অ্যালুমিনিয়াম (Al) - পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক পরামিতিগুলির পরিচিতি

অ্যালুমিনিয়াম (Al) পর্যায় সারণীর 13তম মৌল, যা গ্রুপ 13 এবং পর্যায় 3 এর অন্তর্ভুক্ত।

• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 13
  • এটি নিউক্লিয়াসে 13টি প্রোটন নির্দেশ করে।
  • একটি নিরপেক্ষ পরমাণুতে, এটি 13টি ইলেকট্রনও নির্দেশ করে।
• ভর সংখ্যা (A): প্রায় 27 (সবচেয়ে বেশি পরিমাণে প্রাপ্ত আইসোটোপ, অ্যালুমিনিয়াম-27, ²⁷Al এর জন্য)।
  • এটি মোট 27টি প্রোটন এবং নিউট্রন নির্দেশ করে।
• নিউট্রন: ভর সংখ্যা - পারমাণবিক সংখ্যা = 27 - 13 = 14টি নিউট্রন।
• পর্যায় সারণীতে অবস্থান:
  • পর্যায়: 3
  • গ্রুপ: 13 (বোরন পরিবার বা IIIA)
  • ব্লক: p-ব্লক মৌল

সাবশেল ইলেকট্রন বিন্যাস

অ্যালুমিনিয়ামের ইলেকট্রন বিন্যাস এর 13টি ইলেকট্রনের বিভিন্ন শক্তি সাবশেলে বিন্যাস বর্ণনা করে।

• সম্পূর্ণ ইলেকট্রন বিন্যাস: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
• নোবেল গ্যাস বিন্যাস: [Ne] 3s² 3p¹ (যেখানে [Ne] নিওনের বিন্যাসকে বোঝায়: 1s² 2s² 2p⁶)

অরবিটাল ডায়াগ্রামের ব্যাখ্যা (যোজ্যতা শেল)

যোজ্যতা শেল (n=3) তে বন্ধন গঠনে জড়িত ইলেকট্রন থাকে।

• 3s সাবশেল: 2টি ইলেকট্রন থাকে। এগুলি জোড়বদ্ধ অবস্থায় থাকে। 3s: ↑↓
• 3p সাবশেল: 1টি ইলেকট্রন থাকে। এই ইলেকট্রনটি হুন্ডের সূত্র অনুসারে তিনটি অধোগামী p-অরবিটালের (px, py, বা pz) একটি দখল করে। অন্য দুটি p-অরবিটাল খালি থাকে। 3p: ↑ _ _

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজ্যতা

• যোজ্যতা ইলেকট্রন: বাইরের শেলের (n=3) ইলেকট্রনগুলি হল যোজ্যতা ইলেকট্রন।
  • যোজ্যতা ইলেকট্রনের সংখ্যা = 2 (3s থেকে) + 1 (3p থেকে) = 3।
• জারণ অবস্থা: অ্যালুমিনিয়ামের প্রাথমিক প্রবণতা হল এই 3টি যোজ্যতা ইলেকট্রন ত্যাগ করে একটি স্থিতিশীল নোবেল গ্যাস বিন্যাস (নিওনের সাথে আইসোইলেক্ট্রনিক) অর্জন করা।
  • সাধারণ এবং সবচেয়ে স্থিতিশীল জারণ অবস্থা: +3।
  • অত্যন্ত নির্দিষ্ট এবং চরম পরিস্থিতিতে, +1 এর মতো নিম্ন জারণ অবস্থা দেখা যেতে পারে, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রার গ্যাসীয় যৌগগুলিতে, তবে সাধারণ রসায়নে +3 এর জারণ অবস্থা ব্যাপকভাবে প্রভাবশালী।
• যোজ্যতা: একটি মৌলের মিলিত হওয়ার ক্ষমতা। অ্যালুমিনিয়ামের জন্য, যোজ্যতা হল 3।

বন্ধন আচরণ

অ্যালুমিনিয়াম বিভিন্ন ধরনের বন্ধন আচরণ প্রদর্শন করে, যা ধাতব থেকে শুরু করে উল্লেখযোগ্য সমযোজী বৈশিষ্ট্য পর্যন্ত হতে পারে এবং এটি একটি লুইস অ্যাসিড হিসাবে কাজ করতে পারে।

1. ধাতব বন্ধন (মৌলিক অ্যালুমিনিয়াম)

• এর মৌলিক অবস্থায়, অ্যালুমিনিয়াম একটি ধাতব ল্যাটিস গঠন করে।
• প্রতিটি পরমাণুর 3টি যোজ্যতা ইলেকট্রন কাঠামোর সর্বত্র ছড়িয়ে থাকে, একটি “ইলেকট্রন সমুদ্র” তৈরি করে।
• এই ধাতব বন্ধন এর বৈশিষ্ট্যমূলক ধর্মগুলির জন্য দায়ী: উচ্চ তড়িৎ ও তাপ পরিবাহিতা, নমনীয়তা এবং প্রসার্য্যতা।

2. আয়নিক বন্ধন

• যখন অ্যালুমিনিয়াম অত্যন্ত তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথে বিক্রিয়া করে, তখন এটি তার তিনটি যোজ্যতা ইলেকট্রন সম্পূর্ণরূপে ত্যাগ করে Al³⁺ আয়ন গঠন করতে চায়।
• উদাহরণ: অ্যালুমিনিয়াম ফ্লোরাইড (AlF₃)। ফ্লোরিনের উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতার কারণে, বন্ধনটি প্রধানত আয়নিক হয়। AlF₃ এর গলনাঙ্ক (1291 °C) উচ্চ, যা আয়নিক যৌগের বৈশিষ্ট্য।

3. সমযোজী বন্ধন

• এর আপেক্ষিকভাবে ছোট আকার এবং Al³⁺ আয়নের উচ্চ আধান ঘনত্বের কারণে, অ্যালুমিনিয়াম যৌগগুলি প্রায়শই উল্লেখযোগ্য সমযোজী বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, বিশেষ করে যখন এটি ফ্লোরিন ব্যতীত কম তড়িৎ ঋণাত্মক অধাতু বা হ্যালাইডগুলির সাথে আবদ্ধ হয়। এটি ফাজানের নিয়ম দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়: ছোট ক্যাটায়ন, উচ্চ আধান, অ্যানিয়নের বৃহত্তর পোলারাইজেশন, যা সমযোজী বৈশিষ্ট্য বৃদ্ধি করে।
• উদাহরণ: অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড (AlCl₃)।
  • একক AlCl₃: উচ্চ তাপমাত্রায় গ্যাসীয় অবস্থায়, AlCl₃ একটি মনমার হিসাবে বিদ্যমান থাকে।
    • সংকরায়ন: অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর sp² সংকরায়ন।
    • জ্যামিতি: ত্রিভুজাকার সমতলীয় জ্যামিতি। অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু তিনটি ক্লোরিন পরমাণু দ্বারা বেষ্টিত থাকে।
    • লুইস অ্যাসিড: অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর একটি অসম্পূর্ণ অষ্টক থাকে (যোজ্যতা শেলে মাত্র 6টি ইলেকট্রন), যা এটিকে একটি শক্তিশালী লুইস অ্যাসিড (ইলেকট্রন জোড় গ্রহণকারী) করে তোলে।
  • ডাইমেরিক Al₂Cl₆: কঠিন অবস্থায় এবং অধ্রুবীয় দ্রাবকে, AlCl₃ একটি ডাইমার, Al₂Cl₆ হিসাবে বিদ্যমান থাকে, যেখানে দুটি ক্লোরিন পরমাণু ব্রিজিং লিগ্যান্ড হিসাবে কাজ করে।
    • সংকরায়ন: প্রতিটি অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর sp³ সংকরায়ন।
    • জ্যামিতি: প্রতিটি অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর চারপাশে চতুস্তলীয় জ্যামিতি। কাঠামোটি দুটি AlCl₄ টেট্রাহেড্রার প্রান্ত ভাগ করে গঠিত।
• উদাহরণ: অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রাইড (AlH₃) বা অ্যালুমিনোহাইড্রাইড আয়ন (AlH₄⁻)।
  • লিথিয়াম অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রাইড (LiAlH₄) এর মতো যৌগগুলিতে, AlH₄⁻ আয়ন গঠিত হয়।
  • সংকরায়ন: অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর sp³ সংকরায়ন।
  • জ্যামিতি: চতুস্তলীয় জ্যামিতি।

4. কো-অর্ডিনেট বন্ধন (লুইস অম্লতা)

• একটি sp² সংকরিত প্রজাতি হিসাবে একটি শূন্য p-অরবিটাল সহ (যেমন মনমেরিক AlCl₃), অ্যালুমিনিয়াম যৌগগুলি চমৎকার লুইস অ্যাসিড। তারা লুইস ক্ষার থেকে ইলেকট্রনের নিঃসঙ্গ জোড় গ্রহণ করতে পারে।
• উদাহরণ: AlCl₄⁻ আয়নের গঠন: AlCl₃ + Cl⁻ → AlCl₄⁻ এখানে, একটি ক্লোরাইড আয়ন AlCl₃ এর শূন্য p-অরবিটালে একটি নিঃসঙ্গ জোড় দান করে।
• উদাহরণ: ইথারগুলির সাথে অ্যাডাক্ট গঠন: AlCl₃ + (CH₃CH₂)₂O → Cl₃Al·O(CH₂CH₃)₂

বন্ধন বৈশিষ্ট্যের সারসংক্ষেপ

• সাধারণ: প্রধানত +3 জারণ অবস্থা গঠন করে।
• আয়নিক: অত্যন্ত তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথে (যেমন, F)।
• সমযোজী: কম তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথে এবং যখন ডাইমার বা জটিল আয়ন গঠন করে, তখন উল্লেখযোগ্য পোলারাইজেশনের কারণে (ফাজানের নিয়ম)।
• লুইস অ্যাসিড: শূন্য যোজ্যতা অরবিটালের কারণে।
• উভধর্মী প্রকৃতি: অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রোক্সাইড (Al(OH)₃) এবং অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) উভয়ধর্মী, অর্থাৎ তারা অ্যাসিড এবং ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে। এটি তাদের বন্ধন আচরণে ধাতু এবং অধাতুর সীমানায় থাকা মৌলগুলির বৈশিষ্ট্য।