জারণ বিজারণ টাইট্রেশনের মূলনীতি | Principle of Oxidation Reduction Titration

কোন জ্ঞাত ঘনমাত্রা বিশিষ্ট দ্রবণের সাহায্যে কোন অজ্ঞাত ঘনমাত্রা বিশিষ্ট দ্রবণের ঘনমাত্রা মাত্রিক উপায়ে নির্ণয় করার পদ্ধতিকে টাইট্রেশন বলে। জারণ বিজারণ টাইট্রেশনে একটি জারক অন্য একটি বিজারক দ্রবণের সাথে রাসায়নিক সংখ্যানুপাতে বিক্রিয়া করে। এ প্রক্রিয়ায় বিজারক পদার্থ যে কয়টি ইলেকট্রন ত্যাগ করে জারিত হয়, জারক সে কয়টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে বিজারিত হয়। জারণ বিজারণ বিক্রিয়ায় নির্দিষ্ট নিদের্শকের উপস্থিতিতে অংশগ্রহণকারী পদার্থ দুটির যে কোন একটির প্রমাণ দ্রবণের বা জ্ঞাত ঘনমাত্রার দ্রবণের নির্দিষ্ট আয়তনের সাথে অন্যটির অজানা ঘনমাত্রার দ্রবণ ধীরে ধীরে যোগ করা হয় এবং সমাপ্তি বিন্দুতে আয়তন নির্ণয় করা হয়। এখন নির্ণীত আয়তন, প্রমাণ দ্রবনের ঘনমাত্রা ও আয়তন হতে অজানা দ্রবণটির ঘনমাত্রা নির্ণয় করা যায়। জারক বিজারক পদার্থের দ্রবণের মধ্যে একটির ঘনমাত্রা জানা থাকলে তাকে প্রমাণ দ্রবণ বলে। এ প্রমাণ দ্রবণের সাহায্যে অপর দ্রবণের ঘনমাত্রা অথবা নির্দিষ্ট আয়নের পরিমাণ বের করা যায়।

মনে করি, একটি বিজারক পদার্থ B এর y মোল জারণ বিজারণ বিক্রিয়ায় n সংখ্যক ইলেকট্রন দান করেছে। আর এ n সংখ্যক ইলেকট্রন গ্রহণ করতে x মোল জারক A প্রয়োজন হয়েছে। অতএব, রাসায়নিক বিক্রিয়ার সংখ্যানুপাতিক সূত্র মতে,
xA+yB → উৎপাদ.. ………… (i)
ধরা যাক, জারক A এর আয়তন =V_{A} L
জারক A এর ঘনমাত্রা =\mathrm{M}_{\mathrm{A}} \mathrm{mol}^{-1}
এবং বিজারক B এর আয়তন =\mathrm{V}_{\mathrm{B}} \mathrm{L}
বিজারক B এর ঘনমাত্রা \mathrm{M}_{\mathrm{B}} \mathrm{mol}^{-1}
সমীকরণ (i) থেকে লেখা যায়-\frac{A \text {এর মোল সংখ্যা }}{B এর মোল সংখ্যা }=\frac{x}{y}
বা,\frac{V_{\mathrm{A}} \cdot \mathrm{M}_{A}}{V_{B} M_{B}}=\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{y}}

A এর মোল সংখ্যা=\mathrm{V}_{\mathrm{A}} \times \mathrm{M}_{\mathrm{A}}

B এর মোল সংখ্যা=\mathrm{V}_{\mathrm{B}} \times \mathrm{M}_{\mathrm{B}}
বা, y \cdot V_{A} \cdot M_{A}=x \cdot V_{B} \cdot M_{B} \cdots \cdots \cdots \cdots

(ii) নং সমীকরণ হতে অজানা দ্রবণের (জারক বা বিজারক) ঘনমাত্রা নির্ণয় করা যায়। অর্থাৎ এ সমীকরণের যে কোন তিন রাশির মান জানা থাকলে চতুর্থ রাশির মান নির্ণয় করা যায়।

এটিই জারণ বিজারণ ট্রাইট্রেশনের মূলনীতি।

উদাহরণ: \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} এসিড দ্রবণের \mathrm{KMnO}_{4}  (জারক) দ্বারা \mathrm{FeSO}_{4} (বিজারক) কে জারিত করার ক্ষেত্রে বিক্রিয়াটি নিম্নরূপ– পূর্ণরূপ বিক্রিয়া:

10 \mathrm{FeSO}_{4}+2 \mathrm{KMnO}_{4}+8 \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} \rightarrow 5 \mathrm{Fe}_{2}\left(\mathrm{SO}_{4}\right)_{3}+2 \mathrm{MnSO}_{4}+\mathrm{K}_{2} \mathrm{SO}_{4}+8 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} 

এই সমীকরণ মতে, 2 মোল \mathrm{KMnO}_{4}=10মোল FeSO_4

সমীকরণ মতে, 

1000 \mathrm{ml}\hspace{2mm} 2 \mathrm{M} \hspace{2mm}\mathrm{KMnO}_{4}=10 \mathrm{~mol}\hspace{2mm} \mathrm{Fe}^{2+} 

1 \mathrm{ml}\hspace{2mm} \mathrm{1M} \hspace{2mm}\mathrm{KMnO}_{4}=\frac{10 \times 55.85}{1000 \times 2} \mathrm{~g} \mathrm{Fe}^{2+}

এভাবে প্রমাণ \mathrm{KMnO}_{4}দ্রবণের সাহায্যে \mathrm{Fe}^{2+}আয়নের পরিমাণ নির্ণয় করা যায়।

প্রশ্ন: জারণ বিজারণ টাইট্রেশন \mathrm{\bf KMnO}_{4}  ব্যবহারের সুবিধা ও অসুবিধা আলোচনা কর।

\mathrm{\bf KMnO}_{4} ব্যবহারের সুবিধা:

(i) \mathrm{KMnO}_{4} ব্যবহারের প্রধান সুবিধা হচ্ছে এটি দ্বারা টাইট্রেশনে কোন নির্দেশকের প্রয়োজন হয় না কেননা এর বর্ণ আসল এবং 100ml পানিতে 0.1 \mathrm{~cm}^{3}\hspace{2mm} 0.02 \mathrm{M} \hspace{2mm}\mathrm{KMnO}_{4} যোগ করলে এর সুস্পষ্ট হালকা গোলাপি বর্ণ দেখা যায়।

(ii) একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ। এর বিজারণ বিভব 1.52 volt।

\mathrm{\bf KMnO}_{4}ব্যবহারের অসুবিধা:

(i) \mathrm{KMnO}_{4}  একটি সেকেন্ডারী স্ট্যান্ডার্ড পদার্থ। সুতরাং এর দ্রবণের প্রমিতকরণ করতে হয়।

(ii) \mathrm{KMnO}_{4}  এর দ্রবণ রেখে দিলে দ্রবণের ঘনমাত্রা হ্রাস পায়। কারণ বিয়োজিত হয়ে \mathrm{MnO}_{2}এ পরিণত হয়। এ \mathrm{MnO}_{2} আবার এর স্বতঃস্ফূর্ত বিয়োজনের জন্য প্রভাবক হিসেবে কাজ করে। ফলে \mathrm{KMnO}_{4} এর দ্রবণ প্রতিদিন প্রমিতকরণ করতে হয়।

(iii) সূর্যালোকে এ \mathrm{KMnO}_{4} দ্রবণ বিয়োজিত হয় বলে দ্রবণকে গাঢ় বর্ণযুক্ত বোতলে অন্ধকারে রাখতে হয়।

প্রশ্ন: জারণ বিজারণ টাইট্রেশনে \mathrm{\bf K}_{2} \mathrm{\bf Cr}_{2} \mathrm{\bf O}_{7} ব্যবহারের সুবিধা ও অসুবিধা আলোচনা কর।

উত্তর :

সুবিধা:

(i) \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} বিশুদ্ধ অবস্থায় পাওয়া যায় এবং গলনাঙ্ক পর্যন্ত তা স্থির থাকে। সুতরাং এটি একটি ভাল প্রাইমারী স্ট্যান্ডার্ড পদার্থ।

(ii) \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} এর জলীয় দ্রবণের ঘনমাত্রা বহুদিন পর্যন্ত অপরিবর্তিত থাকে।

(iii) আলোক দ্বারা বা সাধারণ জৈব যৌগ দ্বারা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} দ্রবণসমূহ বিজারিত হয় না।

(iv) এসিডের ঘনমাত্রা 1 মোলার এর কম হলে কক্ষ তাপমাত্রায় তা এসিড দ্বারা বিজারিত হয় না। ফলে লৌহখনিজ হতে আয়রনের পরিমাণ নির্ণয়ে একে ব্যবহার করা যায়।

অসুবিধা:

(i) \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} এর প্রমাণ বিজারণ বিভব 1.33 volt \mathrm{KMnO}_{4} এর প্রমাণ বিজারণ বিভব, 1.52 volt সুতরাং \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}, \mathrm{KMnO}_{4} এর মত শক্তিশালী জারক পদার্থ নয় ।

(ii) \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} স্বনির্দেশক নয়। এর দ্বারা টাইট্রেশনে তুলতা বিন্দু নির্ধারণে ডাই ফিনাইল অ্যামিন, সোডিয়াম ডাই ফিনাইলঅ্যামিন সালফেট এর সাথে ব্যবহার করা হয়।

প্রশ্ন : \mathrm{\bf KMnO}_{4} বা \mathrm{\bf K}_{2} \mathrm{\bf Cr}_{2} \mathrm{\bf O}_{7} দ্বারা ফেরিক আয়নের পরিমাণ নির্ণয় করা যায় না কেন? 

উত্তর : \mathrm{KMnO}_{4} বা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}একটি জারক পদার্থ। এরা অন্য পদার্থকে জারিত করে। যে পদার্থকে \mathrm{KMnO}_{4} বা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} জারিত করে তার জারণ সংখ্যা বৃদ্ধি পায় পক্ষান্তরে \mathrm{KMnO}_{4} এ Mn এর এবং \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} এর Cr এর জারণ সংখ্যা কমে। ফেরিক লবণে আয়রণ তার সর্বোচ্চ জারণ অবস্থায় থাকে। আয়রনের জারণ সংখ্যা বৃদ্ধি পায় না বলেই \mathrm{KMnO}_{4}  বা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} আয়রনের সাথে কোন বিক্রিয়া করে না। তাই প্রমাণ \mathrm{KMnO}_{4} বা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7} দ্রবণ দ্বারা \mathrm{Fe}^{3+}আয়নের পরিমাণ নির্ণয় করা যায় না।

যদিও \mathrm{KMnO}_{4} বা \mathrm{K}_{2} \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}  দ্বারা ফেরিক আয়নের পরিমাণ নির্ণয় করা যায় না কিন্তু ফেরিক আয়নকে বিজারক দ্বারা বিজারিত করে ফেরাস আয়নে পরিণত করে পরোক্ষভাবে আয়রনের পরিমাণ নির্ণয় করা যায়। এজন্য টাইট্রেশন পূর্বে ফেরিক লবণের দ্রবণকে স্টেনাস ক্লোরাইড এবং জিঙ্ক অ্যামালগাম দ্বারা বিজারিত করে ফেরিক আয়নকে ফেরাস আয়নে পরিণত করা হয়। এজন্য অতঃপর প্রচলিত পদ্ধতি অনুযায়ী ফেরাস আয়নের পরিমাণ নির্ণয় করে প্রাপ্ত ফলাফলই ফেরিক আয়নের পরিমাণ নির্দেশ করে।

প্রশ্ন: আয়োডিমিতি এবং আয়োডোমিতি বলতে কি বুঝ? 

আয়োডিমিতি (Iodimetry): প্রমাণ আয়োডিন দ্রবণের সাহায্যে বিজারক পদার্থের টাইট্রেশন করার মাধ্যমে বিজারক পদার্থের পরিমাণ নির্ধারণ পদ্ধতিকে আয়োডিমিতি বলে।

প্রমাণ আয়োডিন দ্রবণের সাহায্যে থায়োসালফেট সালফাইট, আর্সেনাইট ইত্যাদি বিজারক পদার্থের টাইট্রেশন দ্বারা এদের পরিমাণ নির্ণয় করা হয়।

উদাহরণ: প্রমাণ আয়োডিন দ্রবণ দ্বারা সোডিয়াম থায়োসালফেটের \left(\mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}\right) পরিমাণ নির্ণয় একটি আয়োডিমিতিক পদ্ধতিকে এক্ষেত্রে নিম্নরূপ বিক্রিয়া ঘটে-

2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}+\mathrm{I}_{2} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{4} \mathrm{O}_{6}+2 \mathrm{NaI}            

এক্ষেত্রে ঘটমান অর্ধবিক্রিয়াগুলো নিম্নরূপ:

জারণ অর্ধবিক্রিয়া: 2 \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}^{2-} \rightarrow \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}^{2-}+2 \mathrm{e}^{-} \ldots \ldots \ldots \ldots(i)

বিজারণ অর্ধবিক্রিয়া:  \mathrm{I}_{2}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{I}^{-} \ldots \ldots \ldots \ldots(ii)

(i)+ (ii)\rightarrow 2 \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}{ }^{2-}+\mathrm{I}_{2} \rightarrow \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}{ }^{2-}+2 \mathrm{I}^{-}

আয়োডোমিতি (Iodometry) : কোন জারক পদার্থের দ্রবণের নির্দিষ্ট আয়নের সাথে আয়োডাইড লবণের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন আয়োডিনকে প্রমাণ থায়োসালফেট দ্রবণ দ্বারা টাইট্রেশন করার মাধ্যমে মুক্ত \mathrm{I}_{2} এর পরিমাণ নির্ণয় করে জারক পদার্থের পরিমাণ নির্ণয় করার পদ্ধতিতে আয়োডিমিতি বলে। এ প্রক্রিয়ায় নির্ধারিত আয়োডিনের পরিমাণ থেকে সংশ্লিষ্ট জারক যেমন-  \mathrm{CuSO}_{4}, \mathrm{KMnO}_{4} ইত্যাদির পরিমাণ নির্ণয় করা হয়।

উদাহরণ: নির্দিষ্ট পরিমাণ জারক পদার্থকে (\mathrm{CuSO}_{4} এর দ্রবণ) কনিকেল ফ্লাকে নিয়ে এর মধ্যে অধিক KI যোগ করলে তুল্য পরিমাণ \mathrm{I}_{2} মুক্ত হয়। পরে মুক্ত আয়োডিনকে প্রমান \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3} দ্রবণ দ্বারা টাইট্রেশন করা হয়। 

এক্ষেত্রে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো নিম্নরূপ-
2 \mathrm{CuSO}_{4}+4 \mathrm{KI} \rightarrow \mathrm{Cu}_{2} \mathrm{I}_{2}+\mathrm{I}_{2}+2 \mathrm{~K}_{2} \mathrm{SO}_{4} \ldots \ldots \ldots \ldots \ldots \text { (i) } 

2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}+\mathrm{I}_{2} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{4} \mathrm{O}_{6}+2 \mathrm{NaI} \ldots \ldots \ldots \ldots \text { (ii) }

(i) ও (ii) নং হতে-
2 \mathrm{CuSO}_{4} \equiv \mathrm{I}_{2} \equiv 2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}

বা, 1 \mathrm{mol}\hspace{2mm}\mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3} \equiv 1 \mathrm{mol}\hspace{2mm} \mathrm{CuSO}_{4}

                              ≡1 \mathrm{mol}\hspace{2mm} \mathrm{Cu}^{2+}

অর্থাৎ 1000 \mathrm{~cm}^{3}\hspace{2mm} 1 \mathrm{M}\hspace{2mm} \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3} দ্রবণ = 63.54g \mathrm{Cu}^{2+}

বা, 1 \mathrm{~cm}^{3}\hspace{2mm} 1 \mathrm{M}\hspace{2mm} \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3}দ্রবণ = 0.006354g \mathrm{Cu}^{2+}

যদি মুক্ত আয়োডিন প্রশমনের জন্য \mathrm{y~cm}^{2}\hspace{2mm} 1 \mathrm{M}\hspace{2mm} \mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3} দ্রবণ প্রয়োজন হয় তবে \mathrm{y} \mathrm{cm}^{3}\hspace{2mm} 1 \mathrm{M} \hspace{2mm}\mathrm{Na}_{2} \mathrm{~S}_{2} \mathrm{O}_{3} দ্রবণ = (0.006354×𝑦)g \mathrm{Cu}^{2+}। এ ধরনের টাইট্রেশনে স্টার্চ দ্রবণ নির্দেশক হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এভাবে \mathrm{CuSO}_{4} দ্রবণে \mathrm{Cu}^{2+}এর পরিমাপ নির্ণয় করা যায়।