পারমাণবিক অরবিটাল কি?

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

রসায়ন এবং পদার্থবিজ্ঞানে, পারমাণবিক অরবিটাল হল একটি তরঙ্গ ফাংশন নামে একটি ফাংশন যা একটি অণুর মতো একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াস বা নিউক্লিয়াসের সিস্টেমের আশেপাশে দুটির বেশি ইলেকট্রনের বৈশিষ্ট্যের বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করে। একটি অরবিটালকে প্রায়শই একটি ত্রিমাত্রিক অঞ্চল হিসাবে চিত্রিত করা হয় যার মধ্যে একটি ইলেকট্রন খুঁজে পাওয়ার সম্ভাবনা 95 শতাংশ থাকে৷

অরবিটাল এবং কক্ষপথ

যখন একটি গ্রহ সূর্যের চারদিকে ঘোরে, তখন এটি কক্ষপথ নামক একটি পথ চিহ্নিত করে। একইভাবে, একটি পরমাণুকে নিউক্লিয়াসের চারপাশে কক্ষপথে প্রদক্ষিণকারী ইলেকট্রন হিসাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে। আসলে, জিনিসগুলি আলাদা, এবং ইলেকট্রনগুলি মহাকাশের অঞ্চলে রয়েছে যা পারমাণবিক অরবিটাল নামে পরিচিত। রসায়ন শ্রোডিঙ্গার তরঙ্গ সমীকরণ গণনা করার জন্য পরমাণুর একটি সরলীকৃত মডেলের সাথে সন্তুষ্ট এবং সেই অনুযায়ী, ইলেকট্রনের সম্ভাব্য অবস্থা নির্ধারণ করে।

অরবিট এবং অরবিটাল একই রকম শোনায়, কিন্তু তাদের সম্পূর্ণ ভিন্ন অর্থ রয়েছে। তাদের মধ্যে পার্থক্য বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

কক্ষপথ প্রদর্শন করা অসম্ভব

কোন কিছুর ট্র্যাজেক্টোরি প্লট করতে, আপনাকে বস্তুটি ঠিক কোথায় তা জানতে হবেঅবস্থিত, এবং এটি একটি মুহুর্তের মধ্যে কোথায় হবে তা স্থাপন করতে সক্ষম হবেন৷ এটি একটি ইলেকট্রনের পক্ষে অসম্ভব।

হেইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতি অনুসারে, একটি কণা এই মুহূর্তে কোথায় আছে এবং পরে কোথায় থাকবে তা সঠিকভাবে জানা অসম্ভব। (আসলে, নীতিটি বলে যে এটির গতি এবং গতিবেগ একযোগে এবং নিখুঁত নির্ভুলতার সাথে নির্ধারণ করা অসম্ভব)।

অতএব, নিউক্লিয়াসের চারপাশে ইলেকট্রনের কক্ষপথ তৈরি করা অসম্ভব। এটা কি বড় সমস্যা? না. যদি কিছু সম্ভব না হয় তবে তা গ্রহণ করা উচিত এবং এর চারপাশে উপায় খুঁজে বের করা উচিত।

হাইড্রোজেন ইলেকট্রন - 1s-অরবিটাল

ধরুন একটি হাইড্রোজেন পরমাণু আছে এবং একটি নির্দিষ্ট সময়ে একটি ইলেক্ট্রনের অবস্থান গ্রাফিকভাবে অঙ্কিত হয়। এর কিছুক্ষণ পরে, পদ্ধতিটি পুনরাবৃত্তি হয় এবং পর্যবেক্ষক দেখতে পান যে কণাটি একটি নতুন অবস্থানে রয়েছে। কিভাবে তিনি প্রথম স্থান থেকে দ্বিতীয় স্থানে এসেছেন তা অজানা।

যদি আপনি এভাবে চালিয়ে যান, আপনি ধীরে ধীরে এক ধরণের 3D মানচিত্র তৈরি করবেন যেখানে কণাটি থাকার সম্ভাবনা রয়েছে।

হাইড্রোজেন পরমাণুর ক্ষেত্রে, ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের চারপাশের গোলাকার স্থানের মধ্যে যেকোনো জায়গায় থাকতে পারে। চিত্রটি এই গোলাকার স্থানের একটি ক্রস বিভাগ দেখায়৷

সময়ের

95% (অথবা অন্য কোনো শতাংশ, যেহেতু মহাবিশ্বের আকার মাত্র একশো শতাংশ নিশ্চিততা প্রদান করতে পারে) ইলেকট্রন স্থানের মোটামুটি সহজে সংজ্ঞায়িত অঞ্চলের মধ্যে থাকবে, নিউক্লিয়াসের যথেষ্ট কাছাকাছি। এই ধরনের অঞ্চলকে অরবিটাল বলা হয়। পারমাণবিক অরবিটাল হয়মহাকাশের অঞ্চল যেখানে একটি ইলেকট্রন বিদ্যমান।

সে সেখানে কি করছে? আমরা জানি না, আমরা জানতে পারি না, এবং তাই আমরা এই সমস্যাটিকে উপেক্ষা করি! আমরা কেবল বলতে পারি যে একটি ইলেকট্রন যদি একটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে থাকে তবে তার একটি নির্দিষ্ট শক্তি থাকবে।

প্রতিটি অরবিটালের একটি নাম রয়েছে৷

হাইড্রোজেন ইলেকট্রন দ্বারা দখলকৃত স্থানকে 1s-অরবিটাল বলা হয়। এখানে এককটির অর্থ হল কণাটি নিউক্লিয়াসের সবচেয়ে কাছের শক্তি স্তরে রয়েছে। S কক্ষপথের আকৃতি সম্পর্কে বলে। এস-অরবিটালগুলি নিউক্লিয়াস সম্পর্কে গোলাকারভাবে প্রতিসম হয় - অন্ততপক্ষে কেন্দ্রে একটি নিউক্লিয়াস সহ মোটামুটি ঘন উপাদানের একটি ফাঁপা বলের মতো৷

2s

পরবর্তী অরবিটাল হল 2s। এটি 1s এর অনুরূপ, ইলেক্ট্রনের সম্ভাব্য অবস্থানটি নিউক্লিয়াস থেকে অনেক দূরে। এটি দ্বিতীয় শক্তি স্তরের একটি অরবিটাল৷

যদি আপনি ঘনিষ্ঠভাবে লক্ষ্য করেন, আপনি লক্ষ্য করবেন যে নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি আরও একটি অঞ্চল রয়েছে যা সামান্য বেশি ইলেকট্রন ঘনত্ব রয়েছে ("ঘনত্ব" হল একটি নির্দিষ্ট জায়গায় এই কণা উপস্থিত থাকার সম্ভাবনা নির্দেশ করার আরেকটি উপায়)।

2s ইলেকট্রন (এবং 3s, 4s, ইত্যাদি) তাদের কিছু সময় পরমাণুর কেন্দ্রের কাছাকাছি ব্যয় করে যা কেউ আশা করতে পারে। এর ফলে s-অরবিটালে তাদের শক্তি কিছুটা কমে যায়। ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের যত কাছে যায়, তাদের শক্তি তত কমতে থাকে।

3s-, 4s-অরবিটাল (এবং আরও) পরমাণুর কেন্দ্র থেকে আরও এগিয়ে যাচ্ছে।

P-অরবিটাল

সব ইলেকট্রন কক্ষপথে বাস করে না (আসলে, তাদের মধ্যে খুব কমই থাকে)। প্রথম শক্তি স্তরে, তাদের জন্য একমাত্র উপলব্ধ অবস্থান হল 1s, দ্বিতীয়টিতে, 2s এবং 2p যোগ করা হয়েছে৷

এই ধরণের অরবিটালগুলি আরও 2টি অভিন্ন বেলুনের মতো, মূল অংশে একে অপরের সাথে সংযুক্ত। চিত্রটি স্থানের একটি 3-মাত্রিক অঞ্চলের একটি ক্রস বিভাগ দেখায়। আবার, অরবিটাল শুধুমাত্র একটি একক ইলেকট্রন খুঁজে পাওয়ার সম্ভাবনা 95 শতাংশ সহ এলাকা দেখায়।

যদি আমরা একটি অনুভূমিক সমতল কল্পনা করি যেটি নিউক্লিয়াসের মধ্য দিয়ে এমনভাবে যায় যে কক্ষপথের একটি অংশ সমতলের উপরে এবং অন্যটি নীচে থাকবে, তবে এই সমতলে একটি ইলেকট্রন খুঁজে পাওয়ার সম্ভাবনা শূন্য রয়েছে।. তাহলে কিভাবে একটি কণা একটি অংশ থেকে অন্য অংশে যাবে যদি এটি কখনই নিউক্লিয়াসের সমতল দিয়ে যেতে না পারে? এটি এর তরঙ্গ প্রকৃতির কারণে।

s- এর বিপরীতে, p-অরবিটালের একটি নির্দিষ্ট দিকনির্দেশনা আছে।

যেকোন শক্তির স্তরে, আপনার কাছে পরস্পরের সমকোণে অবস্থিত তিনটি সম্পূর্ণ সমতুল্য p-অরবিটাল থাকতে পারে। এগুলিকে নির্বিচারে p_x, p_y এবং p_z দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এটি সুবিধার জন্য গৃহীত হয় - X, Y বা Z দিকনির্দেশ দ্বারা যা বোঝায় তা ক্রমাগত পরিবর্তিত হচ্ছে, কারণ পরমাণু মহাশূন্যে এলোমেলোভাবে চলে।

P-অরবিটালকে দ্বিতীয় শক্তি স্তরে বলা হয় 2p_x, 2p_y এবং 2p_{z। পরবর্তীতে অনুরূপ অরবিটাল আছে - 3p}x_{, 3p}y_{, 3p}z_{, 4px}, 4p_y,4p_z ইত্যাদি।

প্রথমটি বাদে সকল স্তরে পি-অরবিটাল আছে। উচ্চ স্তরে, "পাপড়ি" আরও দীর্ঘায়িত হয়, নিউক্লিয়াস থেকে ইলেক্ট্রনের সবচেয়ে বেশি দূরত্বে অবস্থান করার সম্ভাবনা থাকে৷

d- এবং f-অরবিটাল

s এবং p অরবিটাল ছাড়াও, উচ্চ শক্তির স্তরে ইলেকট্রনের জন্য আরও দুটি সেট অরবিটাল পাওয়া যায়। তৃতীয়টিতে, পাঁচটি ডি-অরবিটাল (জটিল আকার এবং নাম সহ), পাশাপাশি 3s- এবং 3p-অরবিটাল (3p_x, 3p_{y) থাকতে পারে।, 3p}z_{)। এখানে মোট ৯টি আছে।}

চতুর্থে, 4s এবং 4p এবং 4d-এর সাথে, 7টি অতিরিক্ত f-অরবিটাল উপস্থিত হয় - মোট 16টি, সমস্ত উচ্চ শক্তির স্তরেও উপলব্ধ৷

অরবিটালে ইলেকট্রন স্থাপন

একটি পরমাণুকে একটি খুব অভিনব ঘর (উল্টানো পিরামিডের মতো) হিসাবে ভাবা যেতে পারে যার একটি নিউক্লিয়াস নিচতলায় বাস করে এবং উপরের তলার বিভিন্ন কক্ষ ইলেক্ট্রন দ্বারা দখল করা হয়:

• প্রথম তলায় মাত্র ১টি রুম আছে (1s);
• দ্বিতীয় ঘরে ইতিমধ্যেই ৪টি (2s, 2p_x, 2p_y এবং 2p_z);
• তৃতীয় তলায় 9টি কক্ষ রয়েছে (একটি 3s, তিনটি 3p এবং পাঁচটি 3d অরবিটাল) ইত্যাদি৷

কিন্তু ঘরগুলো খুব বড় নয়। তাদের প্রত্যেকে মাত্র ২টি ইলেকট্রন ধারণ করতে পারে।

এই কণাগুলি যে পারমাণবিক কক্ষপথে রয়েছে তা দেখানোর একটি সুবিধাজনক উপায় হল "কোয়ান্টাম কোষ" আঁকা।

কোয়ান্টাম কোষ

পরমাণুঅরবিটালগুলিকে তীর হিসাবে দেখানো ইলেকট্রনগুলির সাথে বর্গাকার হিসাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে। প্রায়শই, উপরের এবং নীচের তীরগুলি দেখানো হয় যে এই কণাগুলি আলাদা।

একটি পরমাণুতে বিভিন্ন ইলেকট্রনের প্রয়োজনীয়তা কোয়ান্টাম তত্ত্বের ফল। যদি তারা বিভিন্ন অরবিটালে থাকে, তাহলে ঠিক আছে, কিন্তু যদি তারা একই কক্ষপথে থাকে, তাহলে তাদের মধ্যে কিছু সূক্ষ্ম পার্থক্য থাকতে হবে। কোয়ান্টাম তত্ত্ব কণাকে "স্পিন" নামক একটি বৈশিষ্ট্যের সাথে যুক্ত করে, যা তীরগুলির দিক নির্দেশ করে৷

দুটি ইলেকট্রন সহ

1s অরবিটালকে একটি বর্গক্ষেত্র হিসাবে দেখানো হয়েছে যেখানে দুটি তীর উপরে এবং নীচে নির্দেশ করে, তবে এটি 1s² হিসাবে আরও দ্রুত লেখা যেতে পারে। এটি "একটি দুটি" পড়ে, "একটি বর্গক্ষেত্র" নয়। এই স্বরলিপি সংখ্যা বিভ্রান্ত করা উচিত নয়. প্রথমটি হল শক্তির স্তর, এবং দ্বিতীয়টি হল প্রতি কক্ষপথে কণার সংখ্যা৷

সংকরকরণ

রসায়নে, হাইব্রিডাইজেশন হল পারমাণবিক অরবিটালগুলিকে নতুন হাইব্রিড অরবিটালে মিশ্রিত করার ধারণা যা রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করতে ইলেকট্রন জোড়া দিতে সক্ষম। এসপি হাইব্রিডাইজেশন অ্যালকাইনের মতো যৌগের রাসায়নিক বন্ধন ব্যাখ্যা করে। এই মডেলে, 2s এবং 2p কার্বন পারমাণবিক অরবিটাল দুটি sp অরবিটাল তৈরি করে। অ্যাসিটিলিন C₂H₂ একটি σ-বন্ধন এবং দুটি অতিরিক্ত π-বন্ড গঠনের সাথে দুটি কার্বন পরমাণুর একটি sp-sp এনট্যাঙ্গলমেন্ট নিয়ে গঠিত।

স্যাচুরেটেড হাইড্রোকার্বনে কার্বনের পারমাণবিক কক্ষপথ রয়েছেঅভিন্ন হাইব্রিড sp³-ডাম্বেলের মতো আকৃতির অরবিটাল, যার একটি অংশ অন্যটির থেকে অনেক বড়।

Sp²-সংকরকরণ পূর্ববর্তীগুলির মতোই এবং একটি s এবং দুটি পি-অরবিটাল মিশ্রিত করে গঠিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি ইথিলিন অণুতে, তিনটি sp²- এবং একটি পি-অরবিটাল গঠিত হয়৷

পারমাণবিক অরবিটাল: ভরাট নীতি

রাসায়নিক উপাদানের পর্যায় সারণীতে একটি পরমাণু থেকে অন্য পরমাণুতে রূপান্তর কল্পনা করে, পরবর্তী উপলব্ধ কক্ষপথে একটি অতিরিক্ত কণা স্থাপন করে পরবর্তী পরমাণুর বৈদ্যুতিন কাঠামো স্থাপন করা যায়।

ইলেকট্রন, উচ্চ শক্তির স্তর পূরণ করার আগে, নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি অবস্থিত নিম্নগুলি দখল করে। যেখানে একটি পছন্দ আছে, তারা পৃথকভাবে অরবিটাল পূরণ করে।

এই ফিলিং অর্ডার হুন্ডের নিয়ম হিসাবে পরিচিত। এটি শুধুমাত্র তখনই প্রযোজ্য যখন পারমাণবিক অরবিটালে সমান শক্তি থাকে এবং ইলেকট্রনের মধ্যে বিকর্ষণ কমাতেও সাহায্য করে, পরমাণুকে আরও স্থিতিশীল করে তোলে।

উল্লেখ্য যে s-অরবিটালে সবসময় একই শক্তি স্তরে p অরবিটালের তুলনায় কিছুটা কম শক্তি থাকে, তাই আগেরটি সর্বদা পরেরটির আগে পূর্ণ হয়।

3d অরবিটালের অবস্থান কি সত্যিই অদ্ভুত। এগুলি 4s থেকে উচ্চতর স্তরে, এবং তাই 4s অরবিটালগুলি প্রথমে পূর্ণ হয়, তারপরে সমস্ত 3d এবং 4p অরবিটালগুলি দ্বারা পূর্ণ হয়৷

একই বিভ্রান্তি উচ্চতর স্তরে দেখা দেয় এবং এর মধ্যে আরও বেশি বুনা থাকে। অতএব, উদাহরণস্বরূপ, 4f পারমাণবিক অরবিটালগুলি পূর্ণ হয় না যতক্ষণ না সমস্ত স্থানের উপর6s.

ইলেক্ট্রনিক স্ট্রাকচারগুলিকে কীভাবে বর্ণনা করতে হয় তা বোঝার জন্য ফিল অর্ডার জানা গুরুত্বপূর্ণ৷