চ্যাপ্টার 04 রাসায়নিক বন্ধন ও আণুসূকৃত গঠন

“বৈজ্ঞানিকরা অবিরামে নতুন যৌগ আবিষ্কার করছে, তাদের সম্পর্কে সত্য ক্রমান্বয়ে সাজানো হচ্ছে, বিদ্যমান জ্ঞানের সাথে তা ব্যাখ্যা করার চেষ্টা করছে, পূর্ববর্তী দৃষ্টিভঙ্গি সংশোধন বা নতুন প্রকাশিত ঘটনার ব্যাখ্যার জন্য তত্ত্ব গড়ে তোলার জন্য সংগঠিত হচ্ছে।”

পদার্থ এক বা একাধিক ধরনের তত্ত্বের সমষ্টি দ্বারা গঠিত। সাধারণ অবস্থায় প্রাকৃতিক পরিবেশে কোনো অন্য তত্ত্ব স্বাধীন আটম আকারে বিরল অবস্থায় বিদ্যমান নয়, শুধুমাত্র নবীন গ্যাসগুলি ছাড়া। তবে এমন একটি আটমের গোষ্ঠী পাওয়া যায় যা একটি বৈশিষ্ট্যবশত একই ধরনের প্রকৃতির বৈশিষ্ট্য নিয়ে গঠিত হয়েছে। এই ধরনের একটি আটমের গোষ্ঠীকে আণু বলে উল্লেখ করা হয়। অবশ্যই এই গঠনকারী আটমগুলিকে আণুগুলির মধ্যে একত্রিত রাখার কোনো শক্তি থাকতে হবে। বিভিন্ন গঠনকারী (আটম, আইন, ইত্যাদি) বিভিন্ন রাসায়নিক পদার্থে একত্রিত হওয়ার আকর্ষণীয় শক্তিকে রাসায়নিক বন্ধন বলে উল্লেখ করা হয়। যেহেতু রাসায়নিক যৌগের গঠন বিভিন্ন ধরনের তত্ত্বের আটমগুলির বিভিন্ন পদ্ধতিতে যুক্ত হওয়ার ফলে ঘটে, তাই এতে অনেক প্রশ্ন উত্থাপিত হয়। কেন আটম যুক্ত হয়? কেন শুধুমাত্র কিছু নির্দিষ্ট যুক্তিগুলি সম্ভব? কেন কিছু আটম যুক্ত হয় অন্যদের মধ্যে যেমন কিছু নয়? কেন আণুগুলি নির্দিষ্ট আকৃতি ধারণ করে? এই ধরনের প্রশ্নগুলির উত্তর দেওয়ার জন্য সময়ের সাথে সাথে বিভিন্ন তত্ত্ব ও ধারণা উত্থাপিত হয়েছে। এগুলি হল কোসেল-লিউিসের পদ্ধতি, ভ্যালেন্স শেল ইলেক্ট্রন পেয়ের রিপুলশন (VSEPR) তত্ত্ব, ভ্যালেন্স বন্ধন (VB) তত্ত্ব এবং আণুসূকৃত ক্ষুদ্রকেন্দ্র (MO) তত্ত্ব। রাসায়নিক বন্ধনের প্রকৃতি এবং ভ্যালেন্সের বিভিন্ন তত্ত্বের বিকাশ তত্ত্বের বিকাশের সাথে তুলনামূলক সম্পর্ক রেখেছে আটমের গঠন, তত্ত্বের ইলেক্ট্রনিক কনফিগারেশন এবং পর্যবেক্ষণ তালিকার বোঝাপড়ার সাথে। প্রতিটি সিস্টেম স্থিরতার লক্ষ্যে তার শক্তি হ্রাস করার প্রকৃতির একটি উপায় হিসাবে বন্ধন গঠন করার চেষ্টা করে।

4.1 রাসায়নিক বন্ধনের জন্য কোসেল-লিউিসের পদ্ধতি

রাসায়নিক বন্ধনের গঠনকে ইলেক্ট্রনের সাথে যুক্ত করে ব্যাখ্যা করার জন্য অনেক চেষ্টা করা হয়েছে, কিন্তু শুধুমাত্র ১৯১৬ সালে কোসেল এবং লিউিস স্বাধীনভাবে সমস্ত বিষয়বস্তু সম্পর্কে সঠিক ব্যাখ্যা দিয়েছে। তারা প্রথম যে ব্যক্তি ছিলেন তা হল নবীন গ্যাসের নিরঙ্কুশতার উপর ভিত্তি করে ভ্যালেন্সের কিছু যৌক্তিক ব্যাখ্যা দেওয়া।

লিউিস আটমকে একটি ধনাত্মক চার্জ ধারণকারী ‘কার্নেল’ (নিউক্লিয়াস এবং অভ্যন্তরীণ ইলেক্ট্রনগুলির সমষ্টি) এবং বাহ্যিক শেল দ্বারা চিত্রায় তুলেছেন যা সর্বাধিক আটটি ইলেক্ট্রন ধারণ করতে পারে। তিনি আরও অনুমান করেছিলেন যে এই আটটি ইলেক্ট্রন একটি ঘনকক্ষের কোণার কোণায় অবস্থান করে যা ‘কার্নেল’ চারপাশে ঘোরায়। তাই সোডিয়ামের একক বাহ্যিক শেলের ইলেক্ট্রন ঘনকক্ষের একটি কোণায় অবস্থান করবে, অন্যদিকে নবীন গ্যাসের ক্ষেত্রে ঘনকক্ষের সব আটটি কোণা পরিপূরণ হবে। এই আটটি ইলেক্ট্রনের সমষ্টি, একটি বিশেষ স্থির ইলেক্ট্রনিক সজ্জা প্রতিফলিত করে। লিউিস অনুমান করেছিলেন যে আটম রাসায়নিক বন্ধনের মাধ্যমে স্থির আটটি ইলেক্ট্রন অর্জন করে। সোডিয়াম এবং ক্লোরিনের ক্ষেত্রে এটি ঘটতে পারে সোডিয়াম থেকে ক্লোরিনে একটি ইলেক্ট্রনের স্থানান্তরের মাধ্যমে যার ফলে $\mathrm{Na}^+$ এবং $\mathrm{Cl}^{-}$ আইন গঠিত হয়। অন্যান্য আণু যেমন $ \mathrm{Cl}_2, \mathrm{H}_2, \mathrm{~F}_2 $ ইত্যাদির ক্ষেত্রে বন্ধন আটমগুলির মধ্যে একটি ইলেক্ট্রন জোড়ার সম্পাদনের মাধ্যমে গঠিত হয়। এই প্রক্রিয়ায় প্রতিটি আটম ইলেক্ট্রনের স্থির বাহ্যিক আটটি সজ্জা অর্জন করে।

লিউিস প্রতীক: একটি আণু গঠনের সময়, শুধুমাত্র বাহ্যিক শেলের ইলেক্ট্রন রাসায়নিক যুক্তিতে অংশ নেয় এবং এগুলিকে ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রন বলা হয়। অভ্যন্তরীণ শেলের ইলেক্ট্রনগুলি ভালোভাবে সুরক্ষিত থাকে এবং সাধারণত যুক্তিগত প্রক্রিয়ায় অংশ নেয় না। গ.এন. লিউিস, এক আমেরিকি রাসায়নিকবিদ, একটি আটমের ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলি প্রতিফলনের জন্য সরল নোটেশন প্রবর্তন করেছেন। এই নোটেশনগুলিকে লিউিস প্রতীক বলা হয়। উদাহরণস্বরূপ, দ্বিতীয় পর্যায়ের তত্ত্বের লিউিস প্রতীকগুলি নিম্নরূপ:

লিউিস প্রতীকের গুরুত্ব: প্রতীকের চারপাশে থাকা বিন্দুর সংখ্যা ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনের সংখ্যা প্রতিফলিত করে। এই ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনের সংখ্যা তত্ত্বের সাধারণ বা গ্রুপ ভ্যালেন্স গণনায় সহায়তা করে। তত্ত্বের গ্রুপ ভ্যালেন্স সাধারণত লিউিস প্রতীকের বিন্দুসমূহের সংখ্যার সমান হয় বা বিন্দুসমূহ বা ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রন থেকে ৮ হয়।

কোসেল, রাসায়নিক বন্ধনের সম্পর্কে নিম্নলিখিত ঘটনাগুলি আকার্ষণ করেছিলেন:

পর্যবেক্ষণ তালিকার মধ্যে, উচ্চ ইলেক্ট্রোন-নেগাটিভ হ্যালোজেন এবং উচ্চ ইলেক্ট্রোন-পজিটিভ আলকাইল মেটালগুলি নবীন গ্যাসের সাথে বিচ্ছিন্ন থাকে;
একটি হ্যালোজেন আটম থেকে একটি নেগেটিভ আইন এবং একটি আলকাইল মেটাল আটম থেকে একটি পজিটিভ আইন গঠন সংশ্লিষ্ট আটমগুলির প্রতিটি আটমের জন্য ইলেক্ট্রনের লাভ এবং ক্ষতির সাথে যুক্ত থাকে;
এইভাবে গঠিত নেগেটিভ এবং পজিটিভ আইনগুলি স্থির নবীন গ্যাসের ইলেক্ট্রনিক কনফিগারেশন অর্জন করে। নবীন গ্যাসগুলি (হিলিয়াম ছাড়া যেটি ইলেক্ট্রনের একটি ডুপলেট ধারণ করে) একটি বিশেষ স্থির বাহ্যিক শেল কনফিগারেশন ধারণ করে যা আটটি (অক্টেট) ইলেক্ট্রন ধারণ করে, $n s^{2} n p^{6}$।
নেগেটিভ এবং পজিটিভ আইনগুলি ইলেক্ট্রস্ট্যাটিক আকর্ষণের মাধ্যমে স্থির হয়।

উদাহরণস্বরূপ, উপরের স্কিমে অনুসারে $\mathrm{NaCl}$ গঠন সোডিয়াম এবং ক্লোরিন থেকে ঘটতে পারে:


$\mathrm{Na}$	$\rightarrow$	$\mathrm{Na}^{+}+\mathrm{e}^{-}$
$[\mathrm{Ne}] 3 \mathrm{~s}^{1}$		$[\mathrm{Ne}]$
$\mathrm{Cl}+\mathrm{e}^{-}$	$\rightarrow$	$\mathrm{Cl}^{-}$
$[\mathrm{Ne}] 3 s^{2} 3 p^{5}$		$[\mathrm{Ne}] 3 s^{2} 3 p^{6}$ বা $[\mathrm{Ar}]$
$\mathrm{Na}^{+}+\mathrm{Cl}^{-}$	$\rightarrow$	$\mathrm{NaCl}$ বা $\mathrm{Na}^{+} \mathrm{Cl}^{-}$

একইভাবে $\mathrm{CaF}_{2}$ গঠন নিম্নরূপ দেখানো যায়:


$\mathrm{Ca}$	$\rightarrow$	$\mathrm{Ca}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-}$
$[\mathrm{Ar}] 4 s^{2}$		$[\mathrm{Ar}]$
$\mathrm{F}+\mathrm{e}^{-}$	$\rightarrow$	$\mathrm{F}^{-}$
$[\mathrm{He}] 2 s^{2} 2 p^{5}$		$[\mathrm{He}] 2 s^{2} 2 p^{6}$ বা $[\mathrm{Ne}]$
$\mathrm{Ca}^{2+}+2 \mathrm{~F}^{-}$	$\rightarrow$	$\mathrm{CaF}_2$ বা $\mathrm{Ca}^{2+}\left(\mathrm{F}^{-}\right)_2$

এইভাবে পজিটিভ এবং নেগেটিভ আইনের মধ্যে ইলেক্ট্রস্ট্যাটিক আকর্ষণের ফলে গঠিত বন্ধনকে ইলেক্ট্রোভ্যালেন্ট বন্ধন বলা হয়। ইলেক্ট্রোভ্যালেন্স তাহলে আইনের একক চার্জের সংখ্যার সমান হয়। তাই ক্যালসিয়ামের একটি দুই পজিটিভ ইলেক্ট্রোভ্যালেন্স এবং ক্লোরিনের একটি একক নেগেটিভ ইলেক্ট্রোভ্যালেন্স দেওয়া হয়।

কোসেলের অনুমানগুলি ইলেক্ট্রন স্থানান্তরের মাধ্যমে আইন গঠন এবং ইলেক্ট্রোনিক পরিষ্কার পরিচয়ের আধুনিক ধারণার ভিত্তি গড়ে তোলে। তার দৃষ্টিভঙ্গি ইলেক্ট্রোনিক পরিষ্কারের বোঝাপড়া এবং সিস্টেমেটাইজেশনে বড় মূল্য বহন করে। এই সময় তিনি সত্যি বুঝেছিলেন যে এই ধারণার মধ্যে একটি বড় সংখ্যক পরিষ্কার অনুপাত নয়।

4.1.1 অক্টেট বিধি

কোসেল এবং লিউিস ১৯১৬ সালে আটমের মধ্যে রাসায়নিক যুক্তিগত যুক্তিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ তত্ত্ব বিকাশ করেছেন যা রাসায়নিক বন্ধনের ইলেক্ট্রনিক তত্ত্ব বলে উল্লেখ করা হয়। এই তত্ত্ব অনুযায়ী, আটম একটি আটম থেকে অন্যটিতে ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলির স্থানান্তর (লাভ বা ক্ষতি) বা ভ্যালেন্স ইলেক্ট্রনগুলির সম