ফসফরাস (P) - পারমাণবিক গঠন এবং রাসায়নিক বন্ধন

পারমাণবিক পরামিতিগুলির পরিচিতি

ফসফরাস (P) পর্যায় সারণীর 15 নং গ্রুপ (নাইট্রোজেন পরিবার) এর একটি অধাতব মৌল। এর পারমাণবিক গঠন এর বিভিন্ন রাসায়নিক ধর্ম নির্ধারণ করে।

• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 15
  • নিউক্লিয়াসে প্রোটনের সংখ্যা নির্দেশ করে।
• ভর সংখ্যা (A): প্রায় 31 (সর্বাধিক প্রচলিত আইসোটোপ, $^\{31\}$P এর জন্য)
  • নিউক্লিয়াসে মোট প্রোটন এবং নিউট্রনের সংখ্যা নির্দেশ করে।
• প্রোটনের সংখ্যা: 15
• ইলেকট্রনের সংখ্যা: 15 (একটি নিরপেক্ষ ফসফরাস পরমাণুতে)
• নিউট্রনের সংখ্যা: 16 (ভর সংখ্যা - পারমাণবিক সংখ্যা = 31 - 15 = 16 হিসাবে গণনা করা হয় $^\{31\}$P এর জন্য)

সাবশেল ইলেকট্রন বিন্যাস

বিভিন্ন সাবশেলে ইলেকট্রনের বিন্যাস ফসফরাসের রাসায়নিক বিক্রিয়াশীলতা নির্ধারণ করে।

সম্পূর্ণ ইলেকট্রন বিন্যাস

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

সংক্ষিপ্ত ইলেকট্রন বিন্যাস

[Ne] 3s² 3p³

অরবিটাল চিত্র

    1s      2s          2p          3s          3p
  (↑↓)    (↑↓)    (↑↓)(↑↓)(↑↓)    (↑↓)    (↑ )(↑ )(↑ )

• ব্যাখ্যা:
  • প্রথম দুটি শেল (1s, 2s, 2p) সম্পূর্ণরূপে পূর্ণ থাকে, যা নিওন ([Ne]) এর অনুরূপ একটি স্থিতিশীল কোর ইলেকট্রন বিন্যাস তৈরি করে।
  • তৃতীয় শেলে 5টি ইলেকট্রন থাকে: দুটি 3s অরবিটালে এবং তিনটি 3p অরবিটালে, যা হুন্ডের সর্বোচ্চ বহুত্ববাদ সূত্র (Hund’s Rule of Maximum Multiplicity) অনুসারে অর্ধপূর্ণ অবস্থায় থাকে।
  • ফাঁকা 3d অরবিটালগুলির উপস্থিতি (যদিও উচ্চতর শক্তি স্তরে) অষ্টক সম্প্রসারণের সুযোগ দেয়।

যোজ্যতা ইলেকট্রন এবং যোজনী

যোজ্যতা ইলেকট্রনগুলি হল বাইরের শেল (ফসফরাসের জন্য n=3) এ থাকা ইলেকট্রন এবং এগুলি মূলত রাসায়নিক বন্ধনে জড়িত থাকে।

• যোজ্যতা ইলেকট্রনের সংখ্যা: 5 (3s² 3p³)
• সাধারণ জারণ অবস্থা:
  • -3: তিনটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে অষ্টক পূর্ণ করার মাধ্যমে অর্জিত হয় (যেমন, ফসফাইড যেমন Na₃P, Mg₃P₂ এবং ফসফিনের, PH₃ ক্ষেত্রে)।
  • +3: এর তিনটি 3p ইলেকট্রন ভাগ করে নেওয়ার মাধ্যমে অর্জিত হয় (যেমন, PCl₃, PBr₃ এর ক্ষেত্রে)। এই অবস্থায়, ফসফরাস 3s অরবিটালে একটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় ধরে রাখে।
  • +5: বন্ধনে এর পাঁচটি যোজ্যতা ইলেকট্রন (একটি 3s এবং তিনটি 3p ইলেকট্রন) জড়িত করার মাধ্যমে অর্জিত হয়। এটি সাধারণত একটি 3s ইলেকট্রনকে একটি খালি 3d অরবিটালে উন্নীত করার সাথে জড়িত, যা অষ্টক সম্প্রসারণ সক্ষম করে (যেমন, PCl₅, POCl₃, H₃PO₄, PO₄³⁻ এর ক্ষেত্রে)।
• যোজনী:
  • 3 এর যোজনী প্রদর্শন করতে পারে (যেমন, PH₃, PCl₃)।
  • 5 এর যোজনী প্রদর্শন করতে পারে (যেমন, PCl₅, H₃PO₄)।

বন্ধন আচরণ

ফসফরাস মূলত সমযোজী বন্ধন গঠন করে এর তুলনামূলকভাবে উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা (পাউলিং স্কেলে 2.19) এবং ইলেকট্রন ভাগ করে নেওয়ার মাধ্যমে একটি স্থিতিশীল অষ্টক অর্জনের প্রবণতার কারণে। এটি অত্যন্ত তড়িৎ-ধনাত্মক ধাতুগুলির সাথে আয়নিক বন্ধনও গঠন করতে পারে। এর যোজ্যতা কক্ষে ফাঁকা 3d অরবিটালগুলির উপস্থিতি অষ্টক সম্প্রসারণ এবং বিভিন্ন সংকরায়ন অবস্থা সম্ভব করে তোলে।

বন্ধনের প্রকারভেদ

1. সমযোজী বন্ধন: সর্বাধিক সাধারণ। ফসফরাস অন্যান্য অধাতুর সাথে ইলেকট্রন ভাগ করে নেয়।
2. আয়নিক বন্ধন: অত্যন্ত তড়িৎ-ধনাত্মক ধাতুগুলির সাথে গঠিত হয়, যেখানে ফসফরাস ইলেকট্রন গ্রহণ করে P³⁻ আয়ন তৈরি করে (যেমন, ধাতব ফসফাইড যেমন Na₃P এর ক্ষেত্রে)।
3. সমন্বয়ী বন্ধন: ফসফরাস তার নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় ব্যবহার করে একটি লুইস ক্ষার (ইলেকট্রন জোড় দাতা) হিসাবে কাজ করতে পারে (যেমন, ফসফিন R₃P ধাতব আয়নগুলির সাথে জটিল যৌগ গঠন করে)। P=O বন্ধনের মতো যৌগগুলিতে, প্রাথমিক গঠনকে একটি সমন্বয়ী বন্ধন হিসাবে যুক্তিসঙ্গত করা যেতে পারে, যা পরবর্তীতে রেজোন্যান্সের কারণে প্রায়শই একটি দ্বিবন্ধন হিসাবে উপস্থাপিত হয়।

গুরুত্বপূর্ণ যৌগগুলির সংকরায়ন এবং জ্যামিতি

যৌগ	P এর সংকরায়ন	P এর চারপাশে জ্যামিতি	বন্ধনের প্রকার/প্রকৃতি
P₄ (সাদা P)	sp³	চতুস্তলকীয়	অত্যন্ত টানযুক্ত P-P সমযোজী বন্ধন (60° বন্ধন কোণ)। রূপভেদ।
PH₃ (ফসফিন)	sp³	পিরামিডীয়	3টি P-H সমযোজী বন্ধন, 1টি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়।
PCl₃	sp³	পিরামিডীয়	3টি P-Cl সমযোজী বন্ধন, 1টি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়।
PCl₅ (গ্যাসীয়)	sp³d	ত্রিভুজাকার দ্বি-পিরামিডীয়	5টি P-Cl সমযোজী বন্ধন। অক্ষীয় বন্ধনগুলি বিষুবীয় বন্ধনগুলির চেয়ে দীর্ঘ হয়।
PCl₅ (কঠিন)	প্রযোজ্য নয়	[PCl₄]⁺ (চতুস্তলকীয়), [PCl₆]⁻ (অষ্টতলকীয়)	একটি আয়নিক কঠিন হিসাবে বিদ্যমান: [PCl₄]⁺[PCl₆]⁻।
POCl₃	sp³	চতুস্তলকীয়	3টি P-Cl, 1টি P=O সমযোজী বন্ধন।
H₃PO₄	sp³	চতুস্তলকীয়	3টি P-OH, 1টি P=O সমযোজী বন্ধন।
PO₄³⁻ (ফসফেট আয়ন)	sp³	চতুস্তলকীয়	রেজোনেটিং P-O বন্ধন (একটি P=O, তিনটি P-O⁻)।
P₄O₆ (ফসফরাস ট্রাইঅক্সাইড)	sp³	চতুস্তলকীয় (প্রতিটি P)	P-O-P সেতু সহ খাঁচার মতো গঠন।
P₄O₁₀ (ফসফরাস পেন্টক্সাইড)	sp³	চতুস্তলকীয় (প্রতিটি P)	P-O-P সেতু এবং টার্মিনাল P=O বন্ধন সহ খাঁচার মতো গঠন।

মূল বিষয়গুলি:

• ফসফরাসের তার ফাঁকা 3d অরবিটালগুলিকে বন্ধনে ব্যবহার করার ক্ষমতা অষ্টক সম্প্রসারিত যৌগ (যেমন, PCl₅, H₃PO₄) গঠনের জন্য এবং উচ্চতর জারণ অবস্থা অর্জনের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
• ফসফরাস তার মৌলিক রূপগুলিতে (যেমন সাদা, লাল এবং কালো ফসফরাস) এবং কিছু যৌগে ক্যাটেনেশন (P-P বন্ধন) প্রদর্শন করে।