হাইড্রোজেনের পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক পরামিতি পরিচিতি

হাইড্রোজেন (H) পর্যায় সারণীর প্রথম এবং সবচেয়ে হালকা মৌল। এর পারমাণবিক গঠন এর রাসায়নিক আচরণের জন্য মৌলিক।

পারমাণবিক সংখ্যা (Z)

হাইড্রোজেনের পারমাণবিক সংখ্যা 1, যার অর্থ প্রতিটি পরমাণুতে একটি প্রোটন থাকে।

প্রোটন, নিউট্রন এবং ইলেকট্রন

• প্রোটন: সমস্ত হাইড্রোজেন পরমাণুতে 1টি প্রোটন থাকে।
• ইলেকট্রন: একটি নিরপেক্ষ হাইড্রোজেন পরমাণুতে 1টি ইলেকট্রন থাকে, যা একক প্রোটনের চার্জকে ভারসাম্যপূর্ণ করে।
• নিউট্রন: হাইড্রোজেনের আইসোটোপ রয়েছে, যা তাদের নিউট্রনের সংখ্যায় ভিন্ন হয়।
  • প্রোটিয়াম ((^1_1H)): সবচেয়ে সাধারণ আইসোটোপ (প্রাকৃতিক প্রাচুর্য 99.98% এর বেশি) এতে 0 নিউট্রন থাকে।
  • ডিউটেরিয়াম ((^2_1H) বা (D)): এতে 1 নিউট্রন থাকে। প্রায়শই ‘ভারী হাইড্রোজেন’ হিসাবে উল্লেখ করা হয়।
  • ট্রিটিয়াম ((^3_1H) বা (T)): এতে 2 নিউট্রন থাকে। এটি একটি তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ যার অর্ধায়ু 12.32 বছর।

পারমাণবিক ভর

• প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত হাইড্রোজেনের গড় পারমাণবিক ভর প্রায় 1.008 u (পারমাণবিক ভর একক), যা এর আইসোটোপগুলির প্রাচুর্যকে প্রতিফলিত করে।
• নির্দিষ্ট আইসোটোপিক ভর:
  • প্রোটিয়াম: ~1.0078 u
  • ডিউটেরিয়াম: ~2.0141 u
  • ট্রিটিয়াম: ~3.0160 u

সাবশেল ইলেকট্রন বিন্যাস

ভূমি অবস্থা ইলেকট্রন বিন্যাস

একটি হাইড্রোজেন পরমাণুতে একক ইলেকট্রন সর্বনিম্ন শক্তি কক্ষপথ দখল করে।

• বিন্যাস: (1s^1)

অরবিটাল চিত্র

হাইড্রোজেনের অরবিটাল চিত্রটি 1s অরবিটালে একটি ইলেকট্রন দখল করে আছে তা দেখায়।

   1s
  [ ↑ ]

এই বিন্যাস নির্দেশ করে যে হাইড্রোজেনের বাইরের (এবং একমাত্র) শক্তিস্তরে, অর্থাৎ K-শেলে শুধুমাত্র একটি ইলেকট্রন রয়েছে।

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজ্যতা

যোজ্যতা ইলেকট্রন

হাইড্রোজেনের 1টি যোজ্যতা ইলেকট্রন রয়েছে ((1s) অরবিটালে)। এই একক যোজ্যতা ইলেকট্রন এর রাসায়নিক বিক্রিয়াশীলতা নির্ধারণ করে।

যোজ্যতা এবং জারণ অবস্থা

হাইড্রোজেন 1 যোজ্যতা প্রদর্শন করে এবং সাধারণত দুটি প্রধান জারণ অবস্থা দেখায়:

1. +1 জারণ অবস্থা:

   • এটি সবচেয়ে সাধারণ জারণ অবস্থা, যা হাইড্রোজেন যখন আরও বেশি তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির (যেমন, O, F, Cl, N, C-এর মতো অধাতু) সাথে বন্ধন তৈরি করে তখন ঘটে।
   • হাইড্রোজেন তার একক ইলেকট্রন হারিয়ে একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন, H(+) (একটি প্রোটন) গঠন করে। এর অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকার এবং উচ্চ চার্জ ঘনত্বের কারণে, H(+) দ্রবণে স্বাধীনভাবে বিদ্যমান থাকে না বরং ইলেকট্রন-সমৃদ্ধ প্রজাতির সাথে যুক্ত হয়, যেমন জলে হাইড্রোনিয়াম আয়ন (H(_3)O(+)) তৈরি করে।
   • উদাহরণ: H(_2)O, HCl, CH(_4), NH(_3)।

2. -1 জারণ অবস্থা:

   • এটি ঘটে যখন হাইড্রোজেন অত্যন্ত তড়িৎ ধনাত্মক মৌলগুলির সাথে বন্ধন তৈরি করে, প্রধানত গ্রুপ 1 (ক্ষার ধাতু) এবং গ্রুপ 2 (ক্ষারীয় মৃত্তিকা ধাতু) এর সাথে।
   • হাইড্রোজেন একটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে তার K-শেল পূর্ণ করে (হিলিয়ামের মতো একটি দ্বৈত বিন্যাস অর্জন করে), একটি ঋণাত্মক চার্জযুক্ত হাইড্রাইড আয়ন, H(-), তৈরি করে।
   • উদাহরণ: NaH (সোডিয়াম হাইড্রাইড), CaH(_2) (ক্যালসিয়াম হাইড্রাইড)। এগুলি সাধারণত আয়নিক হাইড্রাইড।

বন্ধন আচরণ

হাইড্রোজেনের সরল ইলেকট্রন বিন্যাস ((1s^1)) এটিকে স্থিতিশীল দ্বৈত বিন্যাস (হিলিয়ামের মতো, (1s^2)) অর্জনের জন্য বিভিন্ন ধরণের রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করতে সাহায্য করে।

1. সমযোজী বন্ধন

• প্রকৃতি: হাইড্রোজেনের জন্য সবচেয়ে প্রচলিত বন্ধন। হাইড্রোজেন তার একক ইলেকট্রন অন্য একটি পরমাণুর (বা অন্য একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর) সাথে ভাগ করে একটি ইলেকট্রনের অংশীদারী জোড় তৈরি করে।
• স্থিতিশীলতা: একটি স্থিতিশীল দ্বৈত বিন্যাস অর্জন করে।
• উদাহরণ:
  • দ্বিপরমাণুক হাইড্রোজেন (H(_2)): দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু তাদের ইলেকট্রন ভাগ করে একটি একক সমযোজী বন্ধন তৈরি করে। প্রতিটি H পরমাণু একটি দ্বৈত বিন্যাস অর্জন করে।
  • হাইড্রোজেন ক্লোরাইড (HCl): হাইড্রোজেন ক্লোরিনের সাথে একটি ইলেকট্রন ভাগ করে।
  • মিথেন (CH(_4)): কার্বন চারটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে চারটি একক সমযোজী বন্ধন তৈরি করে। এখানে, কার্বন (sp^3) সংকরিত, এবং H পরমাণুগুলি (sp^3) সংকর অরবিটালের সাথে উপরিপাতন করে। জ্যামিতি হলো টেট্রাহেড্রাল।
  • জল (H(_2)O): অক্সিজেন দুটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে দুটি একক সমযোজী বন্ধন তৈরি করে। অক্সিজেন (sp^3) সংকরিত, এবং H পরমাণুগুলি (sp^3) সংকর অরবিটালের দুটির সাথে উপরিপাতন করে। জ্যামিতি হলো বেন্ট।

2. আয়নিক বন্ধন

• প্রকৃতি: এটি ঘটে যখন হাইড্রোজেন একটি অত্যন্ত তড়িৎ ধনাত্মক ধাতু থেকে একটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে হাইড্রাইড আয়ন (H(-)) গঠন করে, অথবা তাত্ত্বিকভাবে, একটি অত্যন্ত তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলের কাছে একটি ইলেকট্রন হারিয়ে H(+) গঠন করে।
• হাইড্রাইড: আয়নিক হাইড্রাইডগুলি সাধারণত s-ব্লক মৌলগুলির সাথে গঠিত হয়। এগুলি লবণ-সদৃশ, কঠিন এবং গলিত অবস্থায় বিদ্যুৎ পরিবাহী।
  • উদাহরণ: সোডিয়াম হাইড্রাইড (NaH), ক্যালসিয়াম হাইড্রাইড (CaH(_2))। NaH-তে, Na হাইড্রোজেনকে একটি ইলেকট্রন দেয়, Na(+) এবং H(-)) গঠন করে।
• H(+) গঠন: যদিও H(+) (একটি প্রোটন) অ্যাসিডে গঠিত হয়, তবে এর অত্যন্ত ক্ষুদ্র আকার এবং উচ্চ চার্জ ঘনত্বের কারণে এটি স্বাধীনভাবে বিদ্যমান থাকে না। এটি অবিলম্বে একটি ইলেকট্রন জোড় দাতা (electron pair donor)-এর সাথে বন্ধন তৈরি করে।

3. সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন (Dative Bonding)

• প্রকৃতি: হাইড্রোজেন নিজে সাধারণত একটি ইলেকট্রন জোড় দাতা হিসাবে কাজ করে না। তবে, প্রোটন (H(+)) একটি ইলেকট্রন জোড় গ্রহীতা (লুইস অ্যাসিড) হিসাবে কাজ করতে পারে।
• উদাহরণ: হাইড্রোনিয়াম আয়ন (H(_3)O(+)) গঠন। জল (H(_2)O) একটি প্রোটন (H(+)) কে একটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় দান করে একটি সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন তৈরি করে।
  • H(+) + H(_2)O (\rightarrow) H(_3)O(+)

4. হাইড্রোজেন বন্ধন (আন্তঃআণবিক বল)

• প্রকৃতি: যদিও এটি একটি অণুর ভিতরে একটি প্রাথমিক রাসায়নিক বন্ধন নয়, তবে হাইড্রোজেন বন্ধন হাইড্রোজেন পরমাণু জড়িত একটি গুরুত্বপূর্ণ আন্তঃআণবিক বল। এটি এক ধরণের বিশেষ ডাইপোল-ডাইপোল মিথস্ক্রিয়া।
• শর্তাবলী: এটি ঘটে যখন হাইড্রোজেন একটি অত্যন্ত তড়িৎ ঋণাত্মক পরমাণু (F, O, বা N) এর সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকে। H পরমাণু একটি উল্লেখযোগ্য আংশিক ধনাত্মক চার্জ ((delta^+)) অর্জন করে এবং একটি সংলগ্ন অণুতে অন্য একটি তড়িৎ ঋণাত্মক পরমাণুর উপর থাকা একটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়ের প্রতি আকৃষ্ট হয়।
• প্রভাব: স্ফুটনাঙ্ক, গলনাঙ্ক এবং দ্রাব্যতা-এর মতো ভৌত বৈশিষ্ট্যগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।
• উদাহরণ: জল (H(_2)O), অ্যামোনিয়া (NH(_3)), হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড (HF)।

5. ধাতব বন্ধন (বিরল/চরম পরিস্থিতি)

• অত্যন্ত উচ্চ চাপে (যেমন, বৃহস্পতি গ্রহের মতো গ্যাসীয় দৈত্য গ্রহগুলির কেন্দ্রে), হাইড্রোজেন একটি ধাতব অবস্থায় বিদ্যমান বলে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়, যেখানে ইলেকট্রনগুলি প্রচলিত ধাতুর মতো বিকেন্দ্রীভূত থাকে। এটি সাধারণ পরীক্ষাগার পরিস্থিতিতে পরিলক্ষিত হয় না।

পর্যায় সারণীতে অনন্য অবস্থান

হাইড্রোজেনের দ্বৈত প্রকৃতি (গ্রুপ 1 এর মতো ইলেকট্রন হারাতে পারে, অথবা গ্রুপ 17 এর মতো ইলেকট্রন গ্রহণ করতে পারে) এর অবস্থানকে অনন্য করে তোলে। এটিকে প্রায়শই গ্রুপ 1 এর শীর্ষে রাখা হয় তবে এটি একটি অধাতু হিসাবে বিবেচিত হয়। এটি ক্যাটায়ন (H(+)) এবং অ্যানায়ন (H(-)) এবং প্রধানত সমযোজী যৌগ গঠন করে।