গ্যাডোলিনিয়াম (Gd) এর পরিচিতি
গ্যাডোলিনিয়াম (প্রতীক Gd) পর্যায় সারণীর f-ব্লকে অবস্থিত একটি আকর্ষণীয় মৌল, যা বিশেষ করে ল্যান্থানাইড সিরিজের অন্তর্গত। এটি একটি রূপালি-সাদা, নমনীয় এবং প্রসার্য বিরল মৃত্তিকা ধাতু, যা প্রায়শই অন্যান্য ল্যান্থানাইডের সাথে পাওয়া যায়। যদিও এটিকে “বিরল” বলা হয়, গ্যাডোলিনিয়ামের মতো মৌলগুলি পৃথিবীর ভূত্বকে অস্বাভাবিকভাবে দুর্লভ নয় তবে ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকে এবং নিষ্কাশন করা কঠিন। ভারতে, অন্যান্য বিরল মৃত্তিকা মৌলের মতো, গ্যাডোলিনিয়াম মোনাজাইট বালিতে পাওয়া যায়, বিশেষ করে কেরালার মতো উপকূলীয় অঞ্চলে। এটি উন্নত প্রযুক্তিতে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ খুঁজে পায়, যার মধ্যে ভারত এবং বিশ্বব্যাপী চিকিৎসা নির্ণয়ে ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং (MRI) স্ক্যানে একটি কনট্রাস্ট এজেন্ট হিসাবে এর ব্যবহার অন্তর্ভুক্ত।
গ্যাডোলিনিয়ামের পারমাণবিক গঠন
গ্যাডোলিনিয়ামের পারমাণবিক গঠন, যেকোনো মৌলের মতো, এর উপপারমাণবিক কণাগুলির বিন্যাস দ্বারা সংজ্ঞায়িত হয়: প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রন।
প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রনের সংখ্যা
- পারমাণবিক সংখ্যা (Z): গ্যাডোলিনিয়ামের পারমাণবিক সংখ্যা ৬৪। এই সংখ্যাটি মৌলটিকে অনন্যভাবে চিহ্নিত করে এবং নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা নির্দেশ করে।
- প্রোটনের সংখ্যা: সুতরাং, একটি গ্যাডোলিনিয়াম পরমাণুতে ৬৪টি প্রোটন থাকে।
- ইলেকট্রনের সংখ্যা: একটি নিরপেক্ষ গ্যাডোলিনিয়াম পরমাণুর জন্য, ইলেকট্রনের সংখ্যা প্রোটনের সংখ্যার সমান। তাই, এটিতে ৬৪টি ইলেকট্রন থাকে।
- নিউট্রনের সংখ্যা: গ্যাডোলিনিয়ামের সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে স্থিতিশীল আইসোটোপ হল গ্যাডোলিনিয়াম-১৫৮ ($^{158}$Gd)। এই আইসোটোপের ভর সংখ্যা (A) হল ১৫৮। নিউট্রনের সংখ্যা ভর সংখ্যা (A) থেকে পারমাণবিক সংখ্যা (Z) বিয়োগ করে গণনা করা হয়: নিউট্রনের সংখ্যা = A - Z = ১৫৮ - ৬৪ = ৯৪টি নিউট্রন। গ্যাডোলিনিয়ামের অন্যান্য আইসোটোপ বিদ্যমান, যার ফলে নিউট্রনের সংখ্যার ভিন্নতা দেখা যায়।
ইলেকট্রন বিন্যাস
ইলেকট্রন বিন্যাস একটি পরমাণু বা অণুর ইলেকট্রনগুলির পারমাণবিক অরবিটালে বিতরণ বর্ণনা করে। গ্যাডোলিনিয়ামের (Z=64) জন্য, ইলেকট্রন বিন্যাস সম্পূর্ণরূপে সরল নয় কারণ অর্ধ-পূর্ণ বা পূর্ণ-পূর্ণ সাবশেলের সাথে যুক্ত স্থিতিশীলতা, যা ল্যান্থানাইডের একটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য।
গ্যাডোলিনিয়ামের ভূমি অবস্থায় ইলেকট্রন বিন্যাস হল: [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
এখানে, [Xe] নিষ্ক্রিয় গ্যাস জেননের ইলেকট্রন বিন্যাসকে প্রতিনিধিত্ব করে, যা প্রথম ৫৪টি ইলেকট্রনের জন্য দায়ী। অবশিষ্ট ইলেকট্রনগুলি নিম্নরূপ সজ্জিত থাকে:
- 4f⁷: সাতটি ইলেকট্রন 4f সাবশেল দখল করে, যার ফলে একটি অর্ধ-পূর্ণ বিন্যাস হয় (একটি 4f সাবশেল সর্বোচ্চ ১৪টি ইলেকট্রন ধারণ করতে পারে)। এই অর্ধ-পূর্ণ অবস্থা বর্ধিত স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে।
- 5d¹: একটি ইলেকট্রন 5d সাবশেল দখল করে।
- 6s²: দুটি ইলেকট্রন 6s সাবশেল দখল করে, যা সবচেয়ে বাইরের প্রধান শক্তি স্তর।
শুধুমাত্র আউফবাউ নীতির উপর ভিত্তি করে প্রত্যাশিত বিন্যাস [Xe] 4f⁶ 5d² 6s² হতে পারে, কিন্তু একটি অর্ধ-পূর্ণ 4f সাবশেল (4f⁷) থাকার কারণে অর্জিত স্থিতিশীলতা এটিকে বাতিল করে দেয়, যার ফলে পর্যবেক্ষণকৃত 4f⁷ 5d¹ 6s² বিন্যাস হয়।
যোজ্যতা ইলেকট্রন
যোজ্যতা ইলেকট্রন হল সবচেয়ে বাইরের কক্ষে বা আংশিকভাবে পূর্ণ ভিতরের কক্ষে অবস্থিত ইলেকট্রন যা রাসায়নিক বন্ধনে জড়িত থাকে। রূপান্তর ধাতু এবং ল্যান্থানাইডের জন্য, প্রধান গ্রুপ মৌলগুলির তুলনায় যোজ্যতা ইলেকট্রন শনাক্ত করা আরও সূক্ষ্ম হতে পারে।
গ্যাডোলিনিয়ামের জন্য, যে ইলেকট্রনগুলিকে যোজ্যতা ইলেকট্রন হিসাবে বিবেচনা করা হয় সেগুলি হল:
- দুটি 6s ইলেকট্রন
- একটি 5d ইলেকট্রন
এই তিনটি ইলেকট্রন (6s² এবং 5d¹) রাসায়নিক বিক্রিয়ার জন্য সহজেই উপলব্ধ। গ্যাডোলিনিয়াম সাধারণত এর যৌগগুলিতে +3 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে, যা এই তিনটি ইলেকট্রন হারানোর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। যদিও 4f ইলেকট্রনগুলি আংশিকভাবে পূর্ণ, তবে সেগুলিকে সাধারণত অভ্যন্তরীণ-কক্ষের ইলেকট্রন হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং 6s এবং 5d ইলেকট্রনের তুলনায় সাধারণ রাসায়নিক বন্ধনে কম জড়িত থাকে।