হিলিয়াম (He): পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক পরামিতি পরিচিতি

পর্যায় সারণীতে হিলিয়াম (He) হলো দ্বিতীয় মৌল, যা গ্রুপ 18 (নোবেল গ্যাস) এ অবস্থিত। এর পারমাণবিক গঠন এর নিষ্ক্রিয় রাসায়নিক আচরণ বোঝার জন্য মৌলিক।

পারমাণবিক সংখ্যা (Z)

• সংজ্ঞা: একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা।
• হিলিয়াম (He): Z = 2। এর মানে হলো একটি নিরপেক্ষ হিলিয়াম পরমাণুতে 2টি প্রোটন আছে।

ভর সংখ্যা (A)

• সংজ্ঞা: একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াসে মোট প্রোটন এবং নিউট্রনের সংখ্যা।
• হিলিয়াম (He): সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ হলো হিলিয়াম-4 ($\text\{\}^\{4\}\text\{He\}$), যার ভর সংখ্যা 4।
  • অন্যান্য আইসোটোপও বিদ্যমান, যেমন হিলিয়াম-3 ($\text\{\}^\{3\}\text\{He\}$), যার ভর সংখ্যা 3।

উপপারমাণবিক কণা

সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ, হিলিয়াম-4 ($\text\{\}^\{4\}\text\{He\}$), এর একটি নিরপেক্ষ পরমাণুর জন্য:

• প্রোটন: 2টি (পারমাণবিক সংখ্যা Z এর সমান)
• ইলেকট্রন: 2টি (একটি নিরপেক্ষ পরমাণুতে প্রোটনের সংখ্যার সমান)
• নিউট্রন: 2টি (ভর সংখ্যা A - পারমাণবিক সংখ্যা Z = 4 - 2 = 2)

সাবশেল ইলেকট্রন বিন্যাস

একটি পরমাণুর সাবশেলগুলিতে ইলেকট্রনের বিন্যাস তার রাসায়নিক ধর্মাবলী পূর্বাভাস করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

s, p, d, f প্রতীকীকরণ

• আউফবাউ নীতি: ইলেকট্রন প্রথমে নিম্ন শক্তির অরবিটালগুলি পূরণ করে।
• পাওলির বর্জন নীতি: প্রতিটি অরবিটাল সর্বোচ্চ দুটি ইলেকট্রন ধারণ করতে পারে, যাদের স্পিন বিপরীতমুখী হবে।
• হুন্ডের সর্বোচ্চ বহুত্ব নীতি: সমশক্তির অরবিটালগুলির ক্ষেত্রে, ইলেকট্রন প্রথমে প্রতিটি অরবিটালকে এককভাবে পূরণ করে, তারপর তারা জোড়বদ্ধ হয়।
• হিলিয়াম (He): 2টি ইলেকট্রন সহ এর ইলেকট্রন বিন্যাস হলো:

  1s²
  

  এর অর্থ হলো উভয় ইলেকট্রন 1s পারমাণবিক অরবিটালে অবস্থান করে।

অরবিটাল ডায়াগ্রাম

অরবিটাল ডায়াগ্রাম ইলেকট্রন বিন্যাসকে দৃশ্যত উপস্থাপন করে, প্রতিটি অরবিটালে ইলেকট্রনগুলির স্পিন দেখায়।

• 1s অরবিটাল:

    ↑↓
   -----
    1s
  

  উভয় ইলেকট্রন 1s অরবিটালে বিপরীত স্পিন সহ জোড়বদ্ধ অবস্থায় থাকে।

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজ্যতা

যোজ্যতা ইলেকট্রন হলো সবচেয়ে বাইরের কক্ষপথের ইলেকট্রন, যা একটি মৌলের রাসায়নিক সক্রিয়তা নির্ধারণ করে।

যোজ্যতা ইলেকট্রন

• সংজ্ঞা: সবচেয়ে বাইরের প্রধান শক্তিস্তরের ইলেকট্রন।
• হিলিয়াম (He): সবচেয়ে বাইরের (এবং একমাত্র) প্রধান শক্তিস্তর হলো n=1। 1s অরবিটালে 2টি ইলেকট্রন রয়েছে।
  • যোজ্যতা ইলেকট্রনের সংখ্যা: 2
• গুরুত্ব: এই বিন্যাস (1s²) একটি সম্পূর্ণ ভরা প্রথম ইলেকট্রন শেলকে উপস্থাপন করে, যা একটি স্থিতিশীল ডুপ্লেটের অনুরূপ। এই বিন্যাসটি অত্যন্ত স্থিতিশীল, উচ্চতর পিরিয়ডগুলির জন্য অষ্টক নিয়মের (octet rule) মতো।

যোজ্যতা এবং জারণ অবস্থা

• যোজ্যতা: একটি মৌলের সংযুক্ত হওয়ার ক্ষমতা।
• জারণ অবস্থা: একটি পরমাণুর যে চার্জ থাকবে যদি তার সমস্ত বন্ধন আয়নিক হয়।
• হিলিয়াম (He):
  • এর ব্যতিক্রমী স্থিতিশীল 1s² ইলেকট্রন বিন্যাসের (একটি সম্পূর্ণ ডুপ্লেট) কারণে, হিলিয়ামের সাধারণ রাসায়নিক পরিস্থিতিতে ইলেকট্রন গ্রহণ, বর্জন বা ভাগাভাগি করার কোনো প্রবণতা নেই।
  • সাধারণ যোজ্যতা: 0
  • সাধারণ জারণ অবস্থা: 0
  • হিলিয়াম রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয়, যার অর্থ এটি সহজে রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে না।

বন্ধন আচরণ

হিলিয়াম একটি নোবেল গ্যাস, এবং এর বন্ধন আচরণ চরম নিষ্ক্রিয়তা দ্বারা চিহ্নিত।

রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তা

• স্থিতিশীল বিন্যাস: হিলিয়ামের একটি সম্পূর্ণ ভরা যোজ্যতা শেল (1s²) রয়েছে, যা এর প্রথম ইলেকট্রন শেলের জন্য সম্ভাব্য সবচেয়ে স্থিতিশীল ইলেকট্রন বিন্যাস। এই সম্পূর্ণ ডুপ্লেটটি শক্তিগতভাবে অত্যন্ত অনুকূল।
• উচ্চ আয়নাইজেশন শক্তি: হিলিয়াম থেকে একটি ইলেকট্রন সরাতে প্রচুর পরিমাণে শক্তির প্রয়োজন হয়, যা ক্যাটায়ন গঠনকে অত্যন্ত প্রতিকূল করে তোলে।
• নিম্ন ইলেকট্রন আসক্তি: হিলিয়ামের অতিরিক্ত ইলেকট্রন গ্রহণ করার কার্যত কোনো প্রবণতা নেই, যা অ্যানায়ন গঠনকে অত্যন্ত প্রতিকূল করে তোলে।
• জোড়বিহীন ইলেকট্রনের অভাব: কোনো জোড়বিহীন ইলেকট্রন না থাকায় এবং একটি সম্পূর্ণ যোজ্যতা শেল থাকায়, এর ইলেকট্রন ভাগাভাগির মাধ্যমে সমযোজী বন্ধন তৈরি করার কোনো প্রবণতা নেই।

বন্ধনের প্রকারভেদ

সাধারণ পরিস্থিতিতে হিলিয়াম সাধারণত নিম্নলিখিত ধরণের রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে না:

• আয়নিক বন্ধন: উল্লেখযোগ্য ইলেকট্রন স্থানান্তরের প্রয়োজন হয়, যা হিলিয়ামের জন্য শক্তিগতভাবে প্রতিকূল।
• সমযোজী বন্ধন: একটি স্থিতিশীল বিন্যাস অর্জনের জন্য ইলেকট্রন ভাগাভাগির প্রয়োজন হয়, যা হিলিয়ামের ইতিমধ্যেই রয়েছে। সমযোজী বন্ধন গঠনের সুবিধার জন্য সংকরায়নের জন্য কোনো ফাঁকা অরবিটাল উপলব্ধ নেই।
• সমন্বয়ী বন্ধন: একটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় দাতা বা একটি ইলেকট্রন গ্রহীতার প্রয়োজন হয়, হিলিয়াম কার্যকরভাবে এর কোনোটিই নয়।
• ধাতব বন্ধন: প্রযোজ্য নয় কারণ হিলিয়াম একটি অধাতু যার পারমাণবিক আন্তঃআণবিক শক্তি অত্যন্ত দুর্বল।

আন্তঃআণবিক শক্তি

• যদিও হিলিয়াম রাসায়নিক বন্ধন তৈরি করে না, তবে এর পরমাণুগুলি অত্যন্ত দুর্বল আন্তঃআণবিক শক্তি প্রদর্শন করে, বিশেষত লন্ডন ডিসপারশন ফোর্স (LDFs) বা তাৎক্ষণিক ডাইপোল-প্ররোচিত ডাইপোল শক্তি।
• এই দুর্বল শক্তিগুলি অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় (4.2 K বা -268.9 °C) হিলিয়ামের তরলীকরণের এবং তরল বা কঠিন হিসাবে এর অস্তিত্বের জন্য দায়ী।
• কোনো স্থিতিশীল যৌগ নেই: উচ্চ বিদ্যালয় এবং প্রতিযোগিতামূলক পরীক্ষার সমস্ত ব্যবহারিক উদ্দেশ্যের জন্য, হিলিয়ামকে রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং এটি স্থিতিশীল যৌগ তৈরি করে না। $\text\{HeH\}^+$ (হিলিয়াম হাইড্রাইড আয়ন) এর মতো ক্ষণস্থায়ী প্রজাতিগুলি চরম পরীক্ষাগার পরিস্থিতিতে (যেমন, ডিসচার্জ টিউবে) তৈরি হতে পারে, তবে এগুলিকে প্রচলিত অর্থে স্থিতিশীল রাসায়নিক যৌগ হিসাবে বিবেচনা করা হয় না এবং এগুলি সাধারণ রাসায়নিক বন্ধনের আওতার বাইরে।
• কোনো সংকরায়ন বা জ্যামিতি নেই: যেহেতু হিলিয়াম সমযোজী বন্ধন তৈরি করে না, তাই সংকরায়নের (যেমন sp, sp², sp³) বা আণবিক জ্যামিতির (যেমন রৈখিক, ত্রিভুজাকার সমতলীয়, চতুস্তলকীয়) ধারণাগুলি হিলিয়াম পরমাণু বা অনুমানমূলক হিলিয়াম যৌগগুলির জন্য প্রযোজ্য নয়।