অক্সিজেন (O): পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক প্যারামিটার পরিচিতি

অক্সিজেন (O) পর্যায় সারণীর অষ্টম মৌল, যা গ্রুপ 16 (ক্যালকোজেন) এবং পর্যায় 2 এর অন্তর্গত। এটি একটি অত্যন্ত সক্রিয় অধাতু।

পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 8
- কেন্দ্রিনে 8টি প্রোটন নির্দেশ করে।
- একটি নিরপেক্ষ অক্সিজেন পরমাণুতে 8টি ইলেকট্রন নির্দেশ করে।
ভর সংখ্যা (A): 16 (সর্বাধিক প্রচলিত আইসোটোপ ¹⁶O এর জন্য)
- মোট 16টি নিউক্লিয়ন (প্রোটন + নিউট্রন) নির্দেশ করে।
- নিউট্রনের সংখ্যা = ভর সংখ্যা - পারমাণবিক সংখ্যা = 16 - 8 = 8টি নিউট্রন।
পারমাণবিক ভর: 15.999 u (প্রাকৃতিক আইসোটোপিক প্রাচুর্য বিবেচনা করে গড় পারমাণবিক ভর)।

সাবশেল ইলেকট্রন বিন্যাস

ইলেকট্রন বিন্যাস পারমাণবিক অরবিটালে ইলেকট্রনের বণ্টন বর্ণনা করে।

সম্পূর্ণ বিন্যাস: 1s² 2s² 2p⁴
নোবেল গ্যাস বিন্যাস: [He] 2s² 2p⁴

অরবিটাল চিত্রের ব্যাখ্যা

অরবিটাল চিত্রটি হানডের সর্বোচ্চ বহুত্ব নীতি এবং পাউলির বর্জন নীতি অনুসরণ করে তাদের নিজ নিজ সাবশেলে ইলেকট্রনের বিন্যাস ব্যাখ্যা করে।

1s অরবিটাল: 2টি ইলেকট্রন ধারণ করে (স্পিন-যুগ্ম)।
```
[↑↓]
 1s
```
2s অরবিটাল: 2টি ইলেকট্রন ধারণ করে (স্পিন-যুগ্ম)।
```
[↑↓]
 2s
```
2p অরবিটাল: 4টি ইলেকট্রন ধারণ করে। হানডের নীতি অনুসারে, ইলেকট্রনগুলি প্রথমে সমশক্তি সম্পন্ন অরবিটালে সমান্তরাল স্পিন সহ এককভাবে স্থান দখল করবে, তারপর জোড় বাঁধবে।
```
[↑↓] [↑ ] [↑ ]
 2px  2py  2pz
```
এই বিন্যাসটি 2p সাবশেলে দুটি বিজোড় ইলেকট্রন নির্দেশ করে, যা অক্সিজেনের প্যারাম্যাগনেটিক প্রকৃতি এবং দুটি সমযোজী বন্ধন গঠনের প্রবণতার কারণ।

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজ্যতা

যোজ্যতা কক্ষ: বাইরের কক্ষপথটি হল ২য় কক্ষপথ।
যোজ্যতা ইলেকট্রন: অক্সিজেনে 6টি যোজ্যতা ইলেকট্রন আছে (2টি 2s থেকে এবং 4টি 2p থেকে)।
প্রবণতা: একটি স্থিতিশীল অষ্টক বিন্যাস (যেমন নিয়ন, [He] 2s² 2p⁶) অর্জন করতে, অক্সিজেন সাধারণত 2টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে বা 2 জোড়া ইলেকট্রন ভাগ করে নেয়।
সাধারণ যোজ্যতা: 2
জারণ অবস্থা (Oxidation States):
- -2: সর্বাধিক প্রচলিত জারণ অবস্থা (যেমন, H₂O, MgO, CO₂)। এটি ঘটে যখন অক্সিজেন তার অষ্টক সম্পূর্ণ করতে দুটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে।
- -1: পারক্সাইডে (যেমন, H₂O₂, Na₂O₂), যেখানে অক্সিজেন পরমাণুগুলি একে অপরের সাথে যুক্ত থাকে।
- -½: সুপারঅক্সাইডে (যেমন, KO₂), যেখানে O₂⁻ মূলক উপস্থিত থাকে।
- 0: মৌলিক অক্সিজেনে (O₂)।
- +1, +2: শুধুমাত্র ফ্লোরিনের সাথে বন্ধন করলে দেখা যায়, যা অধিক তড়িৎ ঋণাত্মক (যেমন, O₂F₂, OF₂)।

বন্ধন আচরণ

অক্সিজেনের উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা (পাউলিং স্কেলে 3.44) এবং ক্ষুদ্র পারমাণবিক আকার এর বন্ধনকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।

সমযোজী বন্ধন

অক্সিজেন প্রধানত সমযোজী বন্ধন গঠন করে, স্থিতিশীল অষ্টক অর্জনের জন্য ইলেকট্রন ভাগ করে নেয়।

একক সমযোজী বন্ধন: অক্সিজেন দুটি একক সমযোজী বন্ধন গঠন করে যখন প্রতিটি বিজোড় ইলেকট্রন অন্য একটি পরমাণুর ইলেকট্রনের সাথে জোড় বাঁধে।
- উদাহরণ: জল (H₂O)
  - অক্সিজেন পরমাণু sp³ সংকরায়নে অংশ নেয়।
  - দুটি sp³ সংকর অরবিটাল হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে সিগমা বন্ধন তৈরি করে।
  - অবশিষ্ট দুটি sp³ সংকর অরবিটালে নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় থাকে।
  - আকৃতি: নিঃসঙ্গ জোড়-বন্ধন জোড় বিকর্ষণের কারণে বাঁকানো বা V-আকৃতির (বন্ধন কোণ ~104.5°)।
দ্বিবন্ধন (Double Covalent Bonds): অক্সিজেন দুটি জোড়া ইলেকট্রন ভাগ করে অন্য একটি পরমাণুর সাথে একটি দ্বিবন্ধন (একটি সিগমা এবং একটি পাই বন্ধন) তৈরি করতে পারে।
- উদাহরণ: কার্বন ডাই অক্সাইড (CO₂) O=C=O
  - কেন্দ্রীয় কার্বন sp সংকরায়িত।
  - প্রতিটি অক্সিজেন কার্বনের সাথে একটি দ্বিবন্ধন গঠন করে।
  - আকৃতি: রৈখিক।
- উদাহরণ: মৌলিক অক্সিজেন (O₂) O=O
  - দুটি অক্সিজেন পরমাণুকে একটি দ্বিবন্ধন সংযুক্ত করে। তবে, আণবিক অরবিটাল তত্ত্ব এর প্যারাম্যাগনেটিক প্রকৃতি (অ্যান্টিবন্ডিং π* অরবিটালে দুটি বিজোড় ইলেকট্রন) আরও ভালোভাবে ব্যাখ্যা করে।
ওজোন (O₃):
- আংশিক দ্বিবন্ধন চরিত্র সহ রেজোনেন্স কাঠামো জড়িত।
- কেন্দ্রীয় অক্সিজেন পরমাণু sp² সংকরায়িত।
- আকৃতি: বাঁকানো (বন্ধন কোণ ~116.8°)।

আয়নিক বন্ধন

অক্সিজেন অত্যন্ত তড়িৎ ধনাত্মক ধাতব মৌলগুলির (সাধারণত গ্রুপ 1 এবং গ্রুপ 2 ধাতু) সাথে আয়নিক বন্ধন গঠন করে, দুটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে অক্সাইড আয়ন (O²⁻) তৈরি করে।

O²⁻ এর গঠন:
- O (1s² 2s² 2p⁴) + 2e⁻ → O²⁻ (1s² 2s² 2p⁶) (নিয়নের সাথে আইসোইলেক্ট্রনিক)
উদাহরণ:
- সোডিয়াম অক্সাইড (Na₂O): প্রতিটি একটি O²⁻ আয়নের জন্য দুটি Na⁺ আয়ন।
- ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড (MgO): প্রতিটি একটি O²⁻ আয়নের জন্য একটি Mg²⁺ আয়ন।

সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন (ডেটিভ বন্ধন)

অক্সিজেন, তার দুটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় সহ, ইলেকট্রন জোড় দাতা হিসাবে কাজ করে সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন তৈরি করতে পারে।

উদাহরণ: হাইড্রোনিয়াম আয়ন (H₃O⁺)
- জলে (H₂O), একটি অক্সিজেন পরমাণু তার একটি নিঃসঙ্গ জোড় ব্যবহার করে একটি প্রোটনের (H⁺) সাথে একটি সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন তৈরি করে।
- H₃O⁺ এ অক্সিজেন পরমাণু sp³ সংকরায়িত, এবং আয়নটির আকৃতি ত্রিকোণীয় পিরামিডীয়।

হাইড্রোজেন বন্ধন

এর উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা এবং ক্ষুদ্র আকারের কারণে, O-H বন্ধনে জড়িত অক্সিজেন পরমাণুগুলি শক্তিশালী আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে।

উদাহরণ: জল (H₂O)
- প্রতিটি জলের অণু প্রতিবেশী জলের অণুগুলির সাথে চারটি পর্যন্ত হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে, যা জলের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলিতে অবদান রাখে (যেমন, উচ্চ স্ফুটনাঙ্ক, পৃষ্ঠটান)।

ধাতব বন্ধন

অক্সিজেন একটি অধাতু এবং ধাতব বন্ধন প্রদর্শন করে না। এর পরমাণুগুলি কঠিন বা তরল অবস্থায় দুর্বল আন্তঃআণবিক বল (ভ্যান ডার ওয়ালস বল) বা সমযোজী বন্ধন (যেমন O₂ বা O₃ তে) দ্বারা একত্রিত থাকে।