পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান — বহুনির্বাচনি প্রশ্ন ও সমাধান
HSC পদার্থবিজ্ঞান ২য় পত্রের ৯ম অধ্যায়। এখানে ৬৬৬টি প্রশ্ন আছে — বোর্ড, ঢাবি, বুয়েট আর মেডিকেল ভর্তি পরীক্ষা থেকে বাছাই করা, প্রতিটার নিচে পূর্ণ ব্যাখ্যা দেওয়া। উত্তর দেখার আগে নিজে একবার চেষ্টা করে নিও।
৬৬৬ প্রশ্ন
২য় পত্র
অধ্যায় ৯
পাতা ১২/৩৪
-
২২১
আইসোটোপ, আইসোবার ও আইসোটোন — কোন সংজ্ঞাটি সঠিক?
- ক আইসোটোপে Z সমান, আইসোবারে A সমান, আইসোটোনে নিউট্রন সংখ্যা সমান
- খ আইসোটোপে A সমান, আইসোবারে Z সমান
- গ তিনটিতেই Z সমান
- ঘ আইসোটোনে Z সমান
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) আইসোটোপে Z সমান, আইসোবারে A সমান, আইসোটোনে নিউট্রন সংখ্যা সমান
আইসোটোপ — একই মৌল, ভিন্ন নিউট্রন: 1H, 2H, 3H (Z = 1)
আইসোবার — একই A, ভিন্ন মৌল: 40Ar ও 40Ca
আইসোটোন — একই N: 13C ও 14N (দুটোতেই N = 7)
আইসোটোপের রাসায়নিক ধর্ম একই (কারণ ইলেকট্রন সংখ্যা একই), কিন্তু নিউক্লিয়ার ধর্ম সম্পূর্ণ ভিন্ন। -
২২২
একটি নিউক্লিয়াসে 92টি প্রোটন ও 146টি নিউট্রন আছে। এর ভরসংখ্যা ও পারমাণবিক সংখ্যা কত?
- ক A = 146, Z = 92
- খ A = 238, Z = 146
- গ A = 92, Z = 238
- ঘ A = 238, Z = 92
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) A = 238, Z = 92
Z = প্রোটন সংখ্যা = 92
A = প্রোটন + নিউট্রন = 92 + 146 = 238
এটি 238U — প্রাকৃতিক ইউরেনিয়ামের প্রধান আইসোটোপ (99.3 %)।
তার আইসোটোপ 235U-তে নিউট্রন 143টি; কেবল সেটিই সহজে বিভাজিত হয়, তাই জ্বালানি হিসেবে সেটিকেই সমৃদ্ধ করতে হয়। -
২২৩
একটি নিউক্লিয়াসের ব্যাসার্ধ অন্যটির দ্বিগুণ। তাদের ভরসংখ্যার অনুপাত কত?
- ক 2 : 1
- খ 8 : 1
- গ 4 : 1
- ঘ 6 : 1
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 8 : 1
R ∝ A1/3 ⟹ A ∝ R3
A1A2 = (2)3 = 8 : 1
ব্যাসার্ধ দ্বিগুণ মানে আয়তন আটগুণ, আর ঘনত্ব স্থির বলে ভরও আটগুণ ✓
যেমন A = 27-এর ব্যাসার্ধ A = 216-এর ঠিক অর্ধেক, কারণ 21627 = 8। -
২২৪
নিউক্লিয়ার বলের বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে কোনটি সঠিক?
- ক দীর্ঘ-পাল্লার এবং কুলম্ব বলের চেয়ে দুর্বল
- খ কেবল প্রোটনের মধ্যেই কাজ করে
- গ অতি স্বল্প-পাল্লার, আধান-নিরপেক্ষ এবং কুলম্ব বলের চেয়ে অনেক শক্তিশালী
- ঘ অভিকর্ষ বলের সমান শক্তিশালী
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) অতি স্বল্প-পাল্লার, আধান-নিরপেক্ষ এবং কুলম্ব বলের চেয়ে অনেক শক্তিশালী
তিনটি মূল বৈশিষ্ট্য:
① স্বল্প-পাল্লা — প্রায় 2–3 fm পর্যন্ত; এর বাইরে কার্যত শূন্য
② আধান-নিরপেক্ষ — p-p, n-n, p-n তিন ক্ষেত্রেই একই
③ অত্যন্ত শক্তিশালী — কুলম্ব বিকর্ষণের প্রায় 100 গুণ
এ কারণেই ছোট নিউক্লিয়াস স্থিতিশীল, কিন্তু বড় নিউক্লিয়াসে দূরের প্রোটনরা নিউক্লিয়ার বল পায় না অথচ কুলম্ব বিকর্ষণ পায় ⟹ ভারী মৌল তেজস্ক্রিয় হয়ে পড়ে। -
২২৫
নিউক্লিয়ার ঘনত্ব কীসের ওপর নির্ভর করে?
- ক ভরসংখ্যার ওপর
- খ কোনো কিছুর ওপরই নয় — সব নিউক্লিয়াসেই প্রায় সমান
- গ পারমাণবিক সংখ্যার ওপর
- ঘ নিউট্রন সংখ্যার ওপর
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) কোনো কিছুর ওপরই নয় — সব নিউক্লিয়াসেই প্রায় সমান
ρ = Amn43πR03A = mn43πR03
A উপরে-নিচে কেটে যায় ⟹ ঘনত্ব ধ্রুবক ≈ 2.3 × 1017 kg m−3
হাইড্রোজেন হোক বা ইউরেনিয়াম — নিউক্লিয়ার ঘনত্ব একই।
নিউট্রন তারা কার্যত একটি বিশাল নিউক্লিয়াস, তাই তার ঘনত্বও প্রায় এই মানেরই। -
২২৬
1H, 2H ও 3H — এদের রাসায়নিক ধর্ম প্রায় একই কেন?
- ক তিনটির নিউট্রন সংখ্যা এক
- খ তিনটির ভর এক
- গ তিনটিতেই প্রোটন ও ইলেকট্রন সংখ্যা এক, রাসায়নিক ধর্ম ইলেকট্রন বিন্যাস দিয়েই নির্ধারিত হয়
- ঘ তিনটির নিউক্লিয়ার বল এক
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) তিনটিতেই প্রোটন ও ইলেকট্রন সংখ্যা এক, রাসায়নিক ধর্ম ইলেকট্রন বিন্যাস দিয়েই নির্ধারিত হয়
রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে যোজন ইলেকট্রন দিয়ে; নিউক্লিয়াসের ভেতরে কী আছে তা প্রায় অপ্রাসঙ্গিক।
তিনটিতেই Z = 1 ⟹ একটি ইলেকট্রন ⟹ একই রাসায়নিক ধর্ম
তবে নিউক্লিয়ার ধর্ম সম্পূর্ণ আলাদা: 1H ও 2H স্থিতিশীল, কিন্তু 3H (ট্রিটিয়াম) তেজস্ক্রিয় (অর্ধায়ু ≈12 বছর)।
ভরের পার্থক্যে বিক্রিয়ার হার কিছুটা বদলায় (ভারী পানি) — কিন্তু ধরনটি নয়। -
২২৭
একটি নিউক্লিয়াসের ব্যাসার্ধ 3.6 fm এবং R0 = 1.2 fm। এর ভরসংখ্যা কত?
- ক 3
- খ 27
- গ 9
- ঘ 81
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 27
R = R0A1/3
A1/3 = 3.61.2 = 3
A = 33 = 27
এটি 27Al।
ঘন করতে ভুলে গিয়ে 3 লিখলেই ফাঁদে পড়া — সূত্রে ঘনমূল আছে, তাই উল্টো দিকে ঘাত। -
২২৮
নিউক্লিয়াসে প্রোটনগুলো পরস্পরকে বিকর্ষণ করা সত্ত্বেও নিউক্লিয়াস ভেঙে পড়ে না কেন?
- ক স্বল্প-পাল্লার প্রবল নিউক্লিয়ার বল কুলম্ব বিকর্ষণকে ছাপিয়ে যায়
- খ নিউক্লিয়াসে প্রোটনগুলো স্থির থাকে
- গ নিউট্রনগুলো ঋণাত্মক আধান বহন করে
- ঘ নিউক্লিয়াসে অভিকর্ষ বল প্রবল
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) স্বল্প-পাল্লার প্রবল নিউক্লিয়ার বল কুলম্ব বিকর্ষণকে ছাপিয়ে যায়
দুই প্রোটনের মধ্যে 2 fm দূরত্বে:
• কুলম্ব বিকর্ষণ ≈ 58 N
• নিউক্লিয়ার আকর্ষণ ≈ কয়েক হাজার N
⟹ নিউক্লিয়ার বলই জেতে ⟹ নিউক্লিয়াস স্থিতিশীল
নিউট্রন আধানহীন, তাই সে কুলম্ব বিকর্ষণ যোগ না করেই বাড়তি নিউক্লিয়ার আকর্ষণ জোগায় — এ কারণেই ভারী নিউক্লিয়াসে নিউট্রন প্রোটনের চেয়ে বেশি থাকে।
অভিকর্ষ বল এই মাপে সম্পূর্ণ নগণ্য (10−36 গুণ দুর্বল)। -
২২৯
ভরত্রুটি বলতে কী বোঝায়?
- ক নিউক্লিয়াসের ভর ও পরমাণুর ভরের পার্থক্য
- খ নিউক্লিয়নগুলোর মোট ভর ও নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভরের পার্থক্য
- গ প্রোটন ও নিউট্রনের ভরের পার্থক্য
- ঘ পরিমাপে যন্ত্রের ত্রুটি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) নিউক্লিয়নগুলোর মোট ভর ও নিউক্লিয়াসের প্রকৃত ভরের পার্থক্য
Δm = [Zmp + (A − Z)mn] − Mনিউক্লিয়াস
নিউক্লিয়াসের ভর তার উপাদানগুলোর যোগফলের চেয়ে সবসময় কম — এই ঘাটতিই বন্ধন শক্তি হয়ে বেরিয়ে গেছে।
EB = Δm × 931.5 MeV/u
নিউক্লিয়ন জোড়া লাগাতে গেলে এই শক্তি বেরোয়; আবার ভাঙতে গেলে ঠিক এই শক্তিই দিতে হয়। এটি পরিমাপের ত্রুটি নয়, বাস্তব ভৌত ঘটনা। -
২৩০
একটি নিউক্লিয়াসের ভরত্রুটি 0.5 u। এর বন্ধন শক্তি কত?
- ক 931.5 MeV
- খ 465.75 MeV
- গ 46.5 MeV
- ঘ 4.65 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 465.75 MeV
EB = 0.5 × 931.5 = 465.75 MeV
1 u ভর = 931.5 MeV শক্তি — এই রূপান্তর ধ্রুবকটিই নিউক্লিয়ার হিসাবের ভিত্তি।
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি জানতে হলে A দিয়ে ভাগ করতে হবে; যেমন A = 56 হলে 465.7556 ≈ 8.3 MeV — লোহার কাছাকাছি মান। -
২৩১
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তির লেখচিত্রে শীর্ষবিন্দু কোন মৌলের কাছে?
- ক লোহা (A ≈ 56)
- খ হাইড্রোজেন (A = 1)
- গ ইউরেনিয়াম (A = 238)
- ঘ হিলিয়াম (A = 4)
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) লোহা (A ≈ 56)
লেখচিত্রটি A ≈ 56-এ সর্বোচ্চ (≈8.8 MeV/নিউক্লিয়ন) হয়ে দুই পাশে নামে।
⟹ লোহা সবচেয়ে স্থিতিশীল নিউক্লিয়াস
এ কারণেই:
• হালকা মৌল সংযোজিত হয়ে শক্তি দেয় (সূর্য)
• ভারী মৌল বিভাজিত হয়ে শক্তি দেয় (চুল্লি)
• দুই পথই লোহার দিকেই এগোয়
তাই নক্ষত্রের ভেতরে লোহা তৈরি হওয়ার পর আর সংযোজনে শক্তি মেলে না — নক্ষত্রের মৃত্যু ঘনিয়ে আসে। -
২৩২
4He নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তি 28.3 MeV। প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি কত?
- ক 28.3 MeV
- খ 7.07 MeV
- গ 14.15 MeV
- ঘ 113.2 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) 7.07 MeV
EBA = 28.34 = 7.07 MeV
হিলিয়াম-4 (আলফা কণা) অস্বাভাবিক স্থিতিশীল — তার প্রতিবেশীদের চেয়ে অনেক বেশি বাঁধা।
এ কারণেই ভারী নিউক্লিয়াস ক্ষয়ের সময় প্রোটন বা নিউট্রন আলাদা না ছেড়ে গোটা আলফা কণা ছাড়ে — সেটিই শক্তির দিক থেকে সবচেয়ে লাভজনক। -
২৩৩
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি বেশি হলে নিউক্লিয়াস সম্পর্কে কী বোঝায়?
- ক নিউক্লিয়াসটি বেশি তেজস্ক্রিয়
- খ নিউক্লিয়াসটির ভর বেশি
- গ নিউক্লিয়াসটি বেশি স্থিতিশীল
- ঘ নিউক্লিয়াসটির আকার বড়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: গ) নিউক্লিয়াসটি বেশি স্থিতিশীল
প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি মানে — একটি নিউক্লিয়নকে টেনে বের করতে গড়ে কত শক্তি লাগবে।
বেশি মানে বেশি শক্তভাবে বাঁধা ⟹ বেশি স্থিতিশীল
মোট বন্ধন শক্তি দিয়ে তুলনা করা যায় না — ইউরেনিয়ামের মোট বন্ধন শক্তি (1800 MeV) লোহার (492 MeV) চেয়ে অনেক বেশি, অথচ ইউরেনিয়াম কম স্থিতিশীল।
তুলনা করতে হলে সবসময় প্রতি নিউক্লিয়নে দেখতে হবে। -
২৩৪
একটি বিক্রিয়ায় বিক্রিয়কের মোট ভর 236.05 u এবং উৎপাদের 235.85 u। মুক্ত শক্তি কত?
- ক 93.15 MeV
- খ 18.63 MeV
- গ 931.5 MeV
- ঘ 186.3 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) 186.3 MeV
Δm = 236.05 − 235.85 = 0.2 u
Q = 0.2 × 931.5 = 186.3 MeV
ভর কমেছে ⟹ শক্তি মুক্ত হয়েছে ⟹ Q ধনাত্মক ⟹ বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্ত।
ইউরেনিয়ামের বিভাজনে ঠিক এমনই প্রায় 200 MeV শক্তি বেরোয় — একটিমাত্র নিউক্লিয়াস থেকে!
তুলনায় রাসায়নিক বিক্রিয়ায় প্রতি অণুতে মেলে মাত্র কয়েক eV। -
২৩৫
7Li নিউক্লিয়াসের ভর 7.016 u, প্রোটনের ভর 1.0073 u ও নিউট্রনের ভর 1.0087 u। প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি প্রায় কত?
- ক 5.6 MeV
- খ 39.2 MeV
- গ 7.9 MeV
- ঘ 2.8 MeV
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) 5.6 MeV
7Li-তে Z = 3, N = 4
উপাদানের মোট ভর = 3 × 1.0073 + 4 × 1.0087 = 3.0219 + 4.0348 = 7.0567 u
Δm = 7.0567 − 7.016 = 0.0407 u
EB = 0.0407 × 931.5 ≈ 37.9 MeV
EBA = 37.97 ≈ 5.4–5.6 MeV
লোহার 8.8 MeV-এর চেয়ে কম ⟹ লিথিয়াম তুলনামূলক কম স্থিতিশীল, তাই সংযোজনে অংশ নিতে পারে। -
২৩৬
মোট বন্ধন শক্তি ও প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তির মধ্যে কোনটি স্থিতিশীলতার সঠিক পরিমাপ?
- ক মোট বন্ধন শক্তি
- খ দুটিই সমানভাবে
- গ কোনোটিই নয়
- ঘ প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি
মোট বন্ধন শক্তি A-এর সাথে প্রায় সরলভাবেই বাড়ে ⟹ ভারী নিউক্লিয়াসের মোট বন্ধন শক্তি সবসময়ই বেশি।
কিন্তু প্রতি নিউক্লিয়নে দেখলে ছবিটা পাল্টে যায়:
• 56Fe — 8.8 MeV/নিউক্লিয়ন (সর্বোচ্চ)
• 238U — 7.6 MeV/নিউক্লিয়ন
তাই ইউরেনিয়াম ভেঙে লোহার দিকে গেলে শক্তি বেরোয় — এটিই বিভাজনের ভিত্তি।
স্থিতিশীলতার তুলনা সবসময় প্রতি নিউক্লিয়নেই করতে হয়। -
২৩৭
হালকা নিউক্লিয়াসের সংযোজনে শক্তি বেরোয় কেন?
- ক উৎপাদের ভর বিক্রিয়কের চেয়ে বেশি হয়
- খ সংযোজনে নিউক্লিয়ন সংখ্যা বেড়ে যায়
- গ সংযোজনে কুলম্ব বল বেড়ে যায়
- ঘ উৎপাদ নিউক্লিয়াসে প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি বেশি হয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ঘ) উৎপাদ নিউক্লিয়াসে প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি বেশি হয়
লেখচিত্রের বাঁ দিকে (হালকা মৌল) প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি কম; সংযোজিত হয়ে শীর্ষের দিকে গেলে তা বাড়ে।
বেশি বাঁধা মানে কম ভর ⟹ ভরত্রুটি ⟹ শক্তি মুক্ত
যেমন 4টি প্রোটন → 4He: প্রতি নিউক্লিয়নে 0 → 7.07 MeV ⟹ প্রায় 26 MeV মুক্ত।
নিউক্লিয়ন সংখ্যা সংরক্ষিত থাকে, বাড়ে না — কেবল বিন্যাস বদলায়। -
২৩৮
একটি নিউক্লিয়াসের মোট বন্ধন শক্তি 492 MeV এবং ভরসংখ্যা 56। এটি 238U (7.6 MeV/নিউক্লিয়ন)-এর তুলনায় কেমন স্থিতিশীল?
- ক বেশি স্থিতিশীল, কারণ প্রতি নিউক্লিয়নে 8.8 MeV
- খ কম স্থিতিশীল, কারণ মোট বন্ধন শক্তি কম
- গ সমান স্থিতিশীল
- ঘ তুলনা করা সম্ভব নয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) বেশি স্থিতিশীল, কারণ প্রতি নিউক্লিয়নে 8.8 MeV
49256 = 8.8 MeV/নিউক্লিয়ন > 7.6 ⟹ বেশি স্থিতিশীল
ইউরেনিয়ামের মোট বন্ধন শক্তি 238 × 7.6 ≈ 1810 MeV — অনেক বেশি, তবু কম স্থিতিশীল।
এটিই লোহা, এবং এ কারণেই ইউরেনিয়াম ভেঙে লোহার দিকে যেতে চায়।
মোট বন্ধন শক্তি দিয়ে তুলনা করাই এখানে সবচেয়ে বড় ফাঁদ। -
২৩৯
নিউক্লিয়াসের বন্ধন শক্তি কোথা থেকে আসে?
- ক ইলেকট্রনের গতিশক্তি থেকে
- খ নিউক্লিয়নগুলোর হারিয়ে যাওয়া ভর থেকে, E = Δmc2 অনুসারে
- গ নিউক্লিয়াসের ঘূর্ণন থেকে
- ঘ বাইরের তাপশক্তি থেকে
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: খ) নিউক্লিয়নগুলোর হারিয়ে যাওয়া ভর থেকে, E = Δmc2 অনুসারে
আলাদা নিউক্লিয়ন জোড়া লেগে নিউক্লিয়াস হলে মোট ভর কমে যায়।
সেই হারানো ভরই শক্তি হয়ে বেরিয়ে আসে: EB = Δmc2
উল্টোভাবে, নিউক্লিয়াস ভাঙতে হলে ঠিক এই শক্তিই ভেতরে দিতে হবে।
এটিই ভর-শক্তি সমতার সবচেয়ে সরাসরি প্রয়োগ — নিউক্লিয়ার শক্তির পুরো ধারণাটাই এর ওপর দাঁড়ানো। -
২৪০
বন্ধন শক্তি ও প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তির লেখচিত্রে খুব হালকা নিউক্লিয়াসে মান কম থাকে কেন?
- ক পৃষ্ঠে থাকা নিউক্লিয়নের অনুপাত বেশি, তাই তারা কম প্রতিবেশী পায়
- খ হালকা নিউক্লিয়াসে কুলম্ব বিকর্ষণ বেশি
- গ হালকা নিউক্লিয়াসে নিউট্রন নেই
- ঘ হালকা নিউক্লিয়াস সবসময় তেজস্ক্রিয়
সঠিক উত্তর ও ব্যাখ্যা
সঠিক উত্তর: ক) পৃষ্ঠে থাকা নিউক্লিয়নের অনুপাত বেশি, তাই তারা কম প্রতিবেশী পায়
নিউক্লিয়ার বল স্বল্প-পাল্লার ⟹ প্রতিটি নিউক্লিয়ন কেবল নিকট প্রতিবেশীদের সাথেই বাঁধা।
ছোট নিউক্লিয়াসে প্রায় সব নিউক্লিয়নই পৃষ্ঠে ⟹ কম প্রতিবেশী ⟹ কম বন্ধন শক্তি
A বাড়লে ভেতরের নিউক্লিয়নের অনুপাত বাড়ে ⟹ প্রতি নিউক্লিয়নে বন্ধন শক্তি বাড়ে — যতক্ষণ না কুলম্ব বিকর্ষণ প্রাধান্য পায় (A > 56)।
ভারী প্রান্তে কমে যাওয়ার কারণ কুলম্ব বিকর্ষণ, আর হালকা প্রান্তে কম থাকার কারণ পৃষ্ঠ-প্রভাব — দুটি ভিন্ন কারণ।
পরমাণুর মডেল ও নিউক্লিয়ার পদার্থবিজ্ঞান নিয়ে পরীক্ষা দাও
শুধু এই অধ্যায়ের প্রশ্ন দিয়ে একটা এক্সাম বানাও — সময় ধরে, নেগেটিভ মার্কিংসহ।