নবম শ্রেণি: ভৌত বিজ্ঞান, অধ্যায় – 4.1 ‘পরামাণুর গঠন’ ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর মান 3

1. পরমাণুর কেন্দ্রস্থলে ধনাত্মক আধানযুক্ত ও ভারী একটি অংশ থাকে, একে নিউক্লিয়াস বলে। পরমাণুর সমস্ত ভর এখানেই পুঞ্জীভূত।
2. নিউক্লিয়াসের আকার পরমাণুর সমগ্র আয়তনের তুলনায় অত্যন্ত নগণ্য। পরমাণুর বেশিরভাগ স্থানই ফাঁকা।
3. নিউক্লিয়াসের বাইরে বিভিন্ন কক্ষপথে ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রনগুলি নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে তীব্র বেগে ঘোরে। পরমাণু সামগ্রিকভাবে নিস্তড়িৎ।

1. সুস্থিত কক্ষপথ: ইলেকট্রনগুলি নিউক্লিয়াসের চারদিকে কতগুলি নির্দিষ্ট ব্যাসার্ধের বৃত্তাকার কক্ষপথে আবর্তন করে। এই কক্ষপথগুলিতে ঘোরার সময় ইলেকট্রন কোনো শক্তি বিকিরণ করে না।
2. কৌণিক ভরবেগ: প্রতিটি কক্ষপথে ইলেকট্রনের কৌণিক ভরবেগ নির্দিষ্ট।
3. শক্তি শোষণ বা বর্জন: ইলেকট্রন এক কক্ষপথ থেকে অন্য কক্ষপথে লাফালে নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি শোষিত বা বর্জিত হয়।

1. পরমাণুর স্থায়িত্ব: তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্বানুযায়ী, ঘূর্ণায়মান ইলেকট্রন ক্রমাগত শক্তি বিকিরণ করে সর্পিল পথে নিউক্লিয়াসে আছড়ে পড়ার কথা, যা পরমাণুর বিনাশ ঘটাবে। কিন্তু বাস্তবে পরমাণু স্থায়ী।
2. বর্ণালীর প্রকৃতি: এই মডেল নিরবচ্ছিন্ন বর্ণালীর ব্যাখ্যা দেয়, কিন্তু বাস্তবে পরমাণু থেকে রেখা বর্ণালী পাওয়া যায়।

মডেল: থমসন কল্পনা করেছিলেন পরমাণু একটি ধনাত্মক আধানযুক্ত গোলক, যার মধ্যে ইলেকট্রনগুলি পুডিং-এর মধ্যে কিসমিসের মতো বা তরমুজের মধ্যে বীজের মতো গেঁথে থাকে।
বাতিল হওয়ার কারণ: এই মডেল রাদারফোর্ডের আলফা কণা বিচ্ছুরণ পরীক্ষার ফলাফল ব্যাখ্যা করতে পারেনি। পরমাণুর বেশিরভাগ স্থান যে ফাঁকা এবং ভর যে কেন্দ্রে পুঞ্জীভূত, তা এই মডেলের বিরোধী।

রাদারফোর্ড খুব পাতলা সোনার পাতের ওপর আলফা কণা ($He^{2+}$) নিক্ষেপ করেন। তিনি দেখেন:
1. বেশিরভাগ আলফা কণা পাত ভেদ করে সোজা চলে যায় (পরমাণুর বেশিরভাগ স্থান ফাঁকা)।
2. খুব অল্প সংখ্যক কণা (20,000 এর মধ্যে 1টি) ১৮০° কোণে ফিরে আসে।
এর থেকে তিনি সিদ্ধান্ত নেন যে পরমাণুর কেন্দ্রে ধনাত্মক আধানযুক্ত একটি ভারী বস্তু আছে, যার নাম দেন নিউক্লিয়াস।

পারমাণবিক সংখ্যা (Z): কোনো মৌলের পরমাণুর নিউক্লিয়াসে অবস্থিত মোট প্রোটন সংখ্যা।
ভরসংখ্যা (A): কোনো পরমাণুর নিউক্লিয়াসে অবস্থিত প্রোটন ও নিউট্রনের মোট সংখ্যা।
সম্পর্ক: ভরসংখ্যা ($A$) = পারমাণবিক সংখ্যা ($Z$) + নিউট্রন সংখ্যা ($N$)।

পরমাণুর নিউক্লিয়াসে ধনাত্মক আধানযুক্ত প্রোটন এবং নিস্তড়িৎ নিউট্রন থাকে। তাই নিউক্লিয়াস সর্বদা ধনাত্মক আধানযুক্ত হয়। কিন্তু একটি সাধারণ পরমাণুতে নিউক্লিয়াসের বাইরে ঠিক ততগুলিই ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রন বিভিন্ন কক্ষপথে ঘোরে। প্রোটন ও ইলেকট্রনের আধানের মান সমান ও বিপরীত হওয়ায় তারা একে অপরকে প্রশমিত করে, ফলে পরমাণু সামগ্রিকভাবে নিস্তড়িৎ হয়।

দেওয়া আছে, $A = 27, N = 14$।
(i) প্রোটন সংখ্যা ($Z$) = $A – N = 27 – 14 = 13$।
(ii) সাধারণ অবস্থায় ইলেকট্রন সংখ্যা = প্রোটন সংখ্যা = 13।
(iii) ইলেকট্রন বিন্যাস (13) $\rightarrow$ 2, 8, 3। যেহেতু বহিঃস্থ কক্ষে 3টি ইলেকট্রন আছে, তাই যোজ্যতা = 3 (এটি অ্যালুমিনিয়াম)।

আইসোটোপ: একই মৌলের ভিন্ন ভরসংখ্যা বিশিষ্ট পরমাণুগুলিকে আইসোটোপ বলে।
হাইড্রোজেনের আইসোটোপ:
1. সাধারণ হাইড্রোজেন বা প্রোটিয়াম ($^1_1H$)
2. ডয়টেরিয়াম বা ভারী হাইড্রোজেন ($^2_1H$ বা D)
3. ট্রিটিয়াম ($^3_1H$ বা T)

আইসোবার: ভিন্ন মৌলের পরমাণু যাদের ভরসংখ্যা সমান কিন্তু প্রোটন সংখ্যা ভিন্ন। উদাহরণ: $^{40}_{18}Ar$ এবং $^{40}_{20}Ca$ (ভরসংখ্যা 40 সমান)।
আইসোটোন: ভিন্ন মৌলের পরমাণু যাদের নিউট্রন সংখ্যা সমান। উদাহরণ: $^{30}_{14}Si$ এবং $^{31}_{15}P$ (উভয়ের নিউট্রন সংখ্যা 16)।

1. এটি প্রকৃতির সবচেয়ে শক্তিশালী আকর্ষণ বল।
2. এটি আধান-নিরপেক্ষ বল (প্রোটন-প্রোটন, নিউট্রন-নিউট্রন এবং প্রোটন-নিউট্রনের মধ্যে সমানভাবে কাজ করে)।
3. এটি অত্যন্ত স্বল্প পাল্লার (Short-range) বল, অর্থাৎ খুব কম দূরত্বের ($10^{-15}$ মিটার) মধ্যেই কেবল কার্যকরী।

1. যেকোনো কক্ষপথে সর্বোচ্চ ইলেকট্রন সংখ্যা $2n^2$ সূত্রের সাহায্যে নির্ণয় করা হয় (যেখানে $n$ = কক্ষপথের সংখ্যা)।
2. পরমাণুর সবচেয়ে বাইরের কক্ষে 8টির বেশি এবং তার ঠিক আগের কক্ষে 18টির বেশি ইলেকট্রন থাকতে পারে না।
3. বাইরের কক্ষে 8টি ইলেকট্রন পূর্ণ হলে পরমাণুটি সুস্থিত হয় (অষ্টক নিয়ম)।

সোডিয়াম (11): প্রথম কক্ষ (K) = 2, দ্বিতীয় কক্ষ (L) = 8, তৃতীয় কক্ষ (M) = 1। [2, 8, 1]
ক্লোরিন (17): প্রথম কক্ষ (K) = 2, দ্বিতীয় কক্ষ (L) = 8, তৃতীয় কক্ষ (M) = 7। [2, 8, 7]
(ছাত্রছাত্রীরা খাতায় বৃত্ত এঁকে ইলেকট্রন বসিয়ে চিত্র আঁকবে)।

1. চিকিৎসায়: কোবাল্ট-60 ক্যানসার কোষ ধ্বংস করতে এবং আয়োডিন-131 থাইরয়েড গ্রন্থির চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়।
2. কৃষিকার্যে: ফসলের উন্নত বীজ তৈরি ও সংরক্ষণে তেজস্ক্রিয় ফসফরাস-32 ব্যবহার করা হয়।
3. বয়স নির্ণয়ে: কার্বন-14 ব্যবহার করে জীবাশ্মের বয়স (Carbon Dating) নির্ধারণ করা হয়।

যোজ্যতা ইলেকট্রন: পরমাণুর সর্বশেষ বা বহিঃস্থ কক্ষপথে থাকা ইলেকট্রনগুলিকে যোজ্যতা ইলেকট্রন বলে।
সম্পর্ক: মৌলের যোজ্যতা এই ইলেকট্রন সংখ্যার ওপর নির্ভর করে। বহিঃস্থ কক্ষে 1, 2, 3 বা 4টি ইলেকট্রন থাকলে যোজ্যতা সাধারণত সেই সংখ্যার সমান হয়। কিন্তু 5, 6, 7টি থাকলে যোজ্যতা হয় (8 – ইলেকট্রন সংখ্যা)।

সাদৃশ্য:
1. উভয়ের প্রোটন সংখ্যা বা পারমাণবিক সংখ্যা সমান (17)।
2. উভয়ের ইলেকট্রন বিন্যাস এবং রাসায়নিক ধর্ম একই।
বৈসাদৃশ্য:
1. প্রথমটির ভরসংখ্যা 35 এবং দ্বিতীয়টির 37।
2. প্রথমটিতে নিউট্রন আছে (35-17) = 18টি, কিন্তু দ্বিতীয়টিতে আছে (37-17) = 20টি।

ক্যাটায়ন: পরমাণু ইলেকট্রন বর্জন করলে যে ধনাত্মক আধানযুক্ত আয়ন সৃষ্টি হয়, তাকে ক্যাটায়ন বলে। (যেমন: $Na – e^- \rightarrow Na^+$)।
অ্যানায়ন: পরমাণু ইলেকট্রন গ্রহণ করলে যে ঋণাত্মক আধানযুক্ত আয়ন সৃষ্টি হয়, তাকে অ্যানায়ন বলে। (যেমন: $Cl + e^- \rightarrow Cl^-$)।

প্রত্যেক পরমাণু চায় তার বহিঃস্থ কক্ষপথে নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাসের মতো সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাস (সাধারণত 8টি ইলেকট্রন বা অষ্টক) লাভ করতে। এই সুস্থিতি অর্জনের জন্যই পরমাণুগুলি ইলেকট্রন বর্জন করে ক্যাটায়ন বা ইলেকট্রন গ্রহণ করে অ্যানায়নে পরিণত হয় এবং পরস্পরের সাথে যুক্ত হয়ে যৌগ গঠন করে।

M কক্ষে 7টি ইলেকট্রন মানে বিন্যাস হলো: K(2), L(8), M(7)।
(i) পারমাণবিক সংখ্যা = মোট ইলেকট্রন = 2+8+7 = 17।
(ii) বহিঃস্থ কক্ষে 7টি ইলেকট্রন, তাই যোজ্যতা = 8 – 7 = 1।
(iii) ভরসংখ্যা = প্রোটন (17) + নিউট্রন (18) = 35।

1. কক্ষপথ: রাদারফোর্ড মডেলে কক্ষপথের নির্দিষ্ট ব্যাসার্ধের কথা বলা হয়নি, কিন্তু বোর মডেলে ‘সুস্থিত কক্ষপথ’ বা নির্দিষ্ট শক্তির কক্ষপথের ধারণা দেওয়া হয়েছে।
2. স্থায়িত্ব: রাদারফোর্ড মডেল পরমাণুর স্থায়িত্ব ব্যাখ্যা করতে পারেনি, কিন্তু বোর মডেল অনুযায়ী ইলেকট্রন নির্দিষ্ট কক্ষে ঘোরার সময় শক্তি বিকিরণ করে না, যা স্থায়িত্বের ব্যাখ্যা দেয়।

বেশিরভাগ মৌল প্রকৃতিতে একাধিক আইসোটোপের মিশ্রণ হিসেবে থাকে। এই আইসোটোপগুলির ভরের গড় মান নিলে তা প্রায়শই ভগ্নাংশ হয়।
যেমন, ক্লোরিনের দুটি আইসোটোপ Cl-35 এবং Cl-37 প্রকৃতিতে 3:1 অনুপাতে থাকে।
গড় পারমাণবিক ভর = $\frac{35 \times 3 + 37 \times 1}{3+1} = \frac{105+37}{4} = \frac{142}{4} = 35.5$।

Mg (12) $\rightarrow$ 2, 8, 2। $Mg^{2+}$ (2টি বর্জন) $\rightarrow$ 2, 8।
O (8) $\rightarrow$ 2, 6। $O^{2-}$ (2টি গ্রহণ) $\rightarrow$ 2, 8।
উভয়েই তাদের নিকটতম নিষ্ক্রিয় গ্যাস নিয়ন (Ne)-এর সুস্থিত ইলেকট্রন বিন্যাস (2, 8) লাভ করেছে।

K কক্ষ পূর্ণ = 2, L কক্ষ পূর্ণ = 8। M কক্ষে আছে 2।
মোট ইলেকট্রন = 2 + 8 + 2 = 12।
যেহেতু পরমাণু নিস্তড়িৎ, তাই প্রোটন সংখ্যা = 12।
ভরসংখ্যা = প্রোটন (12) + নিউট্রন (12) = 24।

নাইট্রোজেন (Z=7):

ইলেকট্রন বিন্যাস: K(2), L(5)।

চিত্র: কেন্দ্রে নিউক্লিয়াস, ১ম বৃত্তে 2টি ইলেকট্রন এবং বাইরের বৃত্তে 5টি ইলেকট্রন আঁকতে হবে।

ম্যাগনেসিয়াম (Z=12):

ইলেকট্রন বিন্যাস: K(2), L(8), M(2)।

চিত্র: কেন্দ্রে নিউক্লিয়াস, ১ম বৃত্তে 2টি, ২য় বৃত্তে 8টি এবং ৩য় বৃত্তে 2টি ইলেকট্রন আঁকতে হবে।

উত্তর: হ্যাঁ।

ব্যাখ্যা:

$O$ (অক্সিজেন)-এর পারমাণবিক সংখ্যা 8। $O^{2-}$ আয়নে ইলেকট্রন সংখ্যা = 8 + 2 = 10 টি।

$Na$ (সোডিয়াম)-এর পারমাণবিক সংখ্যা 11। $Na^+$ আয়নে ইলেকট্রন সংখ্যা = 11 – 1 = 10 টি।

উভয় আয়নেই সমান সংখ্যক (10টি) ইলেকট্রন থাকায় এরা আইসো-ইলেকট্রনিক।

উৎপত্তি: তড়িৎক্ষরণ নলে উচ্চ বিভব ও নিম্ন চাপে গ্যাস রেখে তড়িৎ প্রবাহ চালনা করলে, গ্যাসের পরমাণুগুলি থেকে ইলেকট্রন বেরিয়ে গিয়ে ধনাত্মক আয়নে পরিণত হয়। এই আয়নগুলি তীব্র বেগে ছিদ্রযুক্ত ক্যাথোডের দিকে ছুটে যায় এবং ছিদ্র দিয়ে বেরিয়ে রশ্মি গঠন করে।

ধর্ম: এই রশ্মি ধনাত্মক আধানযুক্ত এবং সোজা পথে চলে।

মৌলের পরমাণুর সবশেষ কক্ষের ইলেকট্রন সংখ্যাই যোজ্যতা নির্ধারণ করে।

1. ধাতু: শেষ কক্ষে 1, 2 বা 3 টি ইলেকট্রন থাকলে যোজ্যতা সেই সংখ্যার সমান হয় (যেমন: Na-এর যোজ্যতা 1)।

2. অধাতু: শেষ কক্ষে 4, 5, 6 বা 7 টি ইলেকট্রন থাকলে যোজ্যতা হয় (8 – ইলেকট্রন সংখ্যা)। (যেমন: Cl-এর যোজ্যতা 8 – 7 = 1)।

(যদিও এটি সরাসরি ক্লাস 9-এর সিলেবাসে গভীরে নেই, তবুও জেনে রাখা ভালো)

নিউক্লীয় বিভাজন: ভারী নিউক্লিয়াস ভেঙে হালকা নিউক্লিয়াসে পরিণত হওয়া এবং প্রচুর শক্তি নির্গত হওয়ার ঘটনা (যেমন: পারমাণবিক বোমা)।

নিউক্লীয় সংযোজন: হালকা নিউক্লিয়াস জুড়ে ভারী নিউক্লিয়াস গঠন করা এবং শক্তি নির্গমন (যেমন: নক্ষত্রের শক্তি)।

M কক্ষে 3টি ইলেকট্রন মানে বিন্যাস: K(2), L(8), M(3)।

মোট ইলেকট্রন = 2 + 8 + 3 = 13।

$\therefore$ পারমাণবিক সংখ্যা ($Z$) = প্রোটন সংখ্যা = 13।

ভরসংখ্যা ($A$) = প্রোটন (13) + নিউট্রন (14) = 27।

(মৌলটি হলো অ্যালুমিনিয়াম, Al)

একটি সাধারণ পরমাণুর নিউক্লিয়াসে যতগুলি ধনাত্মক আধানযুক্ত প্রোটন থাকে, নিউক্লিয়াসের বাইরে বিভিন্ন কক্ষপথে ঠিক ততগুলিই ঋণাত্মক আধানযুক্ত ইলেকট্রন ঘোরে। যেহেতু প্রোটন ও ইলেকট্রনের আধানের পরিমাণ সমান ও বিপরীত, তাই তারা একে অপরকে প্রশমিত করে দেয় এবং পরমাণু সামগ্রিকভাবে নিস্তড়িৎ হয়।

মনে রাখার সহজ উপায় হলো:
1. আইসোটোপ: এদের প্রোটন সংখ্যা (P) বা পারমাণবিক সংখ্যা একই, কিন্তু ভরসংখ্যা আলাদা। (যেমন: C-12 ও C-14)।
2. আইসোবার: এদের ভরসংখ্যা (Bar $\rightarrow$ ভার/ভর) একই, কিন্তু প্রোটন সংখ্যা আলাদা। (যেমন: Ar-40 ও Ca-40)।

বোর-এর তত্তানুযায়ী, কোনো কক্ষপথে সর্বোচ্চ ইলেকট্রন সংখ্যা নির্ণয়ের সূত্রটি হলো $2n^2$ (যেখানে $n$ হলো কক্ষপথের ক্রমিক সংখ্যা)।
উদাহরণস্বরূপ:
* 1ম কক্ষ (K): $2 \times 1^2 = 2$ টি।
* 2য় কক্ষ (L): $2 \times 2^2 = 8$ টি।
* 3য় কক্ষ (M): $2 \times 3^2 = 18$ টি।

তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্ব অনুযায়ী, কোনো আধানযুক্ত কণা (ইলেকট্রন) বৃত্তাকার পথে ঘুরলে ক্রমাগত শক্তি বিকিরণ করবে এবং তার কক্ষপথ ছোট হতে থাকবে। শেষে ইলেকট্রনটি নিউক্লিয়াসের ওপর আছড়ে পড়ার কথা, যার ফলে পরমাণুর অস্তিত্ব বিলোপ পাওয়ার কথা। কিন্তু বাস্তবে পরমাণু স্থায়ী। রাদারফোর্ডের মডেল এর সঠিক ব্যাখ্যা দিতে পারেনি।

এটি প্রাচীন জীবদেহ বা জীবাশ্মের বয়স নির্ণয় করার একটি বৈজ্ঞানিক পদ্ধতি। তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ কার্বন-14 (C-14) ব্যবহার করে হাজার হাজার বছরের পুরনো হাড়, কাঠ বা শিলালিপির বয়স নিখুঁতভাবে বের করা হয়।