দ্বিপরমাণুক অণু

দ্বিপারমাণবিক অণু () হল এমন অণু যা মাত্র দুটি পরমাণু নিয়ে গঠিত, যেগুলি হয় একই বা ভিন্ন রাসায়নিক মৌলের হতে পারে। যদি এই দুটি পরমাণু একই মৌলের হয়, যেমন হাইড্রোজেন () বা অক্সিজেন (), তবে একে সমপরমাণবিক বলা হয়। অন্যদিকে, যদি দুটি পরমাণু ভিন্ন মৌলের হয়, যেমন কার্বন মনোক্সাইড () বা নাইট্রিক অক্সাইড (), তবে একে বিসমপরমাণবিক বলা হয়। সমপরমাণবিক দ্বিপারমাণবিক অণুতে বন্ধনটি অমেরু হয়।
শুধুমাত্র কিছু নির্দিষ্ট রাসায়নিক মৌল মানক তাপমাত্রা ও চাপ (STP) বা ১ বার চাপ এবং ২৫ °সে তাপমাত্রায় স্থিতিশীল সমপরমাণবিক দ্বিপারমাণবিক অণু গঠন করে। এই গ্যাসীয় মৌলগুলি হল হাইড্রোজেন (), নাইট্রোজেন (), অক্সিজেন (), ফ্লুরিন (), এবং ক্লোরিন (); এবং তরল অবস্থায় ব্রোমিন ()।
নোবেল গ্যাসসমূহ—হিলিয়াম, নিয়ন, আর্গন, ক্রিপটন, জেনন, এবং রাডন—এগুলিও STP তে গ্যাসীয় অবস্থায় থাকে, তবে এরা একপরমাণু গ্যাস। সমপরমাণবিক দ্বিপারমাণবিক গ্যাস এবং নোবেল গ্যাস একত্রে "প্রাকৃতিক গ্যাস" বা "মৌলিক গ্যাস" নামে পরিচিত। এদেরকে অন্যান্য রাসায়নিক যৌগভিত্তিক গ্যাস থেকে পৃথক করতে এ নাম ব্যবহার করা হয়।
অল্প উত্তপ্ত অবস্থায় হ্যালোজেন মৌল ব্রোমিন () এবং আয়োডিন () দ্বিপারমাণবিক গ্যাসে রূপান্তরিত হয়। সমস্ত হ্যালোজেনের দ্বিপারমাণবিক রূপ লক্ষ্য করা হয়েছে, তবে অ্যাস্টাটিন ও টেনেসিন সম্পর্কে নিশ্চিতভাবে কিছু বলা যায় না।
আরও কিছু মৌল উত্তপ্ত অবস্থায় দ্বিপারমাণবিক অণু তৈরি করে, তবে ঠান্ডা হলে তারা পুনরায় পলিমার গঠন করে। গরম করলে (বা "ক্র্যাকিং"-এর মাধ্যমে) ফসফরাস থেকে ডাইফসফরাস () তৈরি হয়। গন্ধকের বাষ্পে প্রধানত ডাইসালফার () থাকে। ডাইলিথিয়াম () ও ডিসোডিয়াম () গ্যাসীয় অবস্থায় বিদ্যমান থাকতে পারে। ডাইটাংস্টেন () ও ডাইমলিবডেনাম () গ্যাসীয় অবস্থায় ষড়গুণ বন্ধনসহ দ্বিপারমাণবিক অণু তৈরি করে। ডাইরুবিডিয়াম ()-ও একটি দ্বিপারমাণবিক অণু।
সমস্ত অন্যান্য দ্বিপারমাণবিক অণুই হল দুটি ভিন্ন মৌলের সমন্বয়ে গঠিত রাসায়নিক যৌগ। অনেক মৌল নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপে একত্রে মিলিত হয়ে বিসমপরমাণবিক দ্বিপারমাণবিক অণু তৈরি করতে পারে।
এর উদাহরণ হিসেবে উল্লেখযোগ্য কিছু গ্যাস হল কার্বন মনোক্সাইড (CO), নাইট্রিক অক্সাইড (NO), এবং হাইড্রোজেন ক্লোরাইড (HCl)।
অনেক ১:১ অনুপাতের বাইনারি যৌগ সাধারণত দ্বিপারমাণবিক হিসেবে বিবেচিত হয় না, কারণ তারা ঘর তাপমাত্রায় পলিমারিক অবস্থায় থাকে। তবে বাষ্পীভবনের সময় তারা দ্বিপারমাণবিক অণুতে পরিণত হয়। উদাহরণস্বরূপ, গ্যাসীয় অবস্থায় MgO, SiO এবং আরও অনেক যৌগ দ্বিপারমাণবিক অণু গঠন করে।
শত শত দ্বিপারমাণবিক অণু সনাক্ত করা হয়েছে পৃথিবীর পরিবেশে, পরীক্ষাগারে এবং আন্তঃনাক্ষত্রিক মহাকাশে।
পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের প্রায় ৯৯% গঠিত দুটি দ্বিপারমাণবিক অণু দ্বারা—নাইট্রোজেন (৭৮%) এবং অক্সিজেন (২১%)।
হাইড্রোজেন (H) পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে মাত্র কয়েক পার্টস পার মিলিয়ন (ppm) মাত্রায় বিদ্যমান, তবে মহাবিশ্বে এটি সবচেয়ে প্রাচুর্যপূর্ণ দ্বিপারমাণবিক অণু। আন্তঃনাক্ষত্রিক মাধ্যমে প্রধানত হাইড্রোজেন পরমাণু বিদ্যমান থাকে।
দ্বিপারমাণবিক মৌলসমূহ ১৯শ শতকে মৌল, পরমাণু ও অণু-সংক্রান্ত ধারণাগুলোর বিকাশে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রেখেছিল, কারণ হাইড্রোজেন, অক্সিজেন ও নাইট্রোজেনের মতো কিছু প্রচলিত মৌল দ্বিপারমাণবিক অণু হিসেবে বিদ্যমান।
জন ড্যালটনের মূল পরমাণবিক তত্ত্বে ধারণা করা হয়েছিল যে সব মৌল একপরমাণুবিশিষ্ট এবং যৌগে পরমাণুগুলো সর্বনিম্ন সংখ্যার অনুপাতেই যুক্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, ড্যালটন জলের রসায়নিক সংকেত ধরেছিলেন HO, যার ফলে অক্সিজেনের পরমাণু ভর হাইড্রোজেনের তুলনায় আটগুণ বেশি ধরা হত, যা আধুনিক মান অনুযায়ী প্রায় ১৬ হওয়া উচিত। এর ফলে প্রায় অর্ধ শতাব্দী ধরে পরমাণু ভর ও অণুসূত্র নিয়ে বিভ্রান্তি বিদ্যমান ছিল।
১৮০৫ সালের মধ্যেই গে-লুসাক এবং ফন হুমবোল্ট প্রমাণ করেন যে জল দুই অংশ হাইড্রোজেন ও এক অংশ অক্সিজেন দিয়ে গঠিত। এবং ১৮১১ সালে আমেদেও আভোগাদ্রো আভোগাদ্রোর সূত্র এবং মৌলিক দ্বিপারমাণবিক অণুর ধারণার ভিত্তিতে জলের সঠিক গঠন ব্যাখ্যা করেন। তবে এই আবিষ্কারগুলি দীর্ঘ সময় অবজ্ঞাত ছিল, কারণ একটি প্রচলিত ধারণা ছিল যে একই মৌলের পরমাণুগুলোর মধ্যে কোনো রাসায়নিক আকর্ষণ থাকে না। এছাড়াও আভোগাদ্রোর সূত্রের কিছু ব্যতিক্রম তখনো ব্যাখ্যা করা যায়নি, যেগুলি পরে অণুর বিচ্ছিন্নতা দ্বারা বোঝানো হয়।
১৮৬০ সালে কার্লসরুয়ে সম্মেলনে কানিৎসারো আভোগাদ্রোর ধারণাগুলো পুনরুজ্জীবিত করেন এবং একটি সুসামঞ্জস্যপূর্ণ পরমাণু ভরের সারণি উপস্থাপন করেন, যা আধুনিক মানের সঙ্গে মূলত সঙ্গতিপূর্ণ। এই পরমাণু ভরসমূহ মেন্ডেলিয়েভ এবং লোথার মেয়ার কর্তৃক পর্যায় সারণির আবিষ্কারের জন্য গুরুত্বপূর্ণ ভিত্তি তৈরি করেছিল।
দ্বিপারমাণবিক অণুগুলি সাধারণত তাদের সর্বনিম্ন শক্তির বা ভূমি অবস্থায় থাকে, যাকে প্রচলিতভাবে formula_1 অবস্থা বলা হয়। যখন এই অণুগুলির গ্যাসে উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রন নিক্ষেপ করা হয়, তখন কিছু অণু উচ্চতর ইলেকট্রনিক অবস্থায় উত্তেজিত হতে পারে। এমনটি দেখা যায় প্রাকৃতিক অরোরা, উচ্চ-মহাকাশে পারমাণবিক বিস্ফোরণ, কিংবা রকেটে বহনকৃত ইলেকট্রন গান সংক্রান্ত পরীক্ষায়। এই উত্তেজনা আলো বা অন্যান্য তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ শোষণের মাধ্যমেও ঘটতে পারে।
এই উত্তেজিত অবস্থাগুলি স্থায়ী নয় এবং স্বাভাবিকভাবে অণুগুলি ভূমি অবস্থায় ফিরে আসে। উত্তেজনার পর খুব অল্প সময়ের মধ্যেই (সাধারণত এক সেকেন্ডের ভগ্নাংশ, অথবা আর্ধ-স্থিতিশীল হলে এক সেকেন্ডেরও বেশি সময়ে) এক বা একাধিক ধাপে উচ্চতর অবস্থা থেকে নিম্নতর অবস্থায় পরিবর্তন ঘটে এবং প্রতিটি পরিবর্তনের সাথে ফোটন নির্গত হয়। এই নির্গত বিকিরণকে ফ্লুরোসেন্স বলা হয়।
উত্তেজিত ইলেকট্রনিক অবস্থাসমূহকে প্রচলিতভাবে formula_2, formula_3, formula_4 ইত্যাদি অক্ষর দ্বারা চিহ্নিত করা হয় (তবে সবসময় এই নিয়ম অনুসরণ করা হয় না; কখনও কখনও ছোট হাতের অক্ষর বা ক্রমবহির্ভূত অক্ষর ব্যবহৃত হয়)।
উত্তেজনার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি অবশ্যই সংশ্লিষ্ট ইলেকট্রনিক অবস্থার শক্তির চেয়ে সমান বা বেশি হতে হবে।
কোয়ান্টাম তত্ত্ব অনুসারে, একটি দ্বিপারমাণবিক অণুর ইলেকট্রনিক অবস্থাকে একটি মোলিকুলার টার্ম সিম্বল দ্বারা প্রকাশ করা হয়:
formula_5
এখানে,
formula_7 এর মান হতে পারে ০, ১, ২ ইত্যাদি, যা প্রতীক formula_10, formula_11, formula_12 ইত্যাদি দ্বারা প্রকাশ করা হয়।
নীচের সারণিতে দ্বিপারমাণবিক নাইট্রোজেন (N) অণুর সাধারণ ইলেকট্রনিক অবস্থাগুলোর নাম এবং প্রতিটির সর্বনিম্ন স্পন্দন স্তরের (formula_13) শক্তি (cm এককে) দেখানো হয়েছে:
এই ফ্লুরোসেন্স নির্দিষ্ট অংশে ঘটে তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গের বর্ণালীতে, যাকে "নির্গমন ব্যান্ড" বলা হয়। প্রতিটি ব্যান্ড এক বা একাধিক উত্তেজিত অবস্থার নির্দিষ্ট স্পন্দন স্তর থেকে নিম্নতর অবস্থায় স্থানান্তরকে নির্দেশ করে। অনেক ক্ষেত্রে একাধিক স্পন্দন স্তর জড়িত থাকে।
উদাহরণস্বরূপ, N অণুর formula_2-formula_1 নির্গমন ব্যান্ড (যা Vegard–Kaplan ব্যান্ড নামেও পরিচিত) ০.১৪ থেকে ১.৪৫ মাইক্রোমিটার (μm) পরিসরে বর্ণালীতে দেখা যায়।
এই ব্যান্ডগুলি অনেক সময় কয়েক ন্যানোমিটার পর্যন্ত বিস্তৃত হতে পারে, কারণ প্রতিটি ব্যান্ডে অণুর ঘূর্ণন কোয়ান্টাম সংখ্যা formula_16-এর বিভিন্ন পরিবর্তন ঘটে। পরিবর্তনের ধরন অনুযায়ী এগুলিকে উপ-ব্যান্ড শাখায় ভাগ করা হয়:
এই ব্যান্ডগুলির বিস্তৃতি পরিমাপক যন্ত্রের বর্ণালী রেজোলিউশন দ্বারা আরও প্রভাবিত হয়, যা নির্ভর করে যন্ত্রটির পয়েন্ট স্প্রেড ফাংশন এর ওপর।
মোলিকুলার টার্ম সিম্বল দ্বিপারমাণবিক অণুর ইলেকট্রনিক কোয়ান্টাম অবস্থাসমূহের কৌণিক ভরবেগের একটি সংক্ষিপ্ত প্রকাশভঙ্গি। এই অবস্থাগুলো ইলেকট্রনিক মোলিকুলার হ্যামিল্টনিয়ান-এর ইজেনস্টেট হিসেবেও কাজ করে।
একটি দ্বিপারমাণবিক অণুকে দুটি বিন্দু-ভর সংযুক্ত একটি ভরহীন স্প্রিং হিসেবে কল্পনা করাও প্রচলিত ও সুবিধাজনক। এই মডেল অনুসারে, অণুর বিভিন্ন গতির সঙ্গে সংশ্লিষ্ট শক্তিগুলোকে তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়: স্থানান্তর (translational), আবর্তন (rotational), এবং স্পন্দন (vibrational) শক্তি।
দ্বিপারমাণবিক অণুর আবর্তন শক্তিস্তরগুলি বিশ্লেষণ করা যায় নিচের সূত্র ব্যবহার করে, এবং স্পন্দন শক্তিস্তরসমূহ বিশ্লেষণ করা যায় হারমোনিক দোলক ধারণা বা পরিমার্জিত কোয়ান্টাম স্পন্দনীয় পটেনশিয়াল মডেল ব্যবহার করে। এই পটেনশিয়াল মডেলগুলো স্পন্দনজনিত বিভিন্ন প্রভাব বিবেচনায় নিয়ে আরও নিখুঁত শক্তিস্তর প্রদান করে।
ঐতিহাসিকভাবে, দ্বিপারমাণবিক অণুর ওপর কোয়ান্টাম বলবিদ্যার প্রথম প্রয়োগ করেন লুসি মেনজিং ১৯২৬ সালে।
একটি অণুর স্থানান্তরজনিত গতিশক্তি প্রকাশ করা যায় নিম্নলিখিত সূত্রে:
formula_23
যেখানে,
ধ্রুপদী বলবিদ্যায়, একটি বস্তু আবর্তনের সময় এর গতিশক্তি হয়:
formula_26
যেখানে,
অণুর মতো ক্ষুদ্র ব্যবস্থার জন্য কৌণিক ভরবেগের মান কেবল নির্দিষ্ট, বিযুক্ত পরিমাণ হতে পারে:
formula_29
এখানে formula_30 একটি অ-ঋণাত্মক পূর্ণসংখ্যা, এবং formula_31 হচ্ছে কমানো প্ল্যাঙ্ক ধ্রুবক।
দ্বিপারমাণবিক অণুর জড়তার ভ্রামক হয়:
formula_32
যেখানে,
অতএব, উপরের মানগুলো বসিয়ে, আবর্তন শক্তিস্তর হয়:
formula_35
অণুর আরেক ধরনের গতি হলো—দুই পরমাণুর মধ্যবর্তী রেখা বরাবর তাদের দোলন বা স্পন্দন। এই স্পন্দন শক্তি আনুমানিকভাবে একটি কোয়ান্টাম হারমোনিক দোলক-এর মতো:
formula_36
এখানে,
একটি সাধারণ বর্ণালীক স্থানান্তর-এর ক্ষেত্রে, স্পন্দন শক্তিস্তরের মধ্যকার ব্যবধান প্রায় ১০০ গুণ বেশি হয় একটি আবর্তন শক্তিস্তরের মধ্যকার স্থানান্তরের তুলনায়।
দ্বিপারমাণবিক অণুর জন্য সুসংগত কোয়ান্টাম সংখ্যা (good quantum numbers) এবং আবর্তন শক্তিস্তরের উপযুক্ত অনুমান নির্ণয় করা যায় যখন অণুটিকে হুন্ডের প্রকারভেদ অনুসারে মডেল করা হয়।
দ্বিপারমাণবিক মৌলগুলোর তালিকা মনে রাখার জন্য বিভিন্ন মনে রাখার কৌশল বা নিদর্শন তৈরি হয়েছে। যেমন:
এই নিদর্শনগুলোর প্রতিটিই হাইড্রোজেন, নাইট্রোজেন, ফ্লুরিন, অক্সিজেন, আয়োডিন, ক্লোরিন, এবং ব্রোমিন—এই সাতটি মৌলকে বোঝায়, যেগুলি স্বাভাবিক অবস্থায় দ্বিপারমাণবিক অণু হিসেবে বিদ্যমান।
ইংরেজিভাষীদের জন্য আরেকটি জনপ্রিয় বাক্য হল:
"Never Have Fear of Ice Cold Beer"
এই বাক্যের প্রতিটি শব্দ একেকটি মৌলকে নির্দেশ করে: Nitrogen, Hydrogen, Fluorine, Oxygen, Iodine, Chlorine, Bromine।