসংবদ্ধ পদ্ধতিতে সাজানোর।

এই অধ্যায়ে, আমরা সেই увлекательное যাত্রা সম্পর্কে জানব, যা রসায়নবিদদের মৌলগুলোকে একটি ছকে সাজাতে সাহায্য করেছে, যা আজ 'পর্যায় সারণি' বা 'Periodic Table' নামে পরিচিত। এটি কেবল মৌলগুলোর একটি তালিকা নয়, বরং এটি একটি শক্তিশালী হাতিয়ার যা মৌলের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মাবলী, তাদের আচরণ এবং তাদের মধ্যে সম্পর্ক বুঝতে সাহায্য করে। আমরা দেখব কীভাবে ডোবেরাইনারের ত্রয়ী থেকে শুরু করে নিউল্যান্ডসের অষ্টক সূত্র পেরিয়ে মেন্ডেলিভের যুগান্তকারী পর্যায় সারণি এবং অবশেষে মোসলের আধুনিক পর্যায় সারণির জন্ম হলো। এই অধ্যায়টি আমাদের শেখাবে কীভাবে পারমাণবিক সংখ্যার ভিত্তিতে মৌলগুলোকে সাজানো হয় এবং এর ফলে তাদের ধর্মে কীভাবে একটি চমৎকার পর্যায়ক্রমিক পুনরাবৃত্তি বা 'periodicity' দেখা যায়। পারমাণবিক ব্যাসার্ধ, আয়নন এনথালপি, তড়িৎ ঋণাত্মকতার মতো গুরুত্বপূর্ণ ধর্মগুলো কীভাবে পর্যায় সারণিতে পরিবর্তিত হয়, তা আমরা গভীরভাবে বিশ্লেষণ করব।

মূল ধারণাগুলির বিস্তারিত ব্যাখ্যা

পর্যায় সারণির ঐতিহাসিক বিকাশ: একটি সুশৃঙ্খল পথের সন্ধান

আজ আমরা যে আধুনিক এবং সুসংগঠিত পর্যায় সারণি দেখি, তা একদিনে তৈরি হয়নি। এর পেছনে রয়েছে বহু বিজ্ঞানীর কয়েক দশকের প্রচেষ্টা, পর্যবেক্ষণ এবং অসংখ্য ভুল থেকে শিক্ষা। চলুন, এই ঐতিহাসিক পথচলার প্রধান ধাপগুলো জেনে নেওয়া যাক।

১. ডোবেরাইনারের ত্রয়ী সূত্র (Dobereiner's Triads)

জার্মান রসায়নবিদ জোহান ডোবেরাইনার ১৮২৯ সালে প্রথম মৌলগুলোকে শ্রেণিবদ্ধ করার একটি অর্থপূর্ণ প্রচেষ্টা করেন। তিনি লক্ষ্য করেন যে, রাসায়নিকভাবে সাদৃশ্যপূর্ণ তিনটি মৌলকে যদি তাদের ক্রমবর্ধমান পারমাণবিক ভর অনুসারে সাজানো হয়, তবে মাঝের মৌলটির পারমাণবিক ভর অন্য দুটি মৌলের পারমাণবিক ভরের গড়ের প্রায় সমান হয়। তিনি এই তিনটি মৌলের দলকে 'ত্রয়ী' বা 'Triad' নাম দেন।

  • উদাহরণ ১ (ক্ষার ধাতু): লিথিয়াম (Li), সোডিয়াম (Na), এবং পটাশিয়াম (K)। Li-এর পারমাণবিক ভর ৭ এবং K-এর ৩৯। এদের গড় হলো (৭+৩৯)/২ = ২৩, যা সোডিয়ামের পারমাণবিক ভরের সমান।
  • উদাহরণ ২ (ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু): ক্যালসিয়াম (Ca), স্ট্রনশিয়াম (Sr), এবং বেরিয়াম (Ba)। Ca-এর পারমাণবিক ভর ৪০ এবং Ba-এর ১৩৭। এদের গড় হলো (৪০+১৩৭)/২ = ৮৮.৫, যা স্ট্রনশিয়ামের পারমাণবিক ভর (৮৮)-এর খুব কাছাকাছি।

সীমাবদ্ধতা: ডোবেরাইনারের এই ধারণাটি ছিল একটি যুগান্তকারী পদক্ষেপ, কিন্তু এটি সার্বজনীন ছিল না। সেই সময়ে পরিচিত সমস্ত মৌলকে এই ত্রয়ী সূত্রের মাধ্যমে সাজানো সম্ভব হয়নি। তাই এই নিয়মটি একটি আকর্ষণীয় পর্যবেক্ষণ হিসেবেই রয়ে যায়, কিন্তু একটি পূর্ণাঙ্গ শ্রেণিবিন্যাস পদ্ধতি হিসেবে গৃহীত হয়নি।

২. নিউল্যান্ডসের অষ্টক সূত্র (Newland's Law of Octaves)

১৮৬৫ সালে, ইংরেজ রসায়নবিদ জন নিউল্যান্ডস মৌলগুলোকে তাদের ক্রমবর্ধমান পারমাণবিক ভর অনুসারে সাজিয়ে একটি নতুন প্যাটার্ন আবিষ্কার করেন। তিনি দেখেন যে, কোনো একটি মৌল থেকে শুরু করে অষ্টম মৌলটির ধর্ম প্রথম মৌলটির ধর্মের পুনরাবৃত্তি ঘটায়, ঠিক যেমন সঙ্গীতের স্কেলে অষ্টম স্বরটি প্রথম স্বরের পুনরাবৃত্তি (সা-রে-গা-মা-পা-ধা-নি-সা’)। এই সাদৃশ্যের কারণে তিনি এর নাম দেন 'অষ্টক সূত্র'।

উদাহরণ: যদি আমরা লিথিয়াম (Li) থেকে শুরু করি, তবে অষ্টম মৌলটি হলো সোডিয়াম (Na)। Li এবং Na উভয়ের ধর্মেই সাদৃশ্য রয়েছে। একইভাবে, বেরিলিয়াম (Be) থেকে শুরু করলে অষ্টম মৌল ম্যাগনেসিয়াম (Mg), যাদের ধর্মেও মিল পাওয়া যায়।

সীমাবদ্ধতা: নিউল্যান্ডসের এই সূত্রটিও কিছু গুরুতর সমস্যার সম্মুখীন হয়েছিল।

  • এই নিয়মটি শুধুমাত্র হালকা মৌল (ক্যালসিয়াম পর্যন্ত) গুলোর জন্য প্রযোজ্য ছিল। ভারী মৌলগুলোর ক্ষেত্রে এই নিয়ম কাজ করত না।
  • নিষ্ক্রিয় গ্যাসগুলো (যেমন হিলিয়াম, নিয়ন, আর্গন) তখন আবিষ্কৃত হয়নি। এগুলো আবিষ্কৃত হওয়ার পর, অষ্টম মৌলের পরিবর্তে নবম মৌলটি প্রথমটির মতো ধর্ম প্রদর্শন করত, যা অষ্টক সূত্রের পরিপন্থী।
  • কিছু ক্ষেত্রে, নিউল্যান্ডস ভিন্ন ধর্মের মৌলকে একই ঘরে রাখতে বাধ্য হয়েছিলেন, যেমন কোবাল্ট (Co) এবং নিকেল (Ni)-কে হ্যালোজেন (F, Cl)-এর সাথে একই কলামে রাখা হয়েছিল।

এই কারণে, তার এই কাজটি সেই সময়ে বৈজ্ঞানিক মহলে তেমন গুরুত্ব পায়নি, যদিও পরবর্তীকালে এর গুরুত্ব স্বীকার করা হয়।

৩. মেন্ডেলিভের পর্যায় সারণি: একটি বৈপ্লবিক পদক্ষেপ

রাশিয়ান রসায়নবিদ দিমিত্রি মেন্ডেলিভকে পর্যায় সারণির জনক বলা হয়। ১৮৬৯ সালে তিনি যে পর্যায় সারণি প্রকাশ করেন, তা পূর্ববর্তী সমস্ত প্রচেষ্টার চেয়ে অনেক বেশি সফল এবং প্রভাবশালী ছিল। মেন্ডেলিভ এবং জার্মান বিজ্ঞানী লোথার মেয়ার প্রায় একই সময়ে একই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছিলেন, কিন্তু মেন্ডেলিভের শ্রেণিবিন্যাসটি ছিল অধিকতর ব্যাপক এবং ভবিষ্যদ্বাণীমূলক।

মেন্ডেলিভের পর্যায় সূত্র: "মৌলসমূহের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মাবলি তাদের পারমাণবিক ভরের সঙ্গে পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্ত হয়।"

মেন্ডেলিভের সারণির বৈশিষ্ট্য ও সাফল্য:

  1. সিস্টেম্যাটিক বিন্যাস: তিনি সেই সময়ে পরিচিত ৬৩টি মৌলকে তাদের ক্রমবর্ধমান পারমাণবিক ভর অনুসারে সাজান। তিনি মৌলগুলোকে অনুভূমিক সারি (পর্যায়) এবং উল্লম্ব স্তম্ভে (শ্রেণি) বিভক্ত করেন। একই শ্রেণির মৌলগুলোর রাসায়নিক ধর্মে সাদৃশ্য ছিল।
  2. ভুল পারমাণবিক ভর সংশোধন: মেন্ডেলিভ তার সারণিতে মৌলগুলোকে সঠিক স্থানে বসানোর জন্য কিছু মৌলের পারমাণবিক ভর সংশোধন করার প্রস্তাব দেন। উদাহরণস্বরূপ, বেরিলিয়াম (Be)-এর পারমাণবিক ভর প্রথমে ১৩.৫ ধরা হতো, কিন্তু মেন্ডেলিভ এর ধর্ম বিচার করে বলেন যে এর স্থান লিথিয়াম ও বোরনের মাঝে হওয়া উচিত এবং এর যোজ্যতা ২। এর ভিত্তিতে তিনি এর সঠিক পারমাণবিক ভর ৯ নির্ধারণ করেন, যা পরবর্তীতে সঠিক প্রমাণিত হয়।
  3. ভবিষ্যদ্বাণী: মেন্ডেলিভের সবচেয়ে বড় সাফল্য ছিল অনাবিষ্কৃত মৌলগুলোর জন্য তার সারণিতে ফাঁকা জায়গা ছেড়ে দেওয়া এবং তাদের ধর্মের ভবিষ্যদ্বাণী করা। তিনি অ্যালুমিনিয়ামের নিচে থাকা খালি স্থানের মৌলটির নাম দেন 'একা-অ্যালুমিনিয়াম' এবং সিলিকনের নিচেরটির নাম দেন 'একা-সিলিকন'। পরবর্তীতে যখন গ্যালিয়াম (Ga) এবং জার্মেনিয়াম (Ge) আবিষ্কৃত হয়, তখন দেখা যায় তাদের ধর্ম মেন্ডেলিভের ভবিষ্যদ্বাণীর সাথে হুবহু মিলে গেছে। এটি তার পর্যায় সূত্রের সত্যতা প্রমাণ করে।

মেন্ডেলিভের সারণির সীমাবদ্ধতা:

  • হাইড্রোজেনের অবস্থান: হাইড্রোজেনের ধর্ম ক্ষার ধাতু (শ্রেণি ১) এবং হ্যালোজেন (শ্রেণি ১৭) উভয়ের সাথেই মেলে। মেন্ডেলিভ এর জন্য একটি নির্দিষ্ট স্থান নির্ধারণ করতে পারেননি।
  • আইসোটোপের অবস্থান: আইসোটোপ হলো একই মৌলের বিভিন্ন পরমাণু যাদের পারমাণবিক সংখ্যা এক কিন্তু ভর সংখ্যা ভিন্ন। মেন্ডেলিভের সারণি পারমাণবিক ভরের উপর ভিত্তি করে তৈরি হওয়ায়, আইসোটোপগুলোর জন্য আলাদা স্থান দেওয়ার প্রয়োজন ছিল, কিন্তু তিনি তা করেননি। যেমন, ক্লোরিনের দুটি আইসোটোপ (Cl-35 এবং Cl-37) কে একই স্থানে রাখা হয়েছিল।
  • অসামঞ্জস্যপূর্ণ জুটি (Anomalous Pairs): কিছু ক্ষেত্রে, ধর্মের মিল রাখার জন্য মেন্ডেলিভকে অধিক পারমাণবিক ভরযুক্ত মৌলকে কম পারমাণবিক ভরযুক্ত মৌলের আগে রাখতে হয়েছিল। যেমন, আর্গন (Ar, পারমাণবিক ভর ৩৯.৯)-কে পটাশিয়াম (K, পারমাণবিক ভর ৩৯.১)-এর আগে রাখা হয়েছে। একইভাবে, কোবাল্ট (Co, পারমাণবিক ভর ৫৮.৯)-কে নিকেল (Ni, পারমাণবিক ভর ৫৮.৭)-এর আগে রাখা হয়েছে।

আধুনিক পর্যায় সূত্র এবং পর্যায় সারণির বর্তমান রূপ

মেন্ডেলিভের সারণির সীমাবদ্ধতাগুলো ইঙ্গিত দিচ্ছিল যে পারমাণবিক ভর হয়তো মৌলের সবচেয়ে মৌলিক ধর্ম নয়। ১৯১৩ সালে, ইংরেজ পদার্থবিদ হেনরি মোসলে এক্স-রে বর্ণালীর উপর তার পরীক্ষার মাধ্যমে দেখান যে, মৌলের সবচেয়ে মৌলিক ধর্ম তার পারমাণবিক ভর নয়, বরং তার পারমাণবিক সংখ্যা (Atomic Number, Z), অর্থাৎ নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা।

আধুনিক পর্যায় সূত্র: "মৌলসমূহের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মাবলি তাদের পারমাণবিক সংখ্যার সঙ্গে পর্যায়ক্রমে পুনরাবৃত্ত হয়।"

এই সূত্রের উপর ভিত্তি করে পর্যায় সারণিকে নতুন করে সাজানো হয়, যা মেন্ডেলিভের সারণির প্রায় সমস্ত অসঙ্গতি দূর করে দেয়।

  • অসামঞ্জস্যপূর্ণ জুটির সমাধান: আর্গনের পারমাণবিক সংখ্যা ১৮ এবং পটাশিয়ামের ১৯। তাই পারমাণবিক সংখ্যা অনুসারে সাজালে আর্গন স্বাভাবিকভাবেই পটাশিয়ামের আগে আসে।
  • আইসোটোপের সমস্যার সমাধান: যেহেতু একটি মৌলের সমস্ত আইসোটোপের পারমাণবিক সংখ্যা একই, তাই তাদের পর্যায় সারণিতে একই স্থানে রাখা হয়, যা যৌক্তিক।

পর্যায় সারণির দীর্ঘ রূপ (Long Form of the Periodic Table)

আধুনিক পর্যায় সারণিকে 'দীর্ঘ রূপ' বলা হয়। এর গঠনটি মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাসের উপর ভিত্তি করে তৈরি, যা এটিকে আরও বেশি তথ্যপূর্ণ এবং কার্যকরী করে তুলেছে।

  • পর্যায় (Periods): সারণির অনুভূমিক সারিগুলোকে পর্যায় বলা হয়। মোট ৭টি পর্যায় আছে। একটি পর্যায়ের নম্বরটি ওই পর্যায়ের মৌলগুলোর সর্ববহিঃস্থ কক্ষের মুখ্য কোয়ান্টাম সংখ্যা (n)-কে নির্দেশ করে।
  • শ্রেণি (Groups): সারণির উল্লম্ব স্তম্ভগুলোকে শ্রেণি বলা হয়। মোট ১৮টি শ্রেণি আছে। একই শ্রেণির মৌলগুলোর সর্ববহিঃস্থ কক্ষের ইলেকট্রন বিন্যাস একই রকম হয়, যার ফলে তাদের রাসায়নিক ধর্মে গভীর সাদৃশ্য দেখা যায়।
  • ব্লক (Blocks): ইলেকট্রন বিন্যাসের ভিত্তিতে পর্যায় সারণিকে চারটি ব্লকে ভাগ করা হয়েছে - s, p, d, এবং f। কোনো মৌলের সর্বশেষ ইলেকট্রনটি যে উপকক্ষে প্রবেশ করে, সেই অনুযায়ী মৌলটিকে সেই ব্লকের অন্তর্ভুক্ত করা হয়।

ব্লকভিত্তিক আলোচনা:

s-ব্লক মৌল: - অবস্থান: শ্রেণি ১ এবং শ্রেণি ২। - সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: ns¹⁻²। - পরিচয়: শ্রেণি ১-এর মৌলগুলোকে ক্ষার ধাতু (Alkali Metals) এবং শ্রেণি ২-এর মৌলগুলোকে ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু (Alkaline Earth Metals) বলা হয়। - ধর্ম: এরা অত্যন্ত সক্রিয় ধাতু, নরম, এবং এদের গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক কম। এরা সহজেই ইলেকট্রন ত্যাগ করে ক্যাটায়ন গঠন করে।

p-ব্লক মৌল: - অবস্থান: শ্রেণি ১৩ থেকে শ্রেণি ১৮। - সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: ns²np¹⁻⁶। - পরিচয়: এই ব্লকে ধাতু, অধাতু এবং ধাতুকল্প (Metalloids) - তিন ধরনের মৌলই বর্তমান। শ্রেণি ১৭-কে হ্যালোজেন এবং শ্রেণি ১৮-কে নিষ্ক্রিয় গ্যাস (Noble Gases) বলা হয়। - ধর্ম: এদের ধর্ম অত্যন্ত বৈচিত্র্যময়। বাম থেকে ডানে গেলে অধাতব ধর্ম বৃদ্ধি পায়। এরা সাধারণত সমযোজী যৌগ গঠন করে।

d-ব্লক মৌল: - অবস্থান: শ্রেণি ৩ থেকে শ্রেণি ১২ (s-ব্লক এবং p-ব্লকের মাঝে)। - সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস: (n-1)d¹⁻¹⁰ns⁰⁻²। - পরিচয়: এদেরকে সন্ধিগত মৌল (Transition Elements) বলা হয়। - ধর্ম: এরা সকলেই কঠিন ধাতু (পারদ ছাড়া), এদের গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক উচ্চ। এরা পরিবর্তনশীল যোজ্যতা প্রদর্শন করে, রঙিন যৌগ গঠন করে এবং অনুঘটক হিসেবে কাজ করে।

f-ব্লক মৌল: - অবস্থান: পর্যায় সারণির নিচে দুটি আলাদা সারিতে রাখা হয়েছে। - পরিচয়: এদেরকে অভ্যন্তরীণ সন্ধিগত মৌল (Inner Transition Elements) বলা হয়। প্রথম সারিকে ল্যান্থানয়েডস (Lanthanoids) এবং দ্বিতীয় সারিকে অ্যাকটিনয়েডস (Actinoids) বলে। - ধর্ম: এরা ভারী ধাতু। অ্যাকটিনয়েড সিরিজের অধিকাংশ মৌল তেজস্ক্রিয়।

ধর্মাবলীর পর্যায়বৃত্ততা (Periodicity of Properties)

আধুনিক পর্যায় সারণির সবচেয়ে বড় উপযোগিতা হলো এটি মৌলগুলোর ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মের পর্যায়ক্রমিক পরিবর্তনকে ব্যাখ্যা করতে পারে। যখন আমরা কোনো পর্যায় বরাবর বাম থেকে ডানে বা কোনো শ্রেণি বরাবর উপর থেকে নিচে যাই, তখন কিছু নির্দিষ্ট ধর্ম নিয়মিতভাবে পরিবর্তিত হয়। একেই ধর্মাবলীর পর্যায়বৃত্ততা বলে।

১. পারমাণবিক ব্যাসার্ধ (Atomic Radius)

একটি পরমাণুর কেন্দ্র থেকে তার সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রন কক্ষ পর্যন্ত দূরত্বকে পারমাণবিক ব্যাসার্ধ বলে। তবে কোয়ান্টাম বলবিদ্যা অনুযায়ী ইলেকট্রনের নির্দিষ্ট কোনো সীমানা না থাকায়, এর সরাসরি পরিমাপ কঠিন। তাই সমযোজী ব্যাসার্ধ বা ধাতব ব্যাসার্ধের মাধ্যমে এটি পরিমাপ করা হয়।

  • পর্যায় বরাবর (বাম থেকে ডানে): পারমাণবিক ব্যাসার্ধ হ্রাস পায়।
    কারণ: যখন আমরা একটি পর্যায়ে বাম থেকে ডানে যাই, তখন পারমাণবিক সংখ্যা বৃদ্ধি পায়, অর্থাৎ নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা বাড়ে। এর ফলে নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল (effective nuclear charge) বৃদ্ধি পায়। ইলেকট্রনগুলো একই মুখ্য শক্তিস্তরে (shell) যুক্ত হতে থাকে, তাই তারা নিউক্লিয়াসের দিকে আরও জোরে আকৃষ্ট হয়। ফলে পরমাণুর আকার সংকুচিত হয়।
  • শ্রেণি বরাবর (উপর থেকে নিচে): পারমাণবিক ব্যাসার্ধ বৃদ্ধি পায়।
    কারণ: যখন আমরা একটি শ্রেণির উপর থেকে নিচে যাই, তখন একটি করে নতুন ইলেকট্রন কক্ষ (shell) যুক্ত হয়। এই নতুন কক্ষ নিউক্লিয়াস থেকে অনেক দূরে অবস্থিত। যদিও নিউক্লিয়াসের চার্জ বাড়ে, কিন্তু নতুন কক্ষ যুক্ত হওয়ার প্রভাব এবং অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রনগুলোর আবরণী প্রভাব (shielding effect) অনেক বেশি হওয়ায় পরমাণুর আকার বেড়ে যায়।

২. আয়নন এনথালপি (Ionization Enthalpy, IE)

গ্যাসীয় অবস্থায় কোনো বিচ্ছিন্ন পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ কক্ষ থেকে একটি ইলেকট্রনকে অপসারণ করে সেটিকে একটি ধনাত্মক আয়নে পরিণত করতে যে ন্যূনতম শক্তির প্রয়োজন হয়, তাকে আয়নন এনথালপি বলে।

  • পর্যায় বরাবর (বাম থেকে ডানে): আয়নন এনথালপি সাধারণত বৃদ্ধি পায়।
    কারণ: বাম থেকে ডানে পারমাণবিক ব্যাসার্ধ কমে এবং নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল বাড়ে। ফলে সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াসের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে এবং তাকে সরাতে বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়।
    ব্যতিক্রম: কিছু ক্ষেত্রে ব্যতিক্রম দেখা যায়। যেমন, বেরিলিয়াম (Be, 1s²2s²)-এর IE বোরন (B, 1s²2s²2p¹)-এর চেয়ে বেশি। কারণ Be-এর 2s উপকক্ষটি ইলেকট্রন দ্বারা পূর্ণ থাকায় এটি বেশি সুস্থিত। একইভাবে, নাইট্রোজেন (N, 2p³)-এর IE অক্সিজেন (O, 2p⁴)-এর চেয়ে বেশি, কারণ N-এর 2p উপকক্ষটি অর্ধ-পূর্ণ (half-filled) হওয়ায় এটি অধিকতর সুস্থিত।
  • শ্রেণি বরাবর (উপর থেকে নিচে): আয়নন এনথালপি হ্রাস পায়।
    কারণ: উপর থেকে নিচে গেলে পরমাণুর আকার বাড়ে এবং সর্ববহিঃস্থ ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াস থেকে দূরে চলে যায়। ফলে নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল কমে যায় এবং ইলেকট্রনটিকে সরাতে কম শক্তির প্রয়োজন হয়।

৩. ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি (Electron Gain Enthalpy, EGE)

গ্যাসীয় অবস্থায় কোনো বিচ্ছিন্ন পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ কক্ষে একটি ইলেকট্রন যুক্ত হয়ে সেটিকে একটি ঋণাত্মক আয়নে পরিণত করলে যে শক্তি নির্গত বা শোষিত হয়, তাকে ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি বলে। শক্তি নির্গত হলে (সাধারণত অধাতুর ক্ষেত্রে) EGE-এর মান ঋণাত্মক হয়। ঋণাত্মক মান যত বেশি, ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা তত বেশি।

  • পর্যায় বরাবর (বাম থেকে ডানে): EGE-এর মান সাধারণত বেশি ঋণাত্মক হয়।
    কারণ: বাম থেকে ডানে গেলে পরমাণুর আকার ছোট হয় এবং নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল বাড়ে। ফলে আগত ইলেকট্রনের প্রতি আকর্ষণ বৃদ্ধি পায় এবং ইলেকট্রন গ্রহণ প্রক্রিয়াটি বেশি শক্তি নির্গত করে (more exothermic)। নিষ্ক্রিয় গ্যাসগুলোর ক্ষেত্রে ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপির মান ধনাত্মক হয়, কারণ তাদের সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাসে নতুন ইলেকট্রন যুক্ত করতে বাইরে থেকে শক্তি সরবরাহ করতে হয়।
  • শ্রেণি বরাবর (উপর থেকে নিচে): EGE-এর মান সাধারণত কম ঋণাত্মক হয়।
    কারণ: উপর থেকে নিচে গেলে পরমাণুর আকার বেড়ে যায়। ফলে আগত ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াস থেকে দূরে থাকে এবং তার প্রতি আকর্ষণ বল কম হয়। তাই ইলেকট্রন গ্রহণ প্রক্রিয়াতে কম শক্তি নির্গত হয়।
    ব্যতিক্রম: একটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যতিক্রম হলো, ক্লোরিন (Cl)-এর EGE ফ্লোরিন (F)-এর চেয়ে বেশি ঋণাত্মক। এর কারণ ফ্লোরিনের আকার অত্যন্ত ছোট। এর ছোট 2p উপকক্ষে আগে থেকেই ৭টি ইলেকট্রন থাকায়, নতুন ইলেকট্রন যুক্ত হলে আন্তঃইলেকট্রনীয় বিকর্ষণ (inter-electronic repulsion) অনেক বেড়ে যায়। ক্লোরিনের 3p উপকক্ষটি তুলনামূলকভাবে বড় হওয়ায় এই বিকর্ষণ কম হয়, তাই এটি সহজে ইলেকট্রন গ্রহণ করতে পারে।

৪. তড়িৎ ঋণাত্মকতা (Electronegativity)

সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকা অবস্থায় কোনো পরমাণুর বন্ধন-জোড় ইলেকট্রনকে নিজের দিকে আকর্ষণ করার ক্ষমতাকে তড়িৎ ঋণাত্মকতা বলে। এটি একটি আপেক্ষিক মান, এর কোনো একক নেই।

  • পর্যায় বরাবর (বাম থেকে ডানে): তড়িৎ ঋণাত্মকতা বৃদ্ধি পায়।
    কারণ: পরমাণুর আকার ছোট হওয়ায় এবং নিউক্লিয়াসের আকর্ষণ বল বেশি হওয়ায় বন্ধনের ইলেকট্রনকে আকর্ষণ করার ক্ষমতা বাড়ে।
  • শ্রেণি বরাবর (উপর থেকে নিচে): তড়িৎ ঋণাত্মকতা হ্রাস পায়।
    কারণ: পরমাণুর আকার বড় হওয়ায় নিউক্লিয়াস থেকে বন্ধনের ইলেকট্রনের দূরত্ব বেড়ে যায় এবং আকর্ষণ ক্ষমতা কমে যায়।

ফ্লোরিন (F) হলো পর্যায় সারণির সবচেয়ে তড়িৎ ঋণাত্মক মৌল।

৫. ধাতব ও অধাতব ধর্ম (Metallic and Non-metallic Character)

ধাতব ধর্ম: মৌলের ইলেকট্রন ত্যাগ করে ধনাত্মক আয়ন বা ক্যাটায়ন গঠন করার প্রবণতাকে ধাতব ধর্ম বলে। যে মৌল যত সহজে ইলেকট্রন ত্যাগ করতে পারে, তার ধাতব ধর্ম তত বেশি। এটি আয়নন এনথালপির ব্যস্তানুপাতিক।

  • পর্যায় বরাবর (বাম থেকে ডানে): ধাতব ধর্ম হ্রাস পায় এবং অধাতব ধর্ম বৃদ্ধি পায়।
    কারণ: আয়নন এনথালপি বৃদ্ধি পায়, তাই ইলেকট্রন ত্যাগ করা কঠিন হয়ে পড়ে।
  • শ্রেণি বরাবর (উপর থেকে নিচে): ধাতব ধর্ম বৃদ্ধি পায়।
    কারণ: আয়নন এনথালপি হ্রাস পায়, তাই ইলেকট্রন ত্যাগ করা সহজ হয়।

এই কারণেই পর্যায় সারণির বাম দিকে শক্তিশালী ধাতু (যেমন সোডিয়াম, পটাশিয়াম) এবং ডান দিকে শক্তিশালী অধাতু (যেমন অক্সিজেন, ক্লোরিন) অবস্থিত।

প্রশ্নোত্তর (Q&A)

প্রশ্ন ১: মেন্ডেলিভের পর্যায় সারণির থেকে আধুনিক পর্যায় সারণি কেন বেশি উন্নত?

উত্তর: আধুনিক পর্যায় সারণি মেন্ডেলিভের সারণির চেয়ে বিভিন্ন কারণে উন্নত:

  • মৌলিক ভিত্তি: আধুনিক সারণি পারমাণবিক সংখ্যার উপর ভিত্তি করে তৈরি, যা মৌলের একটি অধিকতর মৌলিক ধর্ম। মেন্ডেলিভের সারণি পারমাণবিক ভরের উপর ভিত্তি করে ছিল।
  • অসঙ্গতির সমাধান: আধুনিক সারণি মেন্ডেলিভের সারণির অসামঞ্জস্যপূর্ণ জুটি (যেমন Ar-K, Co-Ni) এবং আইসোটোপের অবস্থানের মতো সমস্যাগুলোর যৌক্তিক সমাধান দিয়েছে।
  • ইলেকট্রন বিন্যাসের সাথে সম্পর্ক: আধুনিক সারণির গঠন (পর্যায়, শ্রেণি, ব্লক) সরাসরি মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাসের সাথে সম্পর্কিত, যা রাসায়নিক ধর্মাবলিকে আরও ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে।
  • সুনির্দিষ্ট অবস্থান: প্রতিটি মৌলের পারমাণবিক সংখ্যা নির্দিষ্ট হওয়ায়, পর্যায় সারণিতে তাদের অবস্থানও সুনির্দিষ্ট, যা নিয়ে কোনো বিভ্রান্তির অবকাশ নেই।

প্রশ্ন ২: নাইট্রোজেনের প্রথম আয়নন এনথালপি অক্সিজেনের চেয়ে বেশি কেন?

উত্তর: সাধারণত একটি পর্যায়ে বাম থেকে ডানে গেলে আয়নন এনথালপি বৃদ্ধি পায়, সেই অনুযায়ী অক্সিজেনের IE নাইট্রোজেনের চেয়ে বেশি হওয়ার কথা। কিন্তু এক্ষেত্রে ব্যতিক্রম দেখা যায়। এর কারণ হলো তাদের ইলেকট্রন বিন্যাস।

  • নাইট্রোজেনের (Z=7) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো 1s²2s²2p³। এর p-উপকক্ষটি অর্ধ-পূর্ণ (half-filled), যা একটি সুস্থিত অবস্থা।
  • অক্সিজেনের (Z=8) ইলেকট্রন বিন্যাস হলো 1s²2s²2p⁴।
নাইট্রোজেনের সুস্থিত অর্ধ-পূর্ণ p-উপকক্ষ থেকে একটি ইলেকট্রন সরাতে যে পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন হয়, তা অক্সিজেনের 2p⁴ বিন্যাস থেকে একটি ইলেকট্রন সরানোর চেয়ে বেশি। কারণ অক্সিজেন একটি ইলেকট্রন ত্যাগ করলে সুস্থিত 2p³ বিন্যাস লাভ করে। এই অতিরিক্ত স্থায়িত্বের কারণেই নাইট্রোজেনের প্রথম আয়নন এনথালপি অক্সিজেনের চেয়ে বেশি।

প্রশ্ন ৩: ক্লোরিনের ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি ফ্লোরিনের চেয়ে বেশি ঋণাত্মক কেন?

উত্তর: ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি একটি শ্রেণির উপর থেকে নিচে গেলে সাধারণত কম ঋণাত্মক হয়। কিন্তু হ্যালোজেন শ্রেণিতে ক্লোরিনের (Cl) মান ফ্লোরিনের (F) চেয়ে বেশি ঋণাত্মক। এর প্রধান কারণ হলো পরমাণুর আকার। ফ্লোরিন পরমাণুর আকার অত্যন্ত ছোট এবং এর 2p উপকক্ষটি খুব সংকুচিত। যখন একটি অতিরিক্ত ইলেকট্রন এই ছোট জায়গায় প্রবেশ করে, তখন সেখানে আগে থেকে উপস্থিত ইলেকট্রনগুলোর সাথে তার তীব্র বিকর্ষণ হয় (inter-electronic repulsion)। এই বিকর্ষণের কারণে ইলেকট্রন গ্রহণ প্রক্রিয়াটি ততটা সহজ হয় না। অন্যদিকে, ক্লোরিনের আকার তুলনামূলকভাবে বড় এবং এর 3p উপকক্ষটিও আকারে বড়। তাই, একটি নতুন ইলেকট্রন যুক্ত হলে সেখানে আন্তঃইলেকট্রনীয় বিকর্ষণ ফ্লোরিনের তুলনায় অনেক কম হয়। ফলে ক্লোরিন আরও সহজে ইলেকট্রন গ্রহণ করতে পারে এবং বেশি শক্তি নির্গত করে। একারণে, ক্লোরিনের ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি ফ্লোরিনের চেয়ে বেশি ঋণাত্মক।

সারসংক্ষেপ

এই অধ্যায় থেকে আমরা মৌলের শ্রেণিবিন্যাস এবং পর্যায় সারণির গুরুত্ব সম্পর্কে জানতে পারলাম। নিচে কিছু গুরুত্বপূর্ণ বিষয় তুলে ধরা হলো:

  • মৌলগুলোকে শ্রেণিবদ্ধ করার প্রাথমিক প্রচেষ্টা করেছিলেন ডোবেরাইনার (ত্রয়ী সূত্র) এবং নিউল্যান্ডস (অষ্টক সূত্র)।
  • মেন্ডেলিভ প্রথম সফল পর্যায় সারণি তৈরি করেন, যা পারমাণবিক ভরের উপর ভিত্তি করে ছিল। তিনি অনাবিষ্কৃত মৌলের ভবিষ্যদ্বাণী করে এর কার্যকারিতা প্রমাণ করেন।
  • আধুনিক পর্যায় সূত্র পারমাণবিক সংখ্যার উপর ভিত্তি করে প্রতিষ্ঠিত, যা মোসলে প্রদান করেন।
  • আধুনিক পর্যায় সারণিতে ৭টি পর্যায় এবং ১৮টি শ্রেণি রয়েছে এবং এটি s, p, d, f এই চারটি ব্লকে বিভক্ত।
  • পারমাণবিক ব্যাসার্ধ: পর্যায়ে কমে, শ্রেণিতে বাড়ে।
  • আয়নন এনথালপি: পর্যায়ে বাড়ে, শ্রেণিতে কমে।
  • ইলেকট্রন গ্রহণ এনথালপি: পর্যায়ে বেশি ঋণাত্মক হয়, শ্রেণিতে কম ঋণাত্মক হয়।
  • তড়িৎ ঋণাত্মকতা: পর্যায়ে বাড়ে, শ্রেণিতে কমে।
  • ধাতব ধর্ম: পর্যায়ে কমে, শ্রেণিতে বাড়ে।

পর্যায় সারণি রসায়নশাস্ত্রের একটি মানচিত্রের মতো, যা আমাদের প্রতিটি মৌলের ধর্ম, আচরণ এবং অন্যান্য মৌলের সাথে তাদের সম্পর্ককে এক নজরে বুঝতে সাহায্য করে।