অম্ল ক্ষার নির্দেশক (Acid -Base Indicator)

অম্ল–ক্ষার নির্দেশক কী? এর  বৈশিষ্ট্যগুলো উল্লেখ কর। 

বৈশিষ্ট্যঃ  যেসব রাসায়নিক পদার্থ অম্ল–ক্ষারক প্রশমন বিক্রিয়ায় উপস্থিত থেকে নিজ বর্ণ পরিবর্তনের মাধ্যমে বিক্রিয়ায় শেষবিন্দু নির্দেশ করে তাকে অম্ল ক্ষারক নির্দেশক বলে। 

i. এরা দূর্বল জৈব এসিড বা দূর্বল জৈব ক্ষার হয়।

ii. সব নির্দেশক একই pH এ বর্ণ পরিবর্তন করে না।

iii. এদের একটি pH পরিসর আছে। যার নিচে নির্দেশক শুধুমাত্র অম্লীয় বর্ণ এবং উপরে নির্দেশক ক্ষারীয় বর্ণ দেখায়। 

iv. নির্দেশকের বর্ণ যথেষ্ট স্থায়ী এবং উজ্জ্বল হতে হবে।

v. নির্দেশকের বর্ণ হঠাৎ পরিবর্তিত হতে হবে।

vi. কোনো বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে টাইট্রেশনের সমাপ্তি বিন্দুতে নির্দেশকের বর্ণ পরিবর্তন হতে হবে

নির্দেশকের বর্ণ পরিবর্তনের কৌশল ব্যাখ্যা কর।

নির্দেশকসমূহ সাধারণত দূর্বল জৈব এসিড অথবা দূর্বল জৈব ক্ষার হয়। যেমন– লিটমাস ও ফেনলফথ্যালিন হল দূর্বল জৈব এসিড এবং মিথাইল রেড, মিথাইল অরেঞ্জ হল দূর্বল জৈব ক্ষার।

নির্দেশকসমূহ অবিয়োজিত অবস্থায় এক বর্ণ এবং বিয়োজিত অবস্থায় ভিন্ন ধর্ম দেখায়। যেমন– অম্লীয় প্রকৃতির নির্দেশক লিটমাস জলীয় দ্রবণে নিম্নরূপে আয়নিত অবস্থায় থাকে।  

      \mathrm{HIn} \longleftrightarrow  \mathrm{H}^{+}+\mathrm{In}^{-}

      (লাল বর্ণ)      (নীল বর্ণ)

সবল এসিড যেমন– HCl এর মধ্যে উপরোক্ত নির্দেশক যোগ করা হলে নির্দেশক বিয়োজন বিক্রিয়ায় সাম্যাবস্থা বামদিকে অবস্থান করবে। তখন HIn আয়ন সম্পূর্ণ অবিয়োজিত অবস্থায় থাকবে এবং দ্রবণের বর্ন হবে লাল। যদি ক্ষার দ্রবণে যেমন– NaOH এর মধ্যে এ নির্দেশক যোগ করা হলে নির্দেশকের \mathrm{H}^{+} ক্ষারের \mathrm{OH}^{-} এর সাথে বিক্রিয়া করে পানিতে পরিণত হয়। ফলে নির্দেশক বিয়োজন বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থা ডানদিকে যাবে এবং দ্রবণে In ^{-} এর পরিমাণ বৃদ্ধি পাবে। তখন দ্রবণটি নীল বর্ণ দেখাবে। এভাবে বর্ণ পরিবর্তনের মাধ্যমে নির্দেশক প্রশমন বিক্রিয়ার সমাপ্তি বিন্দু নির্দেশ করে। উপরোক্ত নির্দেশক বিয়োজন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে –
\begin{aligned} \mathrm{K}_{\text {ln }} &=\frac{\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\ln ^{-}\right]}{[\mathrm{Hln}]} \\ \left[\mathrm{H}^{+}\right] &=\mathrm{K}_{\mathrm{ln}} \frac{[\mathrm{Hln}]}{\left[\ln ^{-}\right]} \\ -\log \left[\mathrm{H}^{+}\right] &=-\log \mathrm{K}_{\ln }-\log \frac{[\mathrm{Hln}]}{\left[\ln ^{-}\right]} \\ \mathrm{pH} &=\mathrm{pK}_{\ln } \quad+\log \frac{\left[\mathrm{ln}^{-}\right]}{[\mathrm{Hln}]} \end{aligned}
যখন দ্রবণে [ln–] =  [ Hln] হয়। তখন,  \mathrm{pH}=\mathrm{pK}_{\ln} হবে। কিন্তু ln- এর পরিমাণ Hln অপেক্ষা 10 গুণ বেশি হলে তখন \mathrm{pH}=\mathrm{pK}_{\ln }+1 হবে। তখন দ্রবণের বর্ণ হবে নীল। যদি দ্রবণে Hln এর পরিমাণ 10 গুণ বৃদ্ধি পায় তবে \mathrm{pH}=\mathrm{pK}_{\ln }-1 হবে। তখন দ্রবণের বর্ণ হবে লাল। অর্থাৎ কোনো নির্দেশক \mathrm{pH}=\mathrm{pK}_{\mathrm{ln}}\pm 1  পরিসরে তথা দুই একক পরিসরে বর্ণ পরিবর্তন ঘটায়। যেমন – লিটমাসের \mathrm{pK}_{\ln } হল 7. সুতরাং এর pH পরিসর হল 6 − 8 .  

বিভিন্ন নির্দেশকে pH পরিসর উল্লেখ কর। 

নির্দেশকের উদাহরণ,

প্রশমন রেখা বা ট্রাইট্রেশন রেখা বলতে কী বুঝ?   

প্রশমন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে যোগকৃত বিকারকের বিপরীতে pH মানের পরিবর্তকে যে লেখচিত্রের সাহায্যে দেখানো হয় তাকে প্রশমন রেখা বলে। 

সবল এসিড এবং সবল ক্ষারের প্রশমন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে উপযুক্ত নির্দেশক নির্বাচন কর। 

তীব্র ক্ষারের pH এর মান 12 এর কাছাকাছি। একে কনিক্যাল ফ্লাস্কে রেখে ব্যুরেট থেকে ফোঁটায় ফোঁটায় সবল এসিড যোগ করা হলে প্রশমন বিক্রিয়া সংঘটিত হয় এবং ক্ষার তীব্র বলে প্রশমনের আগের বিন্দুতে ও pH এর মান 10 এর কাছাকাছি হয়। এরপর এক ফোঁটা এসিড যোগ করলে প্রশম অবস্থায় পৌছে অর্থাৎ pH এর মান 7 হয়। এরপর আরো এক ফোঁটা এসিড বাড়তি যোগ করা হলে pH এর মান দ্রুত 4 এর কাছাকাছি চলে আসে। অর্থাৎ pH এর মান 10 থেকে 4 এর মধ্যে দ্রুত বর্ণ পরিবর্তন ঘটে। তাই যেকোন ধরনের নির্দেশক এক্ষেত্রে ব্যবহার করা যায়। কারণ সব নির্দেশকের pH সীমানা 4 থেকে 10 এর মধ্যে থাকে। 

তাছাড়া উপরোক্ত প্রশমন বিক্রিয়ার শেষে উৎপন্ন লবণটি নিরপেক্ষ বলে দ্রবণের pH এর মান 7 থাকে। তাই ঐ মূহুর্তে 1 ফোঁটা এসিড বা ক্ষার যোগ করে মিশ্রণের pH মানের দ্রুত পরিবর্তন ঘটে। এক্ষেত্রে এই পরিবর্তনের সময়ে pH পরিসর হলো 4 – 10 . 

সবল এসিড এবং সবল ক্ষারের প্রশমন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে উপযুক্ত নির্দেশক নির্বাচন কর। 

তীব্র ক্ষারের pH এর মান 12 এর কাছাকাছি। একে কনিক্যাল ফ্লাস্কে রেখে ব্যুরেট থেকে ফোঁটায় ফোঁটায় সবল এসিড যোগ করা হলে প্রশমন বিক্রিয়া সংঘটিত হয় এবং ক্ষার তীব্র বলে প্রশমনের আগের বিন্দুতে ও pH এর মান 10 এর কাছাকাছি হয়। এরপর এক ফোঁটা এসিড যোগ করলে প্রশম অবস্থায় পৌছে অর্থাৎ pH এর মান 7 হয়। এরপর আরো এক ফোঁটা এসিড বাড়তি যোগ করা হলে pH এর মান দ্রুত 4 এর কাছাকাছি চলে আসে। অর্থাৎ pH এর মান 10 থেকে 4 এর মধ্যে দ্রুত বর্ণ পরিবর্তন ঘটে। তাই যেকোন ধরনের নির্দেশক এক্ষেত্রে ব্যবহার করা যায়। কারণ সব নির্দেশকের pH সীমানা 4 থেকে 10 এর মধ্যে থাকে।  

তাছাড়া উপরোক্ত প্রশমন বিক্রিয়ার শেষে উৎপন্ন লবণটি নিরপেক্ষ বলে দ্রবণের pH এর মান 7 থাকে। তাই ঐ মূহুর্তে 1 ফোঁটা এসিড বা ক্ষার যোগ করে মিশ্রণের pH মানের দ্রুত পরিবর্তন ঘটে। এক্ষেত্রে এই পরিবর্তনের সময়ে pH পরিসর হলো 4 – 10 . 

দূর্বল এসিড এবং সবল ক্ষারের প্রশমন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে উপযুক্ত নির্দেশক নির্বাচন। 

তীব্র ক্ষারকে ব্যুরেট রেখে মৃদু এসিড কনিক্যাল ফ্লাক্সে নেওয়া হয়। এক্ষেত্রে এসিড দূর্বল হওয়ার শুরুতে এসিড দ্রবণের pH মান 4 এর কাছাকাছি থাকে। একে কনিক্যাল ফ্লাক্সে রেখে ব্যুরেট থেকে ফোঁটায় ফোঁটায় সবল ক্ষার যোগ করা হলে দ্রবণের pH মানের খুব ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পাবে। এর পর বিক্রিয়া করতে করতে প্রশমন বিন্দুতে বিক্রিয়া শেষ হলে pH মান 7  এ পৌছায়। অতঃপর 1 ফোঁটা অতিরিক্ত ক্ষার যোগ করা হলে pH এর মান দ্রুত 10 এ পৌছায়। তাই এক্ষেত্রে pH পরিসর হচ্ছে 7 – 10. অতএব, উতকৃষ্ট নির্দেশক হল ফেনলফথ্যালিন যার pH পরিসর এ সীমানার মধ্যে থাকে। 

তাছাড়া এ বিক্রিয়ার প্রশমন বা তুল্যতা বিন্দুতে যে লবণ উৎপন্ন হয় তা ক্ষারীয় প্রকৃতির। তাই pH এর মান 7 অপেক্ষা বেশি থাকে। এ পরিসরে ফেনলফথ্যালিন বিয়োজন হয় বলে এটি উৎকৃষ্ট নির্দেশক হবে। যেমন – অ্যাসিটিক এসিড বা \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এবং NaOH এর বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে। 

\begin{aligned} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH} \longrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} \longrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{Na}^{+}\\\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \longleftrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{OH}^{-} \end{aligned}

                                                                                            ↓

                                   প্রশমনের শেষ বিন্দুতে যে লবণ উৎপন্ন হয় তা ক্ষারীয় প্রকৃতির

তীব্র এসিড ও মৃদু ক্ষারের প্রশমন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে উপযুক্ত নির্দেশক নির্বাচন কর। 

তীব্র এসিড ব্যুরেটে নেওয়া হয়। মৃদু ক্ষারের pH এর মান 10 এর কাছাকাছি থাকে একে কনিক্যাল ফ্লাক্সে রেখে ব্যুরেট থেকে সবল এসিড যোগ করা হলে প্রশমন বিক্রিয়া সংঘটিত হতে থাকে। ক্ষার দূর্বল হওয়ায় বিক্রিয়াটি ধীর গতিতে চলতে থাকে এবং pH ধীর গতিতে হ্রাস পায়। বিক্রিয়াটি সম্পূর্ণ শেষে প্রশমন শেষ হওয়ার আগ পর্যন্ত বিক্রিয়াটি ধীর গতিতে চলতে থাকে এবং pH এর মান 7 এ পৌছার পর 1 ফোঁটা এসিড যোগ করা হলে pH এর মান দ্রুত 7 থেকে 3.5 এ পৌছায়। তাই এক্ষেত্রে pH পরিসর হল 3.5 – 7 . এ পরিসরে মিথাইল অরেঞ্জ হচ্ছে উৎকৃষ্ট নির্দেশক। কারণ এর pH পরিসর এ সীমানার মধ্যে থাকে। এ অঞ্চলে মিথাইল রেড, মিথাইল অরেঞ্জ বিয়োজিত হতে পারে। তাছাড়া এক্ষেত্রে তূল্যতা বিন্দুতে উৎপন্ন লবণ অম্লীয় প্রকৃতি হওয়ায় এর pH এর মান 7 অপেক্ষা কম হয়। তাই এক্ষেত্রে ক্ষারীয় প্রকৃতির নির্দেশক ব্যবহৃত হবে।  যেমন– \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_3  এবং HCl এর বিক্রিয়া। 

উদাহরণঃ ১

\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NaHCO}_{3}+\mathrm{NaCl}

\mathrm{NaHCO}_{3}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

উদাহরণঃ ২
\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
\mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl} \longrightarrow \mathrm{Cl}^{-}
\mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \longleftrightarrow \mathrm{NH}_{3}+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}  

দূর্বল এসিড ও দূর্বল ক্ষারকের ট্রাইট্রেশনে কোনো নির্দেশক ব্যবহৃত হয় না কেন?  

এক্ষেত্রে উভয়ে দূর্বল হওয়ায় বিক্রিয়া ধীরে ধীরে সংঘটিত হয় এবং pH এর মান ও ধীরে ধীরে পরিবর্তিত হয়। শুরুতে ক্ষারের pH মান 10 এর কাছাকাছি থাকে। এরপর এসিড যোগ করলে pH ধীরে ধীরে কমে 7 এ আসে। অতঃপর একফোঁটা এসিড যোগ করলে pH মান ধীরে ধীরে 7 থেকে কমে। কিন্তু pH এর মানের কোনো আকস্মিক পরিবর্তন না ঘটায় নির্দেশকের বর্ণের দ্রুত পরিবর্তন ঘটে না। এক্ষেত্রে pH পরিসর পাওয়া যায় না। ফলে উপযুক্ত নির্দেশক এক্ষেত্রে পাওয়া যায় না। নির্দেশক ব্যবহারে এ ধরনের ট্রাইট্রেশন ভুল হতে পারে। তাই এর জন্য কোন উপযুক্ত নির্দেশক নেই। যেমন \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}এবং \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এর মধ্যে বিক্রিয়া। 

\mathrm{\bf Na}_{2} \mathrm{\bf CO}_{3} এবং HCl এর বিক্রিয়ায় নির্দেশক হিসেবে কোনটি ব্যবহৃত হবে?

এদের মধ্যে সংঘটিত প্রশমন বিক্রিয়াটি নিম্নোক্ত দু ধাপে সংঘটিত হয়। সংঘটিত বিক্রিয়াটি নিম্নরূপ– 

\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NaHCO}_{3}+\mathrm{NaCl}

 

\mathrm{NaHCO}_{3}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

\mathrm{NaHCO}_{3}  একটি দুর্বল ক্ষার এবং HCl  একটি সবল এসিড। এ কারণে এদের মধ্যে সংঘটিত বিক্রিয়াটি হবে সবল এসিড এবং দুর্বল ক্ষারের মধ্যে। 

তাই এক্ষেত্রে নির্দেশক হিসেবে মিথাইল অরেঞ্জ বা মিথাইল রেড ব্যবহার করা উপযুক্ত হবে। 

\mathrm{\bf Na}_{2} \mathrm{\bf CO}_{3}  এর জলীয় দ্রবণ ক্ষারধর্মী কেন? 

\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}  জলীয় দ্রবণে আর্দ্র বিশ্লেষিত হয়ে সবল ক্ষার NaoH এবং দুর্বল এসিড কার্বনিক এসিড ( \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} ) উৎপন্ন করে। তাই এর জলীয় দ্রবণ ক্ষারধর্মী হবে। 

\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \longrightarrow 2 \mathrm{NaOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} 

                                                                   সবল       দুর্বল  

তাছাড়া এটি জলীয় দ্রবণে নিম্বরূপে আয়নিত হয়ে OH- উৎপন্ন করে। তাই দ্রবণের pH মান 7 অপেক্ষা বেশি হয়। ফলে এর জলীয় দ্রবণ ক্ষারধর্ম দেখাবে। 

\mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3} \longrightarrow 2 \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{CO}_{3}{ }^{2-}

 

\mathrm{CO}_{3}{ }^{2-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \longrightarrow \mathrm{HCO}_{3}{ }^{-}+\mathrm{OH}^{-}

\mathrm{\bf CuSO}_{4}  এর জলীয় দ্রবণ অম্লধর্মী কেন?  বা pH এর মান 7 অপেক্ষা কম কেন? 

\mathrm{CuSO}_{4}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \longleftrightarrow {\mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2}}+{\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}}

                                                  (দুর্বল)         (সবল)

তাছাড়া এটি নিম্নরূপে জলীয় দ্রবণে H3O+ উৎপন্ন করে। তাই pH এর মান 7 অপেক্ষা হ্রাস পায়। ফলে জলীয় দ্রবণ অম্লধর্ম দেখায়। 

\begin{array}{rr} \mathrm{CuSO}_{4} & \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}+\mathrm{SO}_{4}^{2-} \\ \mathrm{Cu}^{2+}+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} & \mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} \end{array}