বিসমাথ (Bi) - JEE/NEET এবং CBSE-এর জন্য একটি বিস্তারিত অধ্যয়নের নির্দেশিকা

ভূমিকা: কেন বিসমাথ গুরুত্বপূর্ণ

বিসমাথ (Bi) একটি পোস্ট-ট্রানজিশন মেটাল, ঐতিহাসিকভাবে নাইট্রোজেন পরিবার (গ্রুপ 15) এর সাথে দলবদ্ধ। এটি এই গ্রুপের সবচেয়ে ভারী স্থিতিশীল সদস্য, যা স্বতন্ত্র ধাতব ধর্ম এবং নিষ্ক্রিয় যুগল প্রভাব (inert pair effect) দ্বারা প্রভাবিত রসায়ন প্রদর্শন করে। এর কম বিষাক্ততা, অনন্য ভৌত ধর্ম এবং বিভিন্ন রাসায়নিক প্রয়োগ এটিকে বিভিন্ন শিল্প ও ফার্মাসিউটিক্যাল সেক্টরে তাৎপর্যপূর্ণ করে তোলে, যা অনেক ব্যবহারে সীসার একটি নিরাপদ বিকল্প সরবরাহ করে।

CBSE/JEE দ্রুত পুনর্বিবেচনার নোট

• প্রতীক: Bi
• পারমাণবিক সংখ্যা: 83
• পারমাণবিক ভর: 208.98 u
• গ্রুপ: 15 (নাইট্রোজেন পরিবার, পিক্টোজেন)
• পিরিয়ড: 6
• ব্লক: p-ব্লক
• প্রকৃতি: ধাতু
• ইলেকট্রন বিন্যাস:
  • সম্পূর্ণ: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p³
  • সংক্ষিপ্ত: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³
• সাধারণ জারণ অবস্থা: +3, +5 (নিষ্ক্রিয় যুগল প্রভাবের কারণে +3 বেশি স্থিতিশীল)
• যোজ্যতা: 3, 5
• ঘনত্ব (20°C এ): 9.78 g/cm³
• গলনাঙ্ক: 271.4°C
• স্ফুটনাঙ্ক: 1564°C
• তড়িৎ ঋণাত্মকতা (পাউলিং): 2.02
• আয়নাইজেশন শক্তি (1ম): 703 kJ/mol
• মূল বৈশিষ্ট্য: 82 এর বেশি পারমাণবিক সংখ্যা বিশিষ্ট একমাত্র প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত উপাদান যা তেজস্ক্রিয় নয় (যদিও প্রায়শই এটিকে সবচেয়ে ভারী স্থিতিশীল উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয়, এটি আসলে অত্যন্ত দীর্ঘ অর্ধ-জীবন 1.9 x 10¹⁹ বছর সহ সামান্য তেজস্ক্রিয়, যা আলফা ক্ষয়ের মাধ্যমে থ্যালিয়াম-205 এ রূপান্তরিত হয়, যা সমস্ত রাসায়নিক উদ্দেশ্যে কার্যত স্থিতিশীল)।

ইলেকট্রন বিন্যাস এবং বন্ধন আচরণ

বিসমাথের ইলেকট্রন বিন্যাস [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³ পাঁচটি যোজ্যতা ইলেকট্রন (6s² 6p³) প্রকাশ করে।

• জারণ অবস্থা:
  • +3 জারণ অবস্থা: এটি বিসমাথের জন্য সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং সাধারণ জারণ অবস্থা। এটি বন্ধনে তিনটি 6p ইলেকট্রনের অংশগ্রহণের ফলে ঘটে, যখন দুটি 6s ইলেকট্রন নিষ্ক্রিয় যুগল প্রভাব (inert pair effect) এর কারণে অযৌগিক থাকে। এই প্রভাব p-ব্লকের ভারী উপাদানগুলির জন্য প্রকট হয়, যেখানে f এবং d ইলেকট্রন দ্বারা দুর্বল আবরণীর কারণে s-ইলেকট্রনগুলি বন্ধনের জন্য কম উপলব্ধ থাকে, যা s-ইলেকট্রন দ্বারা অনুভব করা উচ্চতর নিউক্লীয় চার্জের দিকে পরিচালিত করে।
  • +5 জারণ অবস্থা: এই অবস্থার জন্য সমস্ত পাঁচটি যোজ্যতা ইলেকট্রন (6s² এবং 6p³) এর জড়িত হওয়া প্রয়োজন। এটি +3 অবস্থার চেয়ে কম স্থিতিশীল এবং একটি শক্তিশালী জারক হিসাবে কাজ করে (উদাহরণস্বরূপ, NaBiO₃ এ)। এর কারণ হল +5 অবস্থায় বিসমাথ সহজেই ইলেকট্রন গ্রহণ করে আরও স্থিতিশীল +3 অবস্থা অর্জন করতে পারে।
• বন্ধন: বিসমাথ সাধারণত সমযোজী যৌগ গঠন করে, বিশেষ করে হ্যালোজেনগুলির মতো অধিক তড়িৎ ঋণাত্মক উপাদানগুলির সাথে (যেমন, BiCl₃)। তবে, উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মক উপাদানগুলির সাথে বা বড় প্রতি-আয়নগুলির সাথে যৌগগুলিতে, এটি আয়নিক বৈশিষ্ট্যও প্রদর্শন করতে পারে (উদাহরণস্বরূপ, BiF₃ এ)। এর যৌগগুলি প্রায়শই পলিমেরিক কাঠামোযুক্ত হয়।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া

বিসমাথের রাসায়নিক আচরণ তার +3 জারণ অবস্থার প্রতি পছন্দের দ্বারা চিহ্নিত হয়।

1. বায়ু/অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া

বিসমাথ ঘরের তাপমাত্রায় শুষ্ক বায়ুতে স্থিতিশীল থাকে তবে উত্তপ্ত করলে অক্সিজেনে জ্বলে বিসমাথ(III) অক্সাইড গঠন করে।

• 4Bi(s) + 3O₂(g) → 2Bi₂O₃(s) (বিসমাথ(III) অক্সাইড)

2. হ্যালোজেনগুলির সাথে বিক্রিয়া

বিসমাথ সরাসরি হ্যালোজেনগুলির সাথে বিক্রিয়া করে ট্রাইহ্যালোাইড (BiX₃) গঠন করে, যেখানে X = F, Cl, Br, I। পেন্টাহ্যালোাইড (BiX₅) কম স্থিতিশীল এবং সাধারণত কেবল ফ্লোরিনের সাথে গঠিত হয় (BiF₅)।

• 2Bi(s) + 3F₂(g) → 2BiF₃(s) (বিসমাথ(III) ফ্লোরাইড)
• 2Bi(s) + 3Cl₂(g) → 2BiCl₃(s) (বিসমাথ(III) ক্লোরাইড)
• BiF₃(s) + F₂(g) → BiF₅(s) (বিসমাথ(V) ফ্লোরাইড - শক্তিশালী জারক)

3. অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া

বিসমাথ অন-জারক অ্যাসিডের সাথে (যেমন লঘু HCl, H₂SO₄) বিক্রিয়া করে না। এটি জারক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে।

• গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে: Bi(s) + 4HNO₃(conc) → Bi(NO₃)₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l) দ্রষ্টব্য: NO এর আরও জারণের কারণে প্রকৃত পণ্য প্রায়শই ডাইনাইট্রোজেন টেট্রোক্সাইড (NO₂) হয়। Bi(s) + 6HNO₃(conc) → Bi(NO₃)₃(aq) + 3NO₂(g) + 3H₂O(l)

• গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে (উত্তপ্ত): 2Bi(s) + 6H₂SO₄(conc, hot) → Bi₂(SO₄)₃(aq) + 3SO₂(g) + 6H₂O(l)

4. বিসমাথ(III) লবণগুলির আর্দ্রবিশ্লেষণ

বিসমাথ(III) লবণগুলি, বিশেষ করে হ্যালাইডগুলি, জলে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়ে অদ্রবণীয় বিসমাথিল (BiO⁺) যৌগ বা হাইড্রোক্সাইড গঠন করে, যা Bi(OH)₃ এর ক্ষারীয় প্রকৃতি নির্দেশ করে।

• BiCl₃(aq) + H₂O(l) ⇌ BiOCl(s) + 2HCl(aq) (বিসমাথিল ক্লোরাইড বা বিসমাথ অক্সিক্লোরাইড)
• Bi(NO₃)₃(aq) + 3H₂O(l) ⇌ Bi(OH)₃(s) + 3HNO₃(aq)

5. বিসমাথেট গঠন

শক্তিশালী জারকগুলি বিসমাথ(III) যৌগগুলিকে বিসমাথেট(V) এ জারিত করতে পারে, যা BiO₃⁻ আয়ন ধারণ করে, যেখানে বিসমাথ +5 জারণ অবস্থায় থাকে।

• NaBiO₃ (সোডিয়াম বিসমাথেট) একটি শক্তিশালী জারক। 2MnSO₄(aq) + 5NaBiO₃(s) + 14H⁺(aq) → 2MnO₄⁻(aq) + 5Bi³⁺(aq) + 5Na⁺(aq) + 7H₂O(l)

শিল্প ও জৈবিক গুরুত্ব

শিল্প গুরুত্ব

1. সংকর ধাতু: বিসমাথ অত্যন্ত কম গলনাঙ্ক সহ সংকর ধাতু গঠন করে, যা তাদের নিরাপত্তা ডিভাইস, ফায়ার স্প্রিঙ্কলার এবং ফিউসিবল প্লাগগুলিতে উপযোগী করে তোলে।
   • উড’স মেটাল (Wood’s metal): Bi, Pb, Sn, এবং Cd এর একটি সংকর ধাতু, যার গলনাঙ্ক প্রায় ~70°C।
   • রোজ’স মেটাল (Rose’s metal): Bi, Pb, এবং Sn এর একটি সংকর ধাতু, যার গলনাঙ্ক প্রায় ~98°C।
   • সীসা-ভিত্তিক সোল্ডার এবং প্লাম্বিং উপকরণগুলির অ-বিষাক্ত বিকল্প হিসাবে বিসমাথ-যুক্ত সংকর ধাতুগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে।
2. কসমেটিকস: বিসমাথ অক্সিক্লোরাইড (BiOCl) কসমেটিকস যেমন আইশ্যাডো, নেইল পলিশ এবং ফাউন্ডেশনগুলিতে মুক্তোর মতো চকচকে রঙ্গক হিসাবে ব্যবহৃত হয় তার ধাতব ঔজ্জ্বল্য এবং ঝলমলে ভাবের জন্য।
3. অনুঘটন: অ্যাক্রাইলোনাইট্রাইলের উৎপাদনে অনুঘটক হিসাবে বিসমাথ মলিবডেট ব্যবহৃত হয়।
4. চুম্বকত্ব: বিসমাথ সমস্ত ধাতুর মধ্যে সবচেয়ে ডায়াম্যাগনেটিক, এবং এর সংকর ধাতুগুলি অনন্য চৌম্বকীয় ধর্ম প্রদর্শন করতে পারে।
5. থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ: বিসমাথ টেটেলিউরাইড (Bi₂Te₃) এবং এর সংকর ধাতুগুলি গুরুত্বপূর্ণ থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ, যা তাপকে বিদ্যুৎ এবং বিপরীতভাবে রূপান্তর করে।

জৈবিক গুরুত্ব

1. ফার্মাসিউটিক্যালস: বিসমাথ যৌগগুলির ঔষধি প্রয়োগ রয়েছে, প্রাথমিকভাবে গ্যাস্ট্রোইনটেস্টাইনাল সমস্যাগুলির জন্য।
   • বিসমাথ সাবস্যালিসাইলেট (Bismuth subsalicylate):