তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে Kw এর মান বৃদ্ধি পায় কেন? ব্যাখ্যা কর। (অনুধাবন)

উদ্দীপকে প্রদত্ত ইলেকট্রন বিন্যাসটি হলো \( (n-1)d^5 ns^2 \) এবং এখানে \( n = 4 \) । অতএব, মৌলটির ইলেকট্রন বিন্যাস হলো \( 3d^5 4s^2 \) । এই ইলেকট্রন বিন্যাসটি পর্যায় সারণীর ম্যাঙ্গানিজ (Mn) মৌলের নির্দেশক। ম্যাঙ্গানিজ একটি অবস্থান্তর মৌল এবং এর যৌগসমূহ রঙিন হওয়ার মূল কারণ হলো এদের d-অরবিটালে অযুগ্ম ইলেকট্রনের উপস্থিতি।

অবস্থান্তর ধাতুগুলির জটিল যৌগ বা আয়নিক যৌগগুলিতে, কেন্দ্রীয় ধাতব আয়নের d-অরবিটালগুলি লিগ্যান্ডের (ligand) প্রভাবে দুইটি ভিন্ন শক্তিস্তরে (যেমন: অষ্টতলকীয় (octahedral) ক্ষেত্রে t_2g এবং e_g) বিভক্ত হয়ে যায়। এই শক্তিস্তরগুলির মধ্যে শক্তির পার্থক্য দৃশ্যমান আলোর শক্তি পরিসরের মধ্যে থাকে। যখন দৃশ্যমান আলোর ফোটন এই যৌগগুলির উপর আপতিত হয়, তখন নিম্ন শক্তিস্তরের d-ইলেকট্রনগুলি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করে উচ্চ শক্তিস্তরের d-অরবিটালে স্থানান্তরিত হয়। এই ঘটনাকে d-d ট্রানজিশন বা d-d সংক্রমণ বলে।

ম্যাঙ্গানিজ মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাস \( [Ar] 3d^5 4s^2 \) । এর বিভিন্ন জারণ অবস্থায় (যেমন Mn²⁺, যেখানে ইলেকট্রন বিন্যাস \( 3d^5 \) ) d-অরবিটালে অযুগ্ম ইলেকট্রন বিদ্যমান থাকে। এই অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকার কারণে এবং লিগ্যান্ডের প্রভাবে d-অরবিটালগুলির শক্তিস্তর বিভাজন হওয়ায় ম্যাঙ্গানিজের যৌগগুলিতে d-d ট্রানজিশন ঘটে। ফলস্বরূপ, এরা দৃশ্যমান আলোর নির্দিষ্ট অংশ শোষণ করে এবং অবশিষ্ট অংশকে প্রতিফলিত বা সঞ্চারিত করে, যা আমাদের চোখে রঙিন দেখায়। উদাহরণস্বরূপ, Mn²⁺ এর যৌগসমূহ সাধারণত গোলাপী বর্ণের হয় কারণ তারা সবুজ আলো শোষণ করে।

উদ্দীপকে একটি ইলেকট্রন বিন্যাসের অরবিটাল চিত্র দেখানো হয়েছে, যেখানে (n-1)d⁵ এবং ns² অরবিটালের ইলেকট্রন বিন্যাস উপস্থাপন করা হয়েছে। এখানে n=4 হওয়ায় অরবিটালগুলো যথাক্রমে 3d⁵ এবং 4s²। ইলেকট্রন বিন্যাসের মৌলিক নিয়মাবলী হলো আউফবাউ নীতি (Aufbau Principle), হুন্ডের নীতি (Hund's Rule) এবং পাউলির বর্জন নীতি (Pauli Exclusion Principle)। উদ্দীপকে প্রদর্শিত বিন্যাসটি এই নীতিগুলো সম্পূর্ণরূপে অনুসরণ করেনি, বিশেষত হুন্ডের নীতির লঙ্ঘন সুস্পষ্ট।

প্রথমে, 4s² অরবিটালের বিন্যাসটি দেখা যাক। এটি একটি অরবিটালে দুটি ইলেকট্রন বিপরীত স্পিনে (↑↓) ধারণ করেছে, যা পাউলির বর্জন নীতিকে সঠিকভাবে মেনে চলে। পাউলির বর্জন নীতি অনুযায়ী, একটি অরবিটালে সর্বোচ্চ দুটি ইলেকট্রন থাকতে পারে এবং তাদের স্পিন বিপরীতমুখী হতে হবে। 4s² এর চিত্রটি এই শর্ত পূরণ করে। অন্যদিকে, 3d⁵ অরবিটালের বিন্যাসটি হুন্ডের নীতি অনুযায়ী সঠিক নয়। হুন্ডের নীতি অনুসারে, সমশক্তি সম্পন্ন অরবিটালগুলোতে (যেমন d অরবিটালের ৫টি উপ-অরবিটাল) ইলেকট্রন প্রথমে এককভাবে একই স্পিনে প্রবেশ করবে এবং এরপর ইলেকট্রন যুগলায়িত হবে।

উদ্দীপকের 3d⁵ বিন্যাসে দেখা যায়, প্রথম দুটি d-অরবিটালে ইলেকট্রন একই স্পিনে (↑↑) থাকলেও, তৃতীয় ও চতুর্থ অরবিটালে ইলেকট্রন বিপরীত স্পিনে (↓↓) প্রবেশ করেছে এবং পঞ্চম অরবিটালে আবার একক স্পিনে (↑) রয়েছে। হুন্ডের নীতি অনুযায়ী, 3d⁵ এর স্থিতিশীল ভূমি-অবস্থার সঠিক বিন্যাস হওয়া উচিত ছিল প্রতিটি d-অরবিটালে একটি করে ইলেকট্রন একই স্পিনে (যেমন, ↑ ↑ ↑ ↑ ↑) প্রবেশ করবে, যাতে মোট স্পিন সংখ্যা সর্বোচ্চ হয় এবং ইলেকট্রনগুলোর মধ্যে বিকর্ষণ সর্বনিম্ন হয়। এই নিয়ম না মানার কারণে উদ্দীপকের 3d⁵ বিন্যাসটি হুন্ডের নীতি লঙ্ঘন করেছে এবং এটি একটি উচ্চ শক্তি সম্পন্ন, অস্থিতিশীল বিন্যাস।

অতএব, উদ্দীপকে প্রদত্ত ইলেকট্রন বিন্যাসের ক্ষেত্রে, 4s² অরবিটালের বিন্যাস পাউলির বর্জন নীতি মেনে চললেও, 3d⁵ অরবিটালের বিন্যাসটি হুন্ডের নীতিকে সুস্পষ্টভাবে লঙ্ঘন করেছে। যদিও এখানে আউফবাউ নীতির কোনো প্রত্যক্ষ লঙ্ঘন নেই কারণ 4s অরবিটালটি পূর্ণ দেখানো হয়েছে, কিন্তু 3d অরবিটালের অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রন সজ্জা হুন্ডের নিয়ম অনুযায়ী হয়নি। এর ফলে, প্রদর্শিত সম্পূর্ণ ইলেকট্রন বিন্যাসটি স্থিতিশীল ভূমি-অবস্থার (ground state) বিন্যাস নয় এবং এটি ইলেকট্রন বিন্যাসের মৌলিক নিয়মাবলী সঠিকভাবে অনুসরণ করেনি।