অধ্যায় ৩: পরমাণু, অণু ও রাসায়নিক বিক্রিয়া (Atom, Molecule and Chemical Reaction)
অধ্যায়ের সারসংক্ষেপ
এই অধ্যায়ে আমরা পদার্থের গঠনগত একক পরমাণু ও অণু সম্পর্কে জানব। মৌলের চিহ্ন, যৌগের সংকেত এবং যোজ্যতার ধারণা এখানে বিস্তারিতভাবে আলোচনা করা হয়েছে। পরমাণু তিনটি মূল কণা—প্রোটন, নিউট্রন ও ইলেকট্রন দ্বারা গঠিত। পরমাণুর কেন্দ্রে থাকে নিউক্লিয়াস, যেখানে প্রোটন ও নিউট্রন অবস্থান করে এবং ইলেকট্রনগুলি নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে বিভিন্ন কক্ষে ঘোরে। পরমাণু ক্রমাঙ্ক ও ভরসংখ্যার ধারণাও এখানে দেওয়া হয়েছে। এরপর, রাসায়নিক বিক্রিয়া কী এবং কীভাবে চিহ্ন ও সংকেতের সাহায্যে রাসায়নিক সমীকরণ লেখা হয়, তা শেখানো হয়েছে। ভরের সংরক্ষণ সূত্র মেনে চলার জন্য সমীকরণের সমতাবিধানের প্রয়োজনীয়তা ও পদ্ধতি ব্যাখ্যা করা হয়েছে। সবশেষে, বিভিন্ন প্রকার রাসায়নিক বিক্রিয়া—যেমন প্রত্যক্ষ সংযোগ, বিয়োজন, প্রতিস্থাপন এবং বিনিময় বিক্রিয়া—উদাহরণসহ আলোচনা করা হয়েছে।
গুরুত্বপূর্ণ বহুবিকল্পীয় প্রশ্ন (MCQ)
পারদ -এর ল্যাটিন নাম কী?
উত্তর: (গ) হাইড্রার্জিরাম
পরমাণুর নিউক্লিয়াসে কোন কণা থাকে?
উত্তর: (খ) প্রোটন ও নিউট্রন
পরমাণুর নিস্তড়িৎ কণা কোনটি?
উত্তর: (গ) নিউট্রন
সোডিয়াম পরমাণুর (Na) পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক 11 হলে, এর ইলেকট্রন সংখ্যা কত?
উত্তর: (খ) 11
পরমাণু থেকে ইলেকট্রন বেরিয়ে গেলে কী উৎপন্ন হয়?
উত্তর: (খ) ক্যাটায়ন
ক্লোরিন (Cl) পরমাণু একটি ইলেকট্রন গ্রহণ করলে কী উৎপন্ন হয়?
উত্তর: (খ) \(Cl^-\)
সালফেট মূলকের (\(SO_{4}^{2-}\)) যোজ্যতা কত?
উত্তর: (খ) 2
অক্সিজেনের যোজ্যতা কত?
উত্তর: (খ) 2
ফেরিক ক্লোরাইডে (\(FeCl_{3}\)) আয়রনের যোজ্যতা কত?
উত্তর: (গ) 3
অ্যামোনিয়ার (\(NH_{3}\)) সংকেতে নাইট্রোজেনের যোজ্যতা কত?
উত্তর: (গ) 3
ক্যালসিয়াম কার্বনেটের সংকেত কী?
উত্তর: (খ) \(CaCO_{3}\)
\(2H_{2} + O_{2} \rightarrow 2H_{2}O\) - এটি কোন ধরনের বিক্রিয়া?
উত্তর: (গ) প্রত্যক্ষ সংযোগ
\(CaCO_{3} \rightarrow CaO + CO_{2}\) - এটি কোন ধরনের বিক্রিয়া?
উত্তর: (ক) বিয়োজন
\(Zn + CuSO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + Cu\) - এটি কোন ধরনের বিক্রিয়া?
উত্তর: (খ) প্রতিস্থাপন
\(NaCl + AgNO_{3} \rightarrow AgCl + NaNO_{3}\) - এটি কোন ধরনের বিক্রিয়া?
উত্তর: (ঘ) বিনিময়
সংক্ষিপ্ত উত্তরভিত্তিক প্রশ্ন (SAQ)
মৌলের চিহ্ন বলতে কী বোঝায়?
উত্তর: কোনো মৌলের পুরো নামের সংক্ষিপ্ত রূপকে, যা একটি বা দুটি অক্ষর দিয়ে প্রকাশ করা হয়, তাকে ওই মৌলের চিহ্ন বলে। যেমন, হাইড্রোজেনের চিহ্ন H।
পরমাণু কাকে বলে?
উত্তর: মৌলিক পদার্থের যে ক্ষুদ্রতম কণা তার নিজস্ব ধর্ম বজায় রাখে এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে, তাকে পরমাণু বলে।
পরমাণুর তিনটি মূল কণার নাম লেখো।
উত্তর: পরমাণুর তিনটি মূল কণা হলো প্রোটন (ধনাত্মক আধানযুক্ত), নিউট্রন (নিস্তড়িৎ) এবং ইলেকট্রন (ঋণাত্মক আধানযুক্ত)।
পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক বা পরমাণু ক্রমাঙ্ক কাকে বলে?
উত্তর: কোনো মৌলের পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত মোট প্রোটন সংখ্যাকে ওই মৌলের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক বলে।
ভরসংখ্যা কাকে বলে?
উত্তর: কোনো মৌলের পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত প্রোটন ও নিউট্রনের মোট সংখ্যাকে ওই পরমাণুর ভরসংখ্যা বলে।
পরমাণু নিস্তড়িৎ হয় কেন?
উত্তর: স্বাভাবিক অবস্থায় পরমাণুতে ধনাত্মক আধানযুক্ত প্রোটনের সংখ্যা এবং ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান হওয়ায় পরমাণু সামগ্রিকভাবে নিস্তড়িৎ হয়।
আয়ন কাকে বলে? ক্যাটায়ন ও অ্যানায়ন কী?
উত্তর: কোনো পরমাণু বা মূলক থেকে ইলেকট্রন বর্জিত হলে বা গৃহীত হলে যে তড়িৎগ্রস্ত কণার সৃষ্টি হয়, তাকে আয়ন বলে। ধনাত্মক আধানযুক্ত আয়নকে ক্যাটায়ন এবং ঋণাত্মক আধানযুক্ত আয়নকে অ্যানায়ন বলে।
মূলক কাকে বলে? একটি উদাহরণ দাও।
উত্তর: একাধিক পরমাণু জোটবদ্ধ হয়ে আয়নরূপে যখন রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে, তখন সেই পরমাণু জোটকে মূলক বলে। উদাহরণ: সালফেট (\(SO_{4}^{2-}\))।
* যোজ্যতা কাকে বলে?
উত্তর: একটি মৌলের পরমাণুর অন্য মৌলের পরমাণুর সঙ্গে যুক্ত হওয়ার ক্ষমতাকে সেই মৌলের যোজ্যতা বলে। হাইড্রোজেনের যোজ্যতা 1 ধরে অন্য মৌলের যোজ্যতা নির্ণয় করা হয়।
পরিবর্তনশীল যোজ্যতা কাকে বলে?
উত্তর: যখন কোনো মৌল একাধিক যোজ্যতা প্রদর্শন করে, তখন সেই ধর্মকে পরিবর্তনশীল যোজ্যতা বলে। যেমন, আয়রনের যোজ্যতা 2 (ফেরাস) এবং 3 (ফেরিক)।
রাসায়নিক বিক্রিয়া কাকে বলে?
উত্তর: যে প্রক্রিয়ায় এক বা একাধিক পদার্থ পরিবর্তিত হয়ে সম্পূর্ণ নতুন ধর্মবিশিষ্ট এক বা একাধিক পদার্থে পরিণত হয়, তাকে রাসায়নিক বিক্রিয়া বলে।
বিক্রিয়ক ও বিক্রিয়াজাত পদার্থ কী?
উত্তর: রাসায়নিক বিক্রিয়ায় যে পদার্থগুলি অংশগ্রহণ করে, তাদের বিক্রিয়ক বলে। আর বিক্রিয়ার ফলে যে নতুন পদার্থ উৎপন্ন হয়, তাদের বিক্রিয়াজাত পদার্থ বলে।
রাসায়নিক সমীকরণ কাকে বলে?
উত্তর: চিহ্ন ও সংকেতের সাহায্যে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়াকে সংক্ষেপে প্রকাশ করার পদ্ধতিকে রাসায়নিক সমীকরণ বলে।
* রাসায়নিক সমীকরণের সমতাবিধান করা হয় কেন?
উত্তর: ভরের সংরক্ষণ সূত্র অনুযায়ী, রাসায়নিক বিক্রিয়ার আগে ও পরে মোট ভর অপরিবর্তিত থাকে। এই সূত্রটিকে মেনে চলার জন্যই রাসায়নিক সমীকরণের উভয় দিকে (বিক্রিয়ক ও বিক্রিয়াজাত) প্রতিটি মৌলের পরমাণুর সংখ্যা সমান করা হয়, যাকে সমতাবিধান বলে।
প্রত্যক্ষ সংযোগ বিক্রিয়া কাকে বলে?
উত্তর: যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় দুই বা ততোধিক মৌল সরাসরি যুক্ত হয়ে একটি নতুন যৌগ গঠন করে, তাকে প্রত্যক্ষ সংযোগ বিক্রিয়া বলে। যেমন: \(C + O_{2} \rightarrow CO_{2}\)।
বিয়োজন বিক্রিয়া কাকে বলে?
উত্তর: যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় একটি যৌগ ভেঙে গিয়ে দুই বা ততোধিক সরল মৌল বা যৌগে পরিণত হয়, তাকে বিয়োজন বিক্রিয়া বলে। যেমন: \(2H_{2}O \rightarrow 2H_{2} + O_{2}\)।
প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া কাকে বলে?
উত্তর: যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় কোনো মৌল একটি যৌগ থেকে অন্য একটি মৌলকে প্রতিস্থাপিত করে নিজে সেই স্থান দখল করে, তাকে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া বলে। যেমন: \(Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu\)।
বিনিময় বিক্রিয়া কাকে বলে?
উত্তর: যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় দুটি যৌগের মধ্যে তাদের উপাদান আয়ন বা মূলকগুলি পরস্পর স্থান বিনিময় করে নতুন যৌগ গঠন করে, তাকে বিনিময় বিক্রিয়া বলে। যেমন: \(NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_{2}O\)।
রচনাধর্মী প্রশ্ন (Broad Questions)
* একটি পরমাণুর গঠন চিত্রসহ বর্ণনা করো। পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক ও ভরসংখ্যা বলতে কী বোঝ?
উত্তর:
পরমাণুর গঠন:
পরমাণু হলো মৌলিক পদার্থের ক্ষুদ্রতম কণা। এটি প্রধানত তিনটি মূল কণা দ্বারা গঠিত—প্রোটন, নিউট্রন ও ইলেকট্রন।
১. নিউক্লিয়াস: পরমাণুর কেন্দ্রে একটি ক্ষুদ্র, ভারী ও ধনাত্মক আধানযুক্ত অংশ থাকে, যাকে নিউক্লিয়াস বা কেন্দ্রক বলে। পরমাণুর প্রায় সমস্ত ভর এই নিউক্লিয়াসে কেন্দ্রীভূত থাকে। এটি প্রোটন (ধনাত্মক কণা) ও নিউট্রন (নিস্তড়িৎ কণা) দ্বারা গঠিত।
২. ইলেকট্রন মহল: নিউক্লিয়াসের বাইরে বিভিন্ন বৃত্তাকার বা উপবৃত্তাকার কক্ষে ইলেকট্রন (ঋণাত্মক কণা) গুলি প্রচণ্ড গতিতে ঘুরতে থাকে। এই কক্ষপথগুলিকে ইলেকট্রন মহল বলা হয়।
স্বাভাবিক অবস্থায় পরমাণুতে প্রোটন ও ইলেকট্রনের সংখ্যা সমান হওয়ায় পরমাণু নিস্তড়িৎ হয়।
পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক: কোনো মৌলের পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত মোট প্রোটনের সংখ্যাকে ওই মৌলের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক বা পরমাণু সংখ্যা বলে। একে 'Z' দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।
ভরসংখ্যা: কোনো মৌলের পরমাণুর নিউক্লিয়াসে উপস্থিত প্রোটন ও নিউট্রনের মোট সংখ্যাকে ওই পরমাণুর ভরসংখ্যা বলে। একে 'A' দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। অর্থাৎ, ভরসংখ্যা (A) = প্রোটন সংখ্যা (Z) + নিউট্রন সংখ্যা (N)।যোজ্যতা কাকে বলে? সোডিয়াম (Na), ম্যাগনেসিয়াম (Mg), অ্যালুমিনিয়াম (Al) এবং ক্লোরিন (Cl)-এর যোজ্যতা কীভাবে নির্ধারিত হয় তা ইলেকট্রনীয় তত্ত্বের সাহায্যে ব্যাখ্যা করো।
উত্তর:
যোজ্যতা: একটি মৌলের পরমাণুর অন্য মৌলের পরমাণুর সঙ্গে রাসায়নিকভাবে যুক্ত হওয়ার ক্ষমতাকে যোজ্যতা বলে। সাধারণত, কোনো পরমাণুর সবচেয়ে বাইরের কক্ষের ইলেকট্রন বর্জন, গ্রহণ বা ভাগ করে নেওয়ার মাধ্যমে নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাসের মতো ইলেকট্রন বিন্যাস লাভের প্রবণতাই তার যোজ্যতা নির্ধারণ করে।
ইলেকট্রনীয় তত্ত্বের সাহায্যে যোজ্যতা নির্ধারণ:
১. সোডিয়াম (Na): সোডিয়ামের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক 11, ইলেকট্রন বিন্যাস 2, 8, 1। এর সবচেয়ে বাইরের কক্ষে 1টি ইলেকট্রন আছে। সোডিয়াম এই 1টি ইলেকট্রন বর্জন করে নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাস নিয়নের (2, 8) মতো স্থায়ী ইলেকট্রন বিন্যাস লাভ করে এবং \(Na^{+}\) ক্যাটায়নে পরিণত হয়। তাই সোডিয়ামের যোজ্যতা 1।
২. ম্যাগনেসিয়াম (Mg): ম্যাগনেসিয়ামের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক 12, ইলেকট্রন বিন্যাস 2, 8, 2। এটি বাইরের কক্ষের 2টি ইলেকট্রন বর্জন করে \(Mg^{2+}\) ক্যাটায়নে পরিণত হয়। তাই ম্যাগনেসিয়ামের যোজ্যতা 2।
৩. অ্যালুমিনিয়াম (Al): অ্যালুমিনিয়ামের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক 13, ইলেকট্রন বিন্যাস 2, 8, 3। এটি বাইরের কক্ষের 3টি ইলেকট্রন বর্জন করে \(Al^{3+}\) ক্যাটায়নে পরিণত হয়। তাই অ্যালুমিনিয়ামের যোজ্যতা 3।
৪. ক্লোরিন (Cl): ক্লোরিনের পারমাণবিক ক্রমাঙ্ক 17, ইলেকট্রন বিন্যাস 2, 8, 7। এর বাইরের কক্ষে 7টি ইলেকট্রন আছে। অষ্টক পূরণের জন্য এটি 1টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাস আর্গনের (2, 8, 8) মতো স্থায়ী ইলেকট্রন বিন্যাস লাভ করে এবং \(Cl^{-}\) অ্যানায়নে পরিণত হয়। তাই ক্লোরিনের যোজ্যতা 1।* রাসায়নিক সমীকরণের সমতাবিধানের নিয়মগুলি কী কী? নিম্নলিখিত সমীকরণগুলির সমতাবিধান করো:
(a) \(N_{2} + H_{2} \rightarrow NH_{3}\)
(b) \(Fe + H_{2}O \rightarrow Fe_{3}O_{4} + H_{2}\)উত্তর:
সমতাবিধানের নিয়ম:
রাসায়নিক সমীকরণের সমতাবিধান করা হয় মূলত 'trial and error' বা বারবার চেষ্টা করার পদ্ধতির মাধ্যমে। মূল নিয়মটি হলো, সমীকরণের বাম দিকে (বিক্রিয়ক) এবং ডান দিকে (বিক্রিয়াজাত) প্রতিটি মৌলের পরমাণুর সংখ্যা সমান করতে হবে। এর জন্য:
১. প্রথমে বিক্রিয়ক ও বিক্রিয়াজাত পদার্থগুলির সঠিক সংকেত লিখতে হবে।
২. সমীকরণের উভয় দিকে প্রতিটি মৌলের পরমাণুর সংখ্যা গণনা করতে হবে।
৩. যে মৌলের পরমাণু সংখ্যা সমান নেই, সেটিকে সমান করার জন্য সংকেতের আগে উপযুক্ত পূর্ণ সংখ্যা (সহগ) বসাতে হবে। কোনোভাবেই যৌগের সংকেতের ভেতরের সংখ্যা পরিবর্তন করা যাবে না।
৪. একটি মৌলকে সমান করতে গিয়ে অন্য মৌলের সংখ্যা পরিবর্তিত হলে, আবার সেটিকে সমান করতে হবে। এই প্রক্রিয়াটি চালিয়ে যেতে হবে যতক্ষণ না সব মৌলের পরমাণু সংখ্যা উভয় দিকে সমান হয়।
সমীকরণগুলির সমতাবিধান:
(a) \(N_{2} + H_{2} \rightarrow NH_{3}\)
১. ডানদিকে 1টি N পরমাণু আছে, বামদিকে 2টি। তাই ডানদিকে \(NH_{3}\)-এর আগে 2 বসাই: \(N_{2} + H_{2} \rightarrow 2NH_{3}\)
২. এখন ডানদিকে H পরমাণু হল 2 × 3 = 6টি। বামদিকে 2টি H আছে। তাই বামদিকে \(H_{2}\)-এর আগে 3 বসাই: \(N_{2} + 3H_{2} \rightarrow 2NH_{3}\)
৩. এখন উভয় দিকে 2টি N এবং 6টি H পরমাণু আছে।
সমতাযুক্ত সমীকরণ: \(N_{2} + 3H_{2} = 2NH_{3}\)
(b) \(Fe + H_{2}O \rightarrow Fe_{3}O_{4} + H_{2}\)
১. ডানদিকে 3টি Fe পরমাণু আছে, বামদিকে 1টি। তাই বামদিকে Fe-এর আগে 3 বসাই: \(3Fe + H_{2}O \rightarrow Fe_{3}O_{4} + H_{2}\)
২. ডানদিকে 4টি O পরমাণু আছে, বামদিকে 1টি। তাই বামদিকে \(H_{2}O\)-এর আগে 4 বসাই: \(3Fe + 4H_{2}O \rightarrow Fe_{3}O_{4} + H_{2}\)
৩. এখন বামদিকে H পরমাণু হল 4 × 2 = 8টি। ডানদিকে 2টি H আছে। তাই ডানদিকে \(H_{2}\)-এর আগে 4 বসাই: \(3Fe + 4H_{2}O \rightarrow Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}\)
সমতাযুক্ত সমীকরণ: \(3Fe + 4H_{2}O = Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}\)বিভিন্ন প্রকার রাসায়নিক বিক্রিয়া উদাহরণসহ আলোচনা করো।
উত্তর:
রাসায়নিক বিক্রিয়াকে প্রধানত চারটি ভাগে ভাগ করা যায়:
১. প্রত্যক্ষ সংযোগ বিক্রিয়া (Direct Combination Reaction):
যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় দুই বা ততোধিক পদার্থ (মৌল বা যৌগ) সরাসরি যুক্ত হয়ে একটি মাত্র নতুন যৌগিক পদার্থ উৎপন্ন করে, তাকে প্রত্যক্ষ সংযোগ বিক্রিয়া বলে।
উদাহরণ: কার্বন ও অক্সিজেন যুক্ত হয়ে কার্বন ডাইঅক্সাইড উৎপন্ন করে।
\(C + O_{2} \rightarrow CO_{2}\)
২. বিয়োজন বিক্রিয়া (Decomposition Reaction):
যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় একটি যৌগিক পদার্থ তাপ, চাপ বা তড়িৎ-এর প্রভাবে বিশ্লিষ্ট হয়ে দুই বা ততোধিক সরল পদার্থে (মৌল বা যৌগ) পরিণত হয়, তাকে বিয়োজন বিক্রিয়া বলে।
উদাহরণ: ক্যালসিয়াম কার্বনেটকে উত্তপ্ত করলে এটি ভেঙে ক্যালসিয়াম অক্সাইড ও কার্বন ডাইঅক্সাইড উৎপন্ন হয়।
\(CaCO_{3} \xrightarrow{তাপ} CaO + CO_{2}\)
৩. প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া (Displacement Reaction):
যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় কোনো মৌল একটি যৌগ থেকে অপর একটি মৌলকে প্রতিস্থাপিত করে নিজে সেই স্থান দখল করে, তাকে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া বলে।
উদাহরণ: জিঙ্কের একটি পাতকে কপার সালফেট দ্রবণে ডোবালে জিঙ্ক কপারকে প্রতিস্থাপিত করে জিঙ্ক সালফেট উৎপন্ন করে এবং কপার অধঃক্ষিপ্ত হয়।
\(Zn + CuSO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + Cu\)
৪. বিনিময় বিক্রিয়া (Double Displacement Reaction):
যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় দুটি ভিন্ন যৌগিক পদার্থের মধ্যে তাদের উপাদান আয়ন বা মূলকগুলি পরস্পর স্থান বিনিময় করে দুটি নতুন যৌগিক পদার্থ উৎপন্ন করে, তাকে বিনিময় বিক্রিয়া বলে।
উদাহরণ: সোডিয়াম ক্লোরাইড দ্রবণে সিলভার নাইট্রেট দ্রবণ যোগ করলে সিলভার ক্লোরাইডের সাদা অধঃক্ষেপ পড়ে এবং সোডিয়াম নাইট্রেট উৎপন্ন হয়।
\(NaCl + AgNO_{3} \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_{3}\)