রাসায়নিক শক্তির উৎস ও রাসায়নিক বিক্রিয়া (Sources of Chemical Energy and Chemical Reaction)

বন্ধন শক্তি (Bond Energy):  

বন্ধনে আবদ্ধ একটি পরমাণুর সাথে আরেকটি পরমাণুর যে আর্কষণ শক্তির মাধ্যমে যুক্ত থাকে, তাকে বন্ধন শক্তি বলে। (Bond Energy)

\mathrm{NaCl} একটি যৌগ। এখানে সোডিয়ামের পরমাণু ও বোরনের পরমাণু যে আর্কষণ শক্তির মাধ্যমে যুক্ত আছে, তাই বন্ধন শক্তি। কোনো যৌগের যেকোনো দুটি পরমাণুর মধ্যকার বন্ধন ভেঙ্গে পরমাণু দুটিকে আলাদা করতে যে শক্তি দিতে হয় তাই বন্ধন শক্তি বা অন্য কোনো যৌগের যেকোনো দুটি পরমাণুর মধ্যে বন্ধন তৈরি হতে যে শক্তি নির্গত হয় তাকেও বন্ধন শক্তি(Bond Energy) বলে।

আন্তঃআণবিক শক্তি (Intermolecular Energy):

সমযোজী যৌগের অণু সমূহ একে অপরের সাথে যে আর্কষণ শক্তির মাধ্যমে যুক্ত থাকে, তাকে আন্তঃআণবিক শক্তি (Intermolecular Energy)বলে। আয়নিক যৌগে আয়নসমূহের মধ্যে যে আর্কষণ শক্তি থাকে, তা সমযোজী অণুর আর্কষণ শক্তি অপেক্ষা বেশি। একই পরমাণু দিয়ে উৎপন্ন সমযোজী অণুসমূহের আন্তঃআণবিক শক্তির চেয়ে ভিন্ন পরমাণু দিয়ে গঠিত অণুর আন্তঃআণবিক শক্তি বেশি হয়।

এখানে, \mathrm{Cl_2} এর চেয়ে \mathrm{NaCl} এর আন্তঃআণবিক শক্তি বেশি।

শক্তির একক (Unit of Energy): 

শক্তির পরিমাপের জন্য ক্যালরি বা কিলোক্যালরি একক ব্যবহার করা হতো। ১০০০ ক্যালরি=১  কিলোক্যালরি। ১ গ্রাম পানির তাপমাত্রা ১℃ বাড়াতে যে পরিমাণ তাপ শক্তি প্রদান করতে হয়, তাকে ১ ক্যালরি বলে।

বর্তমানে সকল শক্তির একক জুল (joule)। কোনো বস্তুর উপর ১ নিউটন বল প্রয়োগ করলে যদি বলের দিকে ১ মিটার সরণ ঘটে তবে তার জন্য প্রয়োজনীয় কাজকে ১ জুল বলে। একে সংক্ষেপে j দিয়ে প্রকাশ করা হয়। ১০০০ জুল= ১ কিলোজুল (Kj)।

তাপের পরিবর্তন এর ভিত্তিতে রাসায়নিক বিক্রিয়া (Chemical Reactions based on Changes in Heat)

কখনো কখনো বিক্রিয়ক পদার্থে বাইরে থেকে তাপ দিয়ে বিক্রিয়া ঘটিয়ে উৎপাদে পরিণত করা হয়।

তাদের পরিবর্তনের ভিত্তিতে রাসায়নিক বিক্রিয়াকে দুইভাগে ভাগ করা হয়।

১. তাপউৎপাদী বিক্রিয়া (Exothermic reaction)

২. তাপহারী বিক্রিয়া (Endothermic reaction)

অভ্যন্তরীণ শক্তি (Internal Energy):

কোনো একটি পর্দাথ একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি ধারন করে আর একেই অভ্যন্তরীণ শক্তি বলে। 

\mathrm{\Delta H=} উৎপাদসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি (\mathrm{E_2})-বিক্রিয়কসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি (\mathrm{E_1}) 

তাহলে কোনো বিক্রিয়ায় \mathrm{E_1} এর মান \mathrm{E_2} এর চাইতে বেশি হয় তাহলে \mathrm{\Delta H} এর মান হবে ঋণাত্নক এবং \mathrm{\Delta H} এর মান ঋণাত্মক হলে এটি তাপউৎপাদী বিক্রিয়া এবং \mathrm{\Delta H} ধ্বনাত্মক হলে সেটি হবে তাপহারী বিক্রিয়া।

ব্যাখ্যা: কোনো বিক্রিয়ায় বিক্রিয়কসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি \mathrm{50 kj/mol} এবং উৎপাদসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি \mathrm{80 kj/mol} হলে, এটি কোন বিক্রিয়া?

সমাধান:

উৎপাদসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি \mathrm{E_2=80 Kj/mole}

বিক্রিয়কসমূহের মোট অভ্যন্তরীণ শক্তি \mathrm{E_1=50 Kj/mole}

আমরা জানি, \begin{aligned} \Delta H &=E_2-E_1 \\ &=(80-50) \mathrm{Kj} / \mathrm{mole} \\ &=30 \mathrm{Kj} / \text { mole } \end{aligned}

এটি ধ্বনাত্মক তাই এটি তাপহারী বিক্রিয়া।

রাসায়নিক বিক্রিয়া (Chemical Reaction)

তাপউৎপাদী বিক্রিয়া (Exothermic reaction) 

যে বিক্রিয়ার ফলে তাপ উৎপন্ন হয়, তাকে তাপউৎপাদী বিক্রিয়া বলে। 

হাইড্রোজেন ও নাইট্রোজেন মিলে অ্যামোনিয়া গ্যাস উৎপন্ন হয়। সেই সাথে 92 \mathrm{Kj} / \mathrm{mole} শক্তি উৎপন্ন হয়।

3 \mathrm{H}_2+\mathrm{N}_2 \leftrightarrows 2 \mathrm{NH}_3,+92 \mathrm{Kj} / \text { mole শক্তি}

সুতরাং, 

3 \mathrm{H}_2+\mathrm{N}_2 \leftrightarrows 2 \mathrm{NH}_3 \quad \therefore \Delta \mathrm{H}=-92 \mathrm{Kj} / \mathrm{mole} \text { শক্তি }

এখানে, \Delta \mathrm{H} এর মান ঋণাত্মক কারণ তাপউৎপাদী বিক্রিয়ায় শক্তি উৎপন্ন হয়।

আবার, ক্যালসিয়াম অক্সাইড ও পানি বিক্রিয়া করে ক্যালিসিয়াম হাইড্রোঅক্সাইড উৎপন্ন করে এবং শক্তি উৎপন্ন করে। 

\mathrm{CaO}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \leftrightarrows \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_2+63.95 \mathrm{Kj} / \text {mole } \text { শক্তি}

\mathrm{CaO}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \leftrightarrows \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_2 \quad \therefore \Delta \mathrm{H}=-63.95 \mathrm{Kj} / \text { mole শক্তি}

তাপহারী বিক্রিয়া (Endothermic reaction)

যে বিক্রিয়ার তাপ প্রদান করে বিক্রিয়া ঘাটানো হয় তাকে তাপহারী বিক্রিয়া বলে। একে তাপশোষী বিক্রিয়া ও বলে। তাপহারী বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে \Delta \mathrm{H} এর মান সবসময় ধ্বনাত্মক হয়।

\begin{gathered} \mathrm{CaCO}_3+176.8 \mathrm{kj} / \mathrm{mole} \rightarrow \mathrm{CaO}+\mathrm{CO}_2 \\ \mathrm{CaCO}_3 \rightarrow \mathrm{CaO}+\mathrm{CO}_2 \therefore \Delta \mathrm{H}=+176.8 \mathrm{kj} / \mathrm{mole} \end{gathered}

বন্ধন শক্তি হিসাব করে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় তাপের পরিবর্তন হিসাব (Calculation of the Change of Heat in a Chemical Reaction by Calculating the Bonding Energy)

বন্ধন শক্তির কথা আগে আলোচনা করেছি। এইবার বন্ধন শক্তি ব্যবহার করে ∆H এর মান নির্ণয় করা শিখব।

যেকোনো বিক্রিয়ায় বিক্রিয়ক গুলোর মোট বন্ধন শক্তি \mathrm{B_1} উৎপাদসমূহের মোট বন্ধন শক্তিকে \mathrm{B_2} দিয়ে চিহ্নিত করা হয়। 

\Delta \mathrm{H}=বিক্রিয়কগুলোর মোট বন্ধন শক্তি(\mathrm{B_1})-উৎপাদগুলোর মোট বন্ধন শক্তি (\mathrm{B_2})

এখানে, তাপউৎপাদী বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে \mathrm{B_1} এর মান \mathrm{B_2}এর থেকে কম ও তাপহারীর ক্ষেত্রে \mathrm{B_1} এর মান বেশি \mathrm{B_2} এর থেকে।

বন্ধন	বন্ধন শক্তি (কিলোজুল/মোল)	বন্ধন	বন্ধন শক্তি (কিলোজুল/মোল)
C-H	414	N-H	391
C-Cl	326	O-H	464
C-C	344	O=O	498
C=C	615	C≡C	812
N≡N	946	Cl-Cl	244
Br-Br	193	I-I	151
O-O	143	H-H	436
H-Cl	431	H-Br	366
H-I	299	H-F	563
C=O	724	C-O	350

টেবিল থেকে দেখা যায়, C-H এর বন্ধন শক্তি 414 কিলোজুল/মোল। অর্থাৎ 1 মোল C-H বন্ধনকে ভাঙতে 414 কিলোজুল তাপ দিতে হয় এবং 1 মোল C-H বন্ধন তৈরী করতে 414 কিলোজুল তাপ নির্গত করতে হয়। 

সমস্যা: \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_8+\mathrm{Cl}_2 \rightarrow \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6 \mathrm{Cl}_2+2 \mathrm{HCl}বিক্রিয়ায় \Delta \mathrm{H} এর মান কত ও কী ধরনের বিক্রিয়া ?

সমাধান:

\boldsymbol{B}_1 \text{~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~}\boldsymbol{B}_2 \\ \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_8+2 \mathrm{Cl}_2 \longrightarrow \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_6 \mathrm{Cl}_2+2 \mathrm{HCl}

বা, \quad 2(C-H)+2(C l-C l) \rightarrow 2(C-C l)+2(H-C l)

বা, \quad\{(2 \times 414)+(2 \times 244)\} \rightarrow\{(2 \times 326)+(2 \times 431)\} \text{kj/mole}(বন্ধন শক্তির মান বসিয়ে)

বা, 1316 \mathrm{kj} / \mathrm{mole} \rightarrow 1514 \mathrm{kj} / \mathrm{mole}

আমরা জানি, 

\begin{aligned}\Delta H &=\text { বিক্রিয়কগুলোর মোট বন্ধন শক্তি }\left(B_1\right)-\text { উৎপাদগুলোর মোট বন্ধন শক্তি }\left(B_2\right) \\&=1316-1514 \\&=-198 \mathrm{kj}\end{aligned}

\Delta H এর মান ঋণাত্মক তাই এটি তাপউৎপাদী বিক্রিয়া।