কোর ইলেকট্রন

কোর ইলেকট্রন বা মূল ইলেকট্রন হলো পরমাণুর সেই ইলেকট্রনগুলি যা সক্রিয় ইলেকট্রনের অন্তর্ভুক্ত নয় এবং সরাসরি রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করে না। পরমাণুর নিউক্লিয়াস এবং মূল ইলেকট্রন একত্রে গঠন করে পরমাণুর মূল অংশ। এই মূল ইলেকট্রনগুলি নিউক্লিয়াসের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ থাকে। তাই সক্রিয় ইলেকট্রনের মতো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় এরা সরাসরি অংশ নেয় না। বরং এরা সক্রিয় ইলেকট্রনের ওপর নিউক্লিয়াসের ইতিবাচক আধানের প্রভাব কমিয়ে দেয়, অর্থাৎ 'স্ক্রিনিং' প্রভাব সৃষ্টি করে।

পর্যায় সারণির ভিত্তিতে একটি মৌলিক উপাদানের সক্রিয় ইলেকট্রনের সংখ্যা নির্ধারণ করা যায় (দেখুন সক্রিয় ইলেকট্রন):

 প্রধান গ্রুপের মৌলগুলিতে, সক্রিয় ইলেকট্রনের সংখ্যা ১ থেকে ৮ পর্যন্ত হয়ে থাকে (ns এবং np কক্ষপথে)।
 স্থানান্তর ধাতুতে, এ সংখ্যা ৩ থেকে ১২ পর্যন্ত (ns এবং (n−1)d কক্ষপথে)।
 ল্যান্থানাইড এবং অ্যাক্টিনাইড উপাদানে, সক্রিয় ইলেকট্রনের সংখ্যা ৩ থেকে ১৬ পর্যন্ত (ns, (n−2)f এবং (n−1)d কক্ষপথে)।

সক্রিয় ইলেকট্রন ব্যতীত বাকি সব ইলেকট্রনই পরমাণুর মূল ইলেকট্রন হিসেবে গণ্য হয়।

কক্ষপথ তত্ত্ব
মূল ও সক্রিয় ইলেকট্রনের মধ্যে পার্থক্য পরমাণু কক্ষপথ তত্ত্বের মাধ্যমে আরও বিশদভাবে বোঝানো যায়।

একটি ইলেকট্রনবিশিষ্ট পরমাণুতে কক্ষপথের শক্তি নির্ধারিত হয় কেবলমাত্র প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা n দ্বারা। n = 1 কক্ষপথে পরমাণুর সর্বনিম্ন শক্তি থাকে। বৃহত্তর n হলে কক্ষপথের শক্তি এতটাই বেড়ে যায় যে ইলেকট্রন সহজেই পরমাণু থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে যেতে পারে। এক ইলেকট্রনবিশিষ্ট পরমাণুতে একক n-এর সব কক্ষপথ সমান শক্তিসম্পন্ন (অর্থাৎ ডিজেনারেট) হয়।

কিন্তু একাধিক ইলেকট্রনবিশিষ্ট পরমাণুতে, একটি ইলেকট্রনের শক্তি নির্ভর করে কেবল তার কক্ষপথ নয়, বরং অন্যান্য ইলেকট্রনের সাথেও তার পারস্পরিক ক্রিয়ার ওপর। এক্ষেত্রে কোণীয় কোয়ান্টাম সংখ্যা ℓ-এর প্রভাবও বিবেচনায় রাখতে হয়। ℓ যত বড়, কক্ষপথের শক্তিও তত বেশি হয়। যেমন, 2p কক্ষপথের শক্তি 2s এর চেয়ে বেশি। যখন ℓ = 2, তখন কক্ষপথের শক্তি এত বেড়ে যায় যে তা পরবর্তী শক্তিস্তরের s কক্ষপথের শক্তির চেয়েও বেশি হয়ে যায়। আর ℓ = 3 হলে শক্তি এতটাই বেড়ে যায় যে তা দুই স্তর উপরের s কক্ষপথের শক্তির কাছাকাছি পৌঁছে যায়। এই কারণে 3d কক্ষপথ পূরণের আগে 4s পূর্ণ হয়।

বড় পরমাণুতে, কোণীয় গতি (angular momentum) বেশি এমন কক্ষপথের শক্তি বৃদ্ধির পেছনে ইলেকট্রন-ইলেকট্রনের পারস্পরিক প্রতিক্রিয়াই মূল কারণ। কম ℓ মূলক কক্ষপথগুলির নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি পৌঁছার সক্ষমতা বেশি, ফলে তারা অন্যান্য ইলেকট্রনের স্ক্রিনিংয়ের প্রভাব কম অনুভব করে। তাই উচ্চ পারমাণবিক সংখ্যার পরমাণুতে ℓ-এর মান শক্তি নির্ধারণে বেশি প্রভাব ফেলে এবং n-এর প্রভাব অপেক্ষাকৃত কমে যায়। প্রথম ৩৫টি উপ-কক্ষপথের (যেমন 1s, 2s, 2p, 3s ইত্যাদি) শক্তি অনুক্রম একটি ছকে দেখানো হয়েছে [ছবিতে দেখানো হয়েছে]।

পরমাণু মূল
পরমাণুর মূল বলতে বোঝানো হয় সেই কেন্দ্রীয় অংশকে, যেটি সক্রিয় ইলেকট্রন ব্যতীত বাকি অংশ নিয়ে গঠিত। এতে একটি ধনাত্মক তড়িৎ আধান থাকে, যাকে মূল আধান বা কার্যকর নিউক্লিয়ার চার্জ বলা হয়। এটি আসলে পরমাণুর মূলের দ্বারা সক্রিয় ইলেকট্রনদের উপর প্রয়োগকৃত আকর্ষণ শক্তি। মূল আধান হিসাব করা হয় পরমাণুর প্রোটনের সংখ্যা থেকে মূল ইলেকট্রনের সংখ্যা বাদ দিয়ে। এটি সবসময় ধনাত্মক মান হয়ে থাকে।

পরমাণুর মোট ভরের প্রায় পুরো অংশই মূল অংশে থাকে। এই মূল অংশটিকে গোলাকার ধরে নেওয়া যায়। মূলের ব্যাসার্ধ পরমাণুর ব্যাসার্ধের তুলনায় অন্তত তিন গুণ ছোট হয়। ভারী মৌলগুলিতে ইলেকট্রনের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে মূলের ব্যাসার্ধও সামান্য বাড়ে। উদাহরণস্বরূপ, প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া সবচেয়ে ভারী মৌল ইউরেনিয়ামের মূলের ব্যাসার্ধ লিথিয়াম পরমাণুর সমান, যদিও লিথিয়ামে মাত্র তিনটি ইলেকট্রন রয়েছে।

রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় মূল ইলেকট্রন আলাদা করা যায় না। যেমন, শিখা বা UV রশ্মি দিয়ে আয়নিত করলেও মূল অংশ সাধারণত অপরিবর্তিত থাকে।

মূল আধান দ্বারা পর্যায় সারণির বিভিন্ন প্রবণতা ব্যাখ্যা করা যায়। একসারি ডানে যাওয়ার সাথে সাথে মূল আধান বাড়ে, ফলে বাইরের ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের দিকে বেশি আকৃষ্ট হয় এবং পরমাণু ব্যাসার্ধ কমে যায়। এটি অন্যান্য পর্যায় প্রবণতা যেমন প্রথম আয়নায়ন শক্তি, তড়িৎ ঋণাত্মকতা, ও জারণ ক্ষমতা বোঝাতে সহায়তা করে।

মূল আধান হিসাব: 'পারমাণবিক সংখ্যা' − 'মূল ইলেকট্রনের সংখ্যা'। যেমন, ক্লোরিন (পারমাণবিক সংখ্যা ১৭) এর ইলেকট্রন বিন্যাস 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5। এতে ১০টি মূল ইলেকট্রন আছে (প্রথম শেলে ২টি, দ্বিতীয় শেলে ৮টি)।

মূল আধান = ১৭ − ১০ = +৭

মূল আধান বলতে বোঝানো হয় নিউক্লিয়াসের প্রকৃত চার্জ, যেখানে পূর্ণ শেলগুলো একটি 'ঢাল' বা স্ক্রিনের মতো কাজ করে। মূল আধান যত বেশি, বাইরের ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের প্রতি তত বেশি আকৃষ্ট হয় এবং পরমাণুর আকার তত ছোট হয়।

আপেক্ষিক তত্ত্বজনিত প্রভাব
যেসব মৌলের পারমাণবিক সংখ্যা Z অনেক বেশি, সেখানে মূল ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে আপেক্ষিকতাবাদী প্রভাব দেখা যায়। মূল s ইলেকট্রনের গতি আপেক্ষিক গতিবেগে পৌঁছে যায়, যার ফলে 6s কক্ষপথ 5d কক্ষপথের তুলনায় সংকুচিত হয়ে পড়ে। এর ফলে পারদের গলনাঙ্ক কমে যায় এবং সোনা ও সিজিয়ামের রং সোনালি দেখা যায়, কারণ শক্তি ব্যবধান সংকীর্ণ হয়। সোনা নীল আলোক বেশি শোষণ করে, তাই প্রতিফলিত আলো হলুদাভ দেখায়।

ইলেকট্রন স্থানান্তর
মূল কক্ষপথ থেকে একটি ইলেকট্রন তরঙ্গ শোষণের ফলে উত্তেজিত হয়ে বাইরে চলে যেতে পারে। এতে হয় ইলেকট্রনটি কোনো খালি সক্রিয় কক্ষপথে যায়, না হলে পরমাণু থেকে নিঃসৃত হয়ে ফটোইলেকট্রন হয়ে যায়, যাকে বলা হয় আলোকতড়িৎ প্রভাব। এতে মূল কক্ষপথে শূন্যস্থান বা কোর-হোল তৈরি হয়, যা অস্থির অবস্থায় থাকে এবং ১০−১৫ সেকেন্ডের মধ্যে ভেঙে পড়ে। তখন এটি এক্স-রে ফ্লুরোসেন্স বা অগার প্রভাবের মাধ্যমে অতিরিক্ত শক্তি নিঃসরণ করে।

এই বিকিরিত শক্তি বিশ্লেষণ করে পদার্থের ইলেকট্রনিক গঠন ও স্থানীয় গাঠনিক বৈশিষ্ট্য জানা যায়। সাধারণত শক্তি ফোটন আকারে নির্গত হয়, তবে মাঝে মাঝে এই শক্তি আরেকটি ইলেকট্রনকে বের করে দেয়। এই দ্বিতীয় ইলেকট্রনকে বলা হয় 'অগার ইলেকট্রন' এবং পুরো প্রক্রিয়াটিকে 'অগার প্রভাব' বলে।

হাইড্রোজেন ব্যতীত প্রতিটি মৌলের নির্দিষ্ট শক্তি সম্পন্ন মূল কক্ষপথ ইলেকট্রন থাকে। তাই নির্দিষ্ট X-রে শক্তি ব্যবহার করে নির্দিষ্ট মৌল সনাক্ত করা যায়। নির্গত বিকিরণের বর্ণালী বিশ্লেষণ করে উপাদানের উপাদানগত গঠন নির্ধারণ সম্ভব হয়।

আরও দেখুন
পরমাণু কক্ষপথ
অগার প্রভাব
ল্যান্থানাইড সংকোচন
আপেক্ষিক কোয়ান্টাম রসায়ন
স্ক্রিনিং প্রভাব
পৃষ্ঠ কোর স্তরের স্থানচ্যুতি
সক্রিয় ইলেকট্রন

তথ্যসূত্র

কোয়ান্টাম রসায়ন
পারমাণবিক, আণবিক ও আলোকীয় পদার্থবিজ্ঞান
পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান