সোনা (Au) - পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক বৈশিষ্ট্যের পরিচিতি

সোনা (Au) একটি অভিজাত ধাতু যার অনন্য রাসায়নিক ও ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলি মূলত এর ইলেকট্রন বিন্যাস এবং আপেক্ষিক প্রভাব (relativistic effects) থেকে উদ্ভূত হয়।

• পারমাণবিক প্রতীক: Au
• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 79 (একটি নিরপেক্ষ পরমাণুতে প্রোটন এবং ইলেকট্রনের সংখ্যা)
• ভর সংখ্যা (A): প্রায় 197 (সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ, গোল্ড-197-এর জন্য, যাতে 118টি নিউট্রন থাকে)
• পর্যায়: 6
• শ্রেণী: 11 (IB)
• ব্লক: d-ব্লক মৌল (সন্ধিগত ধাতু)

উপশক্তিস্তরের ইলেকট্রন বিন্যাস

সোনার ইলেকট্রন বিন্যাস আপেক্ষিক প্রভাবের কারণে একটি অস্বাভাবিকতা প্রদর্শন করে, যা 5d অরবিটালের তুলনায় 6s অরবিটালকে স্থিতিশীল করে।

• পূর্ণ ইলেকট্রন বিন্যাস: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹
  • দ্রষ্টব্য: প্রত্যাশিত বিন্যাস হত [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s²। তবে, অর্ধপূর্ণ বা পূর্ণভাবে পূর্ণ উপশক্তিস্তরের মাধ্যমে যে স্থিতিশীলতা অর্জিত হয়, তার মতো একটি সম্পূর্ণ পূর্ণ 5d উপশক্তিস্তর সহ আরও স্থিতিশীল বিন্যাস অর্জনের জন্য সোনা [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ গ্রহণ করে। এই ঘটনাটি মূলত আপেক্ষিক প্রভাব এবং ভারী মৌলগুলিতে বর্ধিত নিউক্লীয় আধানের কারণে ঘটে।
• নিষ্ক্রিয় গ্যাস বিন্যাস: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹

অরবিটাল চিত্রের ব্যাখ্যা

যোজ্যতা কক্ষের অরবিটালগুলি হল 5d এবং 6s।

• 4f উপশক্তিস্তরটি 14টি ইলেকট্রন দ্বারা সম্পূর্ণ পূর্ণ।
• 5d উপশক্তিস্তরটি 10টি ইলেকট্রন দ্বারা সম্পূর্ণ পূর্ণ।
• 6s উপশক্তিস্তরটিতে 1টি ইলেকট্রন রয়েছে।

       4f               5d               6s
  ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓   ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓   ↑

5d এবং 6s অরবিটালগুলির শক্তির নৈকট্য, আপেক্ষিক প্রভাবের সাথে মিলিত হয়ে, 5d ইলেকট্রনগুলিকে বন্ধন গঠনে জড়িত হতে সাহায্য করে, যার ফলে বিভিন্ন জারণ অবস্থা তৈরি হয়।

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজ্যতা

সোনার রাসায়নিক আচরণ তার 6s¹ ইলেকট্রন এবং উপলব্ধ 5d ইলেকট্রন দ্বারা নির্ধারিত হয়।

• যোজ্যতা ইলেকট্রন: 6s অরবিটালের সবচেয়ে বাইরের ইলেকট্রন (1টি ইলেকট্রন) এবং, নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, 5d উপশক্তিস্তরের ইলেকট্রন।
• সাধারণ জারণ অবস্থা:
  • +1 (অরাস অবস্থা): এটি সবচেয়ে স্থিতিশীল জারণ অবস্থা। এটি একক 6s ইলেকট্রন হারানোর ফলে ঘটে। ইলেকট্রন বিন্যাস [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ হয়।
  • +3 (অরিক অবস্থা): অনেক যৌগ এবং জটিল যৌগে এটি একটি সাধারণ ও স্থিতিশীল জারণ অবস্থা। এটি 6s¹ ইলেকট্রন এবং দুটি 5d ইলেকট্রন হারানোর ফলে ঘটে, যার ফলে 5d⁸ বিন্যাস তৈরি হয়। Au(III)-এর স্থিতিশীলতা আপেক্ষিক প্রভাব এবং জটিল যৌগে ক্রিস্টাল ফিল্ড স্থিতিশীলতা (crystal field stabilization) দ্বারা বৃদ্ধি পায়।
  • +2: বিরল, কিছু মিশ্র-যোজ্যতা যৌগ বা ক্ষণস্থায়ী প্রজাতিতে পাওয়া যায়।

বন্ধন আচরণ

সোনা তার মৌলিক রূপে ধাতব বন্ধন প্রদর্শন করে এবং সমযোজী ও সন্নিবেশ বন্ধনের মাধ্যমে বিভিন্ন যৌগ গঠন করে। এমনকি উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথেও আয়নিক চরিত্র সাধারণত নগণ্য হয়।

ধাতব বন্ধন

• মৌলিক সোনা (Au(s)): সোনা ধাতু সাধারণ ধাতব বন্ধন প্রদর্শন করে। স্থানচ্যুত 6s¹ ইলেকট্রন (এবং কিছু পরিমাণে 5d ইলেকট্রন) একটি “ইলেকট্রন সাগর” (electron sea) গঠন করে যা ধনাত্মক সোনার নিউক্লিয়াসগুলিকে একসাথে ধরে রাখে।
• বৈশিষ্ট্য: এটি এর উচ্চ বৈদ্যুতিক ও তাপ পরিবাহিতা, নমনীয়তা, প্রসারণশীলতা এবং বৈশিষ্ট্যপূর্ণ উজ্জ্বল হলুদ রঙের (আপেক্ষিক প্রভাব দ্বারা প্রভাবিত ইন্টারব্যান্ড ইলেকট্রনিক স্থানান্তরের কারণে) কারণ।

সমযোজী এবং সন্নিবেশ বন্ধন

সোনা প্রধানত সমযোজী মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে স্থিতিশীল যৌগ গঠন করে, যেখানে প্রায়শই উল্লেখযোগ্য সন্নিবেশ চরিত্র জড়িত থাকে, বিশেষ করে জটিল যৌগ গঠনের ক্ষেত্রে। সোনাকে একটি মৃদু অ্যাসিড (soft acid) হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং এটি মৃদু ক্ষারকগুলির (soft bases) সাথে শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করে (যেমন, সালফার, ফসফরাস, কার্বন বা হ্যালাইডযুক্ত লিগ্যান্ড)।

সোনা(I) যৌগ (অরাস)

• ইলেকট্রন বিন্যাস: 5d¹⁰ (সম্পূর্ণ পূর্ণ d-উপশক্তিস্তর)।
• সংকরায়ন ও জ্যামিতি: সাধারণত sp সংকরায়ন জড়িত রৈখিক জটিল যৌগ গঠন করে।
• উদাহরণ:
  • সোনা(I) ক্লোরাইড (AuCl): এতে Au⁺ এবং Cl⁻ থাকে, তবে উল্লেখযোগ্য সমযোজী চরিত্র বিদ্যমান। এর সন্নিবেশ পরিবেশে রৈখিক জ্যামিতি প্রদর্শন করে।
  • ডাইসায়ানোঅরেট(I) আয়ন, [Au(CN)₂]⁻: একটি সুপরিচিত স্থিতিশীল জটিল আয়ন। Au(I) কেন্দ্রটি দুটি সায়ানাইড লিগ্যান্ডের সাথে রৈখিকভাবে সন্নিবেশিত থাকে। কেন্দ্রীয় Au পরমাণু sp সংকরায়নে অংশ নেয়।

সোনা(III) যৌগ (অরিক)

• ইলেকট্রন বিন্যাস: 5d⁸।
• সংকরায়ন ও জ্যামিতি: প্রায়শই dsp² সংকরায়ন জড়িত বর্গাকার সমতলীয় জটিল যৌগ গঠন করে (একটি 5d, একটি 6s, দুটি 6p অরবিটাল)।
• উদাহরণ:
  • সোনা(III) ক্লোরাইড (AuCl₃): এটি একটি ডাইমার, Au₂Cl₆ হিসাবে বিদ্যমান থাকে, যেখানে ক্লোরিন পরমাণুগুলি সেতু হিসেবে কাজ করে। জলীয় দ্রবণে, এটি টেট্রাক্লোরোঅরেট(III) অ্যানায়ন গঠন করে।
  • টেট্রাক্লোরোঅরেট(III) আয়ন, [AuCl₄]⁻: একটি অত্যন্ত স্থিতিশীল এবং সাধারণ জটিল আয়ন। Au(III) কেন্দ্রটি বর্গাকার সমতলীয় হয়, চারটি ক্লোরাইড লিগ্যান্ডের সাথে সন্নিবেশিত থাকে এবং dsp² সংকরায়ন জড়িত থাকে।

আপেক্ষিক প্রভাব (Relativistic Effects)

এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে আপেক্ষিক প্রভাব সোনার রসায়নে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে:

• এগুলি 6s অরবিটালকে সংকুচিত করে এবং এর শক্তি হ্রাস করে, যা এটিকে আরও স্থিতিশীল করে তোলে এবং সোনার নিষ্ক্রিয়তা ও উচ্চ আয়নিকরণ শক্তিতে অবদান রাখে।
• এগুলি পরোক্ষভাবে 5d অরবিটালের শক্তিকে প্রভাবিত করে, যা Au(I) এবং Au(III) অবস্থার স্থিতিশীলতা এবং সোনার বৈশিষ্ট্যপূর্ণ রঙের কারণ হয়।