টপিক ১: পরমাণুর গঠন ও মৌলিক কণিকা
১.১. পরমাণুর মৌলিক ধারণা
- কেন্দ্র (নিউক্লিয়াস): প্রোটন ও নিউট্রন থাকে।
- কক্ষপথ: ইলেকট্রন থাকে।
- বন্ধন বল: যে বল ইলেকট্রনকে কেন্দ্রের সাথে যুক্ত রাখে, তা হলো তাড়িত চুম্বক বল।
- মূল কণিকার সংখ্যা: পরমাণুর মোট কণিকার সংখ্যা ২০০টি।
১.২. মূল কণিকার প্রকারভেদ
মূল কণিকা প্রধানত তিনটি ভাগে বিভক্ত:
- স্থায়ী মূল কণিকা (৩টি): এরা সকল মৌলের পরমাণুতে থাকে— ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন।
- প্রোটন হলো একটি মৌলের পরিচিতি নির্ধারক।
- অস্থায়ী মূল কণিকা (১০০টি): এরা সকল পরমাণুতে থাকে না, অতিথির মতো।
- গুরুত্বপূর্ণ অস্থায়ী কণিকাগুলোর মধ্যে রয়েছে: নিউট্রিনো, অ্যান্টি-নিউট্রিনো, পজিট্রন, মেসন (খুব গুরুত্বপূর্ণ), গ্রাভিটন, বোসন, মিউন, পাইন।
- মেসনের চার্জ : প্লাস, মাইনাস বা জিরো হতে পারে।
- কম্পোজিট কণিকা (২টি): ভারী কণিকা।
- আলফা কণা : দ্বি ধনাত্মক চার্জ বিশিষ্ট হিলিয়াম নিউক্লিয়াস (He(2+))।
- ডিউটেরন।
১.৩. কোয়ার্ক (Quark) ধারণা
- প্রোটন ও নিউট্রনকে ভাঙলে কোয়ার্ক পাওয়া যায়।
- মোট কোয়ার্ক সংখ্যা ৬টি।
- স্থায়ী কোয়ার্ক (২টি): আপ (Up) ও ডাউন (Down)।
- অস্থায়ী কোয়ার্ক (৪টি): স্ট্রং, চার্ম, টপ, বটম।
চার্জের মান:
- আপ কোয়ার্কের মান: +2/3 e
- ডাউন কোয়ার্কের মান: -1/3 e
প্রোটন ও নিউট্রনের চার্জের ব্যাখ্যা:
- প্রোটন গঠিত হয় ২টি আপ কোয়ার্ক ও ১টি ডাউন কোয়ার্ক দ্বারা (মোট চার্জ +1)।
- নিউট্রন গঠিত হয় ১টি আপ কোয়ার্ক ও ২টি ডাউন কোয়ার্ক দ্বারা (মোট চার্জ 0)।
টপিক ২: ইলেকট্রন, প্রোটন ও নিউট্রনের বৈশিষ্ট্য
| বৈশিষ্ট্য | ইলেকট্রন (e) | প্রোটন (p) | নিউট্রন (n) |
|---|---|---|---|
| আবিষ্কারক | থমসন (ক্যাথোড রশ্মি পরীক্ষায়) | রাদারফোর্ড (নিউক্লিয়াস আবিষ্কারের সম্মান হিসেবে) | চ্যাডউইক |
| প্রতীক | e | p | n |
| আপেক্ষিক ভর | 1/1837 (হাইড্রোজেনের ভরের) | ≈ 1 | ≈ 1 (প্রোটনের চেয়ে সামান্য বেশি) |
| প্রকৃত ভর (কেজি/গ্রাম) | 9.1 x 10^-28 g | 1.672 x 10^-24 g | 1.674 x 10^-24 g |
| আপেক্ষিক চার্জ | -1 | +1 | 0 |
| প্রকৃত চার্জ (কুলম্ব) | -1.6 x 10^-19 C | +1.6 x 10^-19 C | 0 |
অতিরিক্ত তথ্য:
- ইলেকট্রনের চার্জের অন্যান্য একক: EMU > Coulomb > ESU
- 1 EMU = 10 C
- 1 C = 3 x 10^9 ESU
- ইলেকট্রনের চার্জ রবার্ট মিলিকান তেলবিন্দু পরীক্ষার মাধ্যমে আবিষ্কার করেন।
- ক্যাথোড রশ্মি মানে হলো ইলেকট্রনের প্রবাহ।
টপিক ৩: পরমাণু মডেল
৩.১. পরমাণু মডেলের ক্রমবিকাশ
| মডেল | সাল ও ভিত্তি | মূল ধারণা | সীমাবদ্ধতা/ব্যতিক্রম |
|---|---|---|---|
| থমসন | ১৮৯৮। (প্লাম পুডিং/কিসমিস মডেল) | আকস্মিকভাবে ইলেকট্রন আবিষ্কার। | কম গ্রহণযোগ্যতা। |
| রাদারফোর্ড | ১৯১১। ভিত্তি: ম্যাক্সওয়েলের সাধারণ বলবিদ্যা। (সোলার সিস্টেম/নিউক্লিয়ার মডেল) | আলফা কণা বিক্ষেপণ পরীক্ষা দ্বারা নিউক্লিয়াস আবিষ্কার। অধিকাংশ স্থান ফাঁকা। | ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব মানে না (স্থায়িত্ব দিতে পারেনি)। বর্ণালীর ব্যাখ্যা দিতে পারেনি। শুধু ১টি ইলেকট্রনের জন্য প্রযোজ্য। |
| বোর | ১৯১৩। ভিত্তি: ম্যাক্স প্লাঙ্কের কোয়ান্টাম তত্ত্ব। (স্থায়ী মডেল) | স্থির কক্ষপথের ধারণা (শক্তি শোষণ/বিকিরণ করে না)। কৌণিক ভরবেগ (mvr = n * h / (2 * pi))। বর্ণালীর ব্যাখ্যা। | শুধুমাত্র হাইড্রোজেনের বর্ণালী ব্যাখ্যা করতে পারে। কক্ষপথ 2D বলা। হাইজেনবার্গের নীতি মানে না। জিমেন/স্টার্ক প্রভাব ব্যাখ্যা করতে পারে না। |
৩.২. বোরের পরমাণু মডেলের বিশেষ ধারণা
- স্থায়ী মডেল: বোর মডেল পরমাণু মডেলকে স্থায়িত্ব দান করে।
- প্রথম কক্ষপথের ব্যাসার্ধ: 0.53 Å
- রিডবার্গ ধ্রুবক: 109678
- পূর্ণ তরঙ্গ সৃষ্টি (ভার্সিটির জন্য): n-তম শক্তিস্তরে একটি পূর্ণ আবর্তন করতে n সংখ্যক পূর্ণ তরঙ্গ সৃষ্টি হবে (যেমন, তৃতীয় শক্তিস্তরে তিনটি তরঙ্গ)।
বোর মডেলের গাণিতিক সম্পর্ক:
- ব্যাসার্ধের সম্পর্ক: R_n = R_1 * n^2
- বেগের সম্পর্ক: V_n = V_1 / n
- শক্তির সম্পর্ক: E_n = E_1 / n^2
টপিক ৪: আধুনিক পরমাণু মডেল ও কোয়ান্টাম বলবিদ্যা
৪.১. ডি-ব্রগলি সমীকরণ (De Broglie Equation)
- ধারণা: ইলেকট্রনের কণা ধর্ম (ভরবেগ) এবং তরঙ্গ ধর্ম (তরঙ্গদৈর্ঘ্য) উভয়ই আছে।
- প্রতিষ্ঠা: আইনস্টাইনের (E = mc^2) এবং ম্যাক্স প্লাঙ্কের (E = h * nu) সমীকরণকে একত্রিত করে।
- সূত্র: lambda = h / mv
- সম্পর্ক: কণা ধর্ম (mv) তরঙ্গ ধর্মের (lambda) ব্যস্তানুপাতিক।
৪.২. হাইজেনবার্গের অনিশ্চয়তা নীতি (Heisenberg's Uncertainty Principle)
- নীতি: কোনো গতিশীল কণার অবস্থান (Delta-x) ও ভরবেগ (Delta-p) একই সাথে নির্ভুলভাবে নির্ণয় করা অসম্ভব।
- সূত্র: (Delta-x) * (Delta-p) >= h / (4 * pi)
- অবস্থান ও ভরবেগ পরস্পর ব্যস্তানুপাতিক।
- ব্যতিক্রম: বোরের পরমাণু মডেল এই নীতি মানে না।
৪.৩. সোডিঞ্জারের তরঙ্গ সমীকরণ (Schrödinger's Wave Equation)
- গুরুত্ব: কোয়ান্টাম বলবিদ্যা পরমাণু মডেলের পূর্ণতা লাভের মূল চাবিকাঠি।
- বৈশিষ্ট্য: এটি একটি ত্রিমাত্রিক সমীকরণ।
- আইজেন মান (E): শক্তিস্তর বা অরবিট বোঝায়।
- সাই (Psi): তেমন কোনো তাৎপর্য নেই।
- সাই স্কয়ার (Psi-squared): অরবিটাল বোঝায়।
- অরবিটাল: নিউক্লিয়াসের চারপাশে যেখানে ইলেকট্রন পাওয়ার সম্ভাবনা ৯০% থেকে ৯৫% (সবচেয়ে বেশি)।
টপিক ৫: পারমাণবিক বর্ণালী
৫.১. ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালী
শক্তির শোষণ ও বিকিরণের কারণে বর্ণালী তৈরি হয়।
- মহাজাগতিক রশ্মি: < 0.00005 nm
- গামা রশ্মি: < 0.01 nm
- রঞ্জন রশ্মি: 0.01 - 10 nm
- অতিবেগুনি রশ্মি (UV): 10 - 380 nm
- দৃশ্যমান আলো: 380 - 780 nm
- অবলোহিত রশ্মি (IR): 780 nm - 1 mm
- মাইক্রোওয়েভ: 1 mm - 1 m
- রেডিও তরঙ্গ: 1 mm - 10 km
গুরুত্বপূর্ণ সূত্র:
- v = f * λ (যেখানে v = আলোর বেগ, f = কম্পাঙ্ক, λ = তরঙ্গদৈর্ঘ্য)
- λ (তরঙ্গদৈর্ঘ্য) কম্পাঙ্কের (f) ব্যস্তানুপাতিক
৫.২. দৃশ্যমান আলোর বর্ণালী (বেনীআসহকলা)
- বে (বেগুনী): 380 nm
- নী (নীল): 424 nm
- আ (আসমানী): 450 nm
- স (সবুজ): 500 nm
- হ (হলুদ): 575 nm
- ক (কমলা): 590 nm
- লা (লাল): 647 - 780 nm
সাধারণ তথ্য: তরঙ্গদৈর্ঘ্য (λ) কম হলে বিচ্যুতি (deviation) বেশি হয়।
৫.৩. হাইড্রোজেন বর্ণালী সিরিজ (রেখা বর্ণালী)
| সিরিজ | মান (N1) | অঞ্চল | N2 (উৎস) |
|---|---|---|---|
| লাইমেন (Lyman) | ১ | অতিবেগুনি (UV) | 2, 3, 4... |
| বামার (Balmer) | ২ | দৃশ্যমান | 3, 4, 5... |
| প্যাশন (Paschen) | ৩ | অবলোহিত (IR) | 4, 5, 6... |
| ব্রাকেট (Brackett) | ৪ | অবলোহিত (IR) | 5, 6, 7... |
| ফুন্ড (Pfund) | ৫ | অবলোহিত (IR) | 6, 7, 8... |
| হামপ্রিস (Humphreys) | ৬ | অবলোহিত (IR) | 7, 8, 9... |
৫.৪. রিডবার্গ সূত্র ও গাণিতিক ট্রিকস
- রিডবার্গ সূত্র: তরঙ্গ সংখ্যা (nu-bar) = 1 / lambda = R_H * (1/N1^2 - 1/N2^2)
- N1: ইলেকট্রন যে শক্তিস্তরে আসে (গন্তব্য)।
- N2: ইলেকট্রন যেখান থেকে আসে (উৎস)।
N2 নির্ধারণের ট্রিকস (ভার্সিটির জন্য):
| পরিস্থিতি | N1 | N2 |
|---|---|---|
| সাধারণ স্থানান্তর | কোশ্চেনে যেখানে আসে (গন্তব্য) | কোশ্চেনে যেখান থেকে আসে (উৎস) |
| লাইন সংখ্যা (যেমন: বামার সিরিজের তৃতীয় লাইন) | বামার সিরিজ থেকে (N1=2) | N1 + লাইন সংখ্যা (যেমন: 2+3=5) |
| সর্বনিম্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য (lambda-min) বা সর্বোচ্চ শক্তি (E-max) | সিরিজের মান | অসীম |
| সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (lambda-max) বা সর্বনিম্ন শক্তি (E-min) | সিরিজের মান | N1 + 1 (যেমন: 2+1=3) |
টপিক ৬: গুণগত বিশ্লেষণ ও বর্ণালীমিতি
৬.১. বর্ণালীর প্রকারভেদ (বিশ্লেষণ)
- পারমাণবিক বর্ণালী: উদাহরণ: H2 (দ্বি-পরমাণুক), NaCl (শোষণ)
- আণবিক বর্ণালী: বিকিরণ বর্ণালী (আবর্তন, কম্পন, ইলেকট্রন)
- নিরবিচ্ছিন্ন বর্ণালী: শুদ্ধ বর্ণালী
৬.২. আণবিক বর্ণালী ও বিশ্লেষণ (NMR/MRI)
- NMR (Nuclear Magnetic Resonance): আণবিক বর্ণালীর অংশ।
- ESR (Electron Spin Resonance): আণবিক বর্ণালীর অংশ।
NMR এর মূলনীতি:
- NMR সক্রিয় নিউক্লিয়াস (যেমন: ¹H, ¹³C, ¹⁹F) একটি শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়।
- রেডিও তরঙ্গ প্রয়োগ করা হলে এই নিউক্লিয়াসগুলো শক্তি শোষণ করে এবং একটি নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে পুনরায় শক্তি বিকিরণ করে (Response)।
- এই বিকিরিত তরঙ্গ বিশ্লেষণ করে পদার্থের গঠন সম্পর্কে তথ্য পাওয়া যায়।
মানবদেহে প্রয়োগ (MRI):
- MRI (Magnetic Resonance Imaging) এই প্রোটনগুলোর চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে দেহের ভেতরের টিস্যু এবং অঙ্গপ্রত্যঙ্গের বিস্তারিত ছবি তৈরি করে।
- মানবদেহের 70% পানি (H2O) থাকে, যা প্রচুর পরিমাণে ¹H (প্রোটন) ধারণ করে।
৬.৩. শোষণ বর্ণালী (UV)
- UV শোষণ রেঞ্জ: 230 - 375 nm
- ফসফোর: যে পদার্থ আলো শোষণ করে পরে ধীরে ধীরে আলো বিকিরণ করে।
ঘনত্বের সাথে রঙের পরিবর্তন (ফসফোর):
- 5 ইউনিট ঘনত্ব: নীল
- 10 ইউনিট ঘনত্ব: লাল
- 20 ইউনিট ঘনত্ব: সবুজ
- 50 ইউনিট ঘনত্ব: হলুদ
- 100 ইউনিট ঘনত্ব: কমলা
৬.৪. শিখা পরীক্ষা (Flame Test)
ক্ষারীয় মূলক (Cation) শনাক্তকরণের পরীক্ষা।
- সোডিয়াম (Na): সোনালী (590 nm)
- বেরিয়াম (Ba): সবুজ (578 nm)
- কোবাল্ট (Co): লাল (616 nm)
- স্ট্রনসিয়াম (Sr): আসমানী, লাল
- হাইড্রোজেন (H): ৪টি রেখা (নীল-৩, লাল-১)
- বেরিলিয়াম (Be), ম্যাগনেসিয়াম (Mg): শিখা পরীক্ষায় বর্ণহীন।
৬.৫. লবণের মূলক শনাক্তকরণ (শুদ্ধ পরীক্ষা)
ক্ষারীয় মূলক (Cation) শনাক্তকরণের জন্য ব্যবহৃত অন্যান্য পরীক্ষা:
- কোবাল্ট নাইট্রেট পরীক্ষা
- পটাশ পরীক্ষা (অ্যামোনিয়াম মূলকের জন্য)
- বোরক্স গুটি পরীক্ষা (ট্রানজিশন মেটালের জন্য)
- চারকোল বিজারণ পরীক্ষা
- অম্লীয় পরীক্ষা
টপিক ৭: দ্রাব্যতা
৭.১. দ্রাব্যতা এবং দ্রাব্যতা গুণফল (Ksp)
- দ্রাব্যতা: একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় (যেমন: 25°C) 100 গ্রাম দ্রাবকে যত গ্রাম দ্রব দ্রবীভূত হয়ে সম্পৃক্ত দ্রবণ তৈরি করে, তাকে ওই দ্রবের দ্রাব্যতা বলে।
- প্রক্রিয়া: দ্রব + দ্রাবক ⇌ দ্রবণ (তাপমাত্রা দ্বারা প্রভাবিত)
- উদাহরণ: AgCl (সিলভার ক্লোরাইড) একটি স্বল্পদ্রাব্য লবণ।
৭.২. দ্রাব্যতা গুণফল (Ksp)
- কোনো স্বল্পদ্রাব্য লবণের সম্পৃক্ত দ্রবণে এর উপাদান আয়নগুলির ঘনমাত্রার গুণফলকে দ্রাব্যতা গুণফল বলে।
- Ksp = [Ag+] x [Cl-] (AgCl এর জন্য)
- এটি একটি ধ্রুবক মান যা শুধুমাত্র তাপমাত্রার উপর নির্ভরশীল।
৭.৩. আয়নিক গুণফল (ip)
- সম্পৃক্ত বা অসম্পৃক্ত যেকোনো দ্রবণে আয়নগুলির ঘনমাত্রার গুণফল।
- যদি ip > Ksp হয়: অধঃক্ষেপ পড়বে।
- যদি ip < Ksp হয়: আরও দ্রব দ্রবীভূত হবে।
- যদি ip = Ksp হয়: দ্রবণটি সম্পৃক্ত অবস্থায় আছে।