রাসায়নিক বিক্রিয়া | Chemical reaction

রাসায়নিক বিক্রিয়া ও রাসায়নিক সমীকরণ

(Chemical Reaction and Chemical Equations)

সমীকরণের সাহায্যে রাসায়নিক বিক্রিয়া (chemical reaction) সংক্ষেপে উপস্থাপন করার নিয়ম :

• রাসায়নিক সমীকরণের বিক্রিয়ক ও উৎপাদের মাঝে (\rightarrow) তীর চিহ্ন বসাতে হয় এবং  (=) চিহ্ন দিলে উভয় পাশে বিক্রিয়ার সমতা বের করতে হবে, যাকে রাসায়নিক সমীকরণের সমতা বলে।
• বিক্রিয়াসমূহ ও উৎপাদসমূহ প্রতীক বা সংকেতের মাধ্যমে লেখা হয়। একাধিক বিক্রিয়কসমূহ বা উৎপাদসমূহ থাকলে তাদের মাঝে (+) যোগ চিহ্ন বসাতে হবে।
• প্রয়োজনে বিক্রিয়ক বা উৎপাদের ভৌত অবস্থা উল্লেখ করতে হয়। পদার্থ কঠিন হলে বন্ধনীর ভেতর (S) লেখা হয়। গ্যাসীয় হলে  (g) ও তরল হলে (l) ও জলীয় দ্রবণ হলে (aq) লেখা হয়। যেমন : \mathrm{CaCO_3s+HCl (aq)\rightarrow CaCl_2(aq)+CO_2(g)+H_2O (l)}

• বিক্রিয়ায় যতোটুকু তাপ উৎপন্ন বা শোষিত হয় তা দেখাতে হলে বিক্রিয়ার সমতা করতে হয় ও পদার্থের ভৌত অবস্থা দেখাতে হয়। এবং উৎপন্ন বা শোষিত তাপের পরিমাণ ∆H দিয়ে প্রকাশ করা হয়।
• কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া তাপ প্রয়োগে সংঘটিত হলে তীর (→) চিহ্নের উপর (∆) ডেল্টা চিহ্ন দিতে হয়। যেমন :

\mathrm{2Mg (NO_3)_2(s) \overset{\Delta}{\rightarrow} 2 MgO(s)+4NO_2(g)+O_2 (g)}

রাসায়নিক সমীকরণের সমতাকরণ (Equilibrium of chemical equations)

রাসায়নিক বিক্রিয়ায় (chemical reaction) বিক্রিয়ক ও উৎপাদ  ভরের সংরক্ষণসূত্র মানে বলে বিক্রিয়ক ও উৎপাদের বিভিন্ন মৌলের পরমাণুর সংখ্যা সমান করতে হয়।

চলো বন্ধুরা এবার বিক্রিয়া সমতাকরণ করা শিখে নিই।

• প্রথমে প্রতীক ও সংকেত এর সাহায্যে বিক্রিয়ক ও উৎপাদ লিখে সমীকরণ লেখা হয়।
• প্রথমে যৌগিক অণুতে মৌলের পরমাণু সংখ্যা তারপর মৌলিক অণুতে মৌলের পরমাণু সংখ্যা সমান করতে হয়। সমান করার জন্য সমীকরণের উভয় পাশে বিক্রিয়ক এবং উৎপাদকে বিভিন্ন সংখ্যা দিয়ে গুণ করতে হয়।
• যখন রাসায়নিক বিক্রিয়ার এক পাশে দ্বিপরমাণু মৌল যেমন \mathrm{N_2, O_2} থাকে এবং যৌগিক অণুকে প্রয়োজনীয় সংখ্যা দিয়ে গুণ করার পর দেখা যায় দ্বিপরমাণুক মৌল একপাশে বিজোড় অবস্থায় বিরাজ করে তখন আমাদের দ্বিপরমাণুক ভগ্নাংশ দিয়ে গুণ করতে হয়।

\mathrm{C_6H_{14}+O_2\rightarrow CO_2+H_2O}\\ \Rightarrow \mathrm{C_6H_{14}+O_2\rightarrow 6 CO_2+7 H_2O}

• এখন দেখা যায় যে, ডান পাশে 13 টা অক্সিজেন বিদ্যমান যা 2 দ্বারা বিভাজ্য। এক্ষেত্রে আমাদের ভগ্নাংশ দিয়ে গুণ করতে হবে।

\mathrm{C_6H_{14}+\frac{13}{2}O_2\rightarrow CO_2+H_2O}

উভয় পক্ষে 2 দিয়ে গুণ করে পাই,

\mathrm{C_6H_{14}+16O_2\rightarrow 12 CO_2+14 H_2O}

দেখা যাচ্ছে যে, সমীকরণটির সমতা যথাযথ হয়েছে।

এখন একটা রাসায়নিক বিক্রিয়ার সমীকরণ গঠন করে সমতা করা যাক।

চুনের জলীয় দ্রবণের সাথে সালফিউরিক এসিড (Sulphuric acid) বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম ফসফেট ও পানি উৎপন্ন করে। বিক্রিয়াটির সমতাকরণ কর।

\mathrm{Ca(OH)_2+H_3PO_4\rightarrow Ca_3(PO_4)_2+H_2O}

প্রথমে ক্যালসিয়াম সমতার জন্য বাম পাশে \mathrm{CaOH_2} এর সাথে 3 গুণ দিব।

\mathrm{3 Ca(OH)_2+H_3(PO_4)\rightarrow Ca_3(PO_4)_2+H_2O}

এবার বাম পক্ষে 1টা \mathrm{PO_4^{3-}} আয়ন থাকলেও ডান পক্ষে তা 2টা। তাই \mathrm{H_3PO_4} কে 2 দিয়ে গুণ করলে \mathrm{PO_4} এর সমতা হবে।

\mathrm{3 Ca(OH)_2+2 H_3PO_4\rightarrow Ca_3(PO_4)_2+H_2O}

এবার বামপক্ষে 12 টা হাইড্রোজেন থাকলেও ডানপাশে কেবল 2টা। তাই \mathrm{H_2O} এর সাথে 6 গুণ দিতে হবে।

\mathrm{3 Ca(OH)_2+2 H_3PO_4\rightarrow Ca_3(PO_4)_2+6 H_2O}

∴ রাসায়নিক বিক্রিয়াটি সমতাকৃত হয়েছে।

মৌল এবং রাসায়নিক সমীকরণ (Chemical element and chemical equations)

রসায়নের যে শাখায় বিক্রিয়কের পরিমাণ থেকে উৎপাদের পরিমাণ এবং উৎপাদন পরিমাণ থেকে বিক্রিয়কের পরিমাণ হিসাব করা হয় তাকে স্টয়কিওমিতি (Stoichiometry) বলে।

স্টয়কিওমিতি অনুযায়ী আমরা বলতে পারি কতটি বিক্রিয়ক, কত মোল বিক্রিয়ক ও কত গ্রাম বিক্রিয়ক বিক্রিয়া করে কতটি উৎপাদ, কত মোল উৎপাদ ও কত গ্রাম উৎপাদ তৈরি করে। যেমন :

\mathrm{Na_2CO_3(s)+HCl (aq)\rightarrow NaCl(aq)+H_2O (l)+CO_2(g)}

প্রথমে বিক্রিয়াটি সমতা করে পাই,

\mathrm{Na_2CO_3(s)+2 HCl (aq)\rightarrow 2 NaCl(aq)+H_2O (l)+CO_2(g)}

1 মোল \mathrm{Na_2CO_3} অণু

=1\times6.023\times10^{23} টি  \mathrm{Na_2CO_3} অণু

=1\times106=106 g

2 মোল \mathrm{HCl} অণু

=2\times6.023\times10^{23} টি \mathrm{HCl} অণু

=2\times36.6=73 g

2 মোল \mathrm{NaCl} অণু

=2\times6.023\times10^{23} টি \mathrm{NaCl} অণু

=2\times58.5=117 g

1 মোল \mathrm{H_2O}  অণু

=1\times6.023\times10^{23} টি \mathrm{H_2O} অণু

=1\times18=18 g

1 মোল \mathrm{CO_2} অণু

=1\times6.023\times10^{23} টি \mathrm{CO_2} অণু

1\times44=44 g

চলো বন্ধুরা, এবার দুটি প্রশ্নের সমাধান করা যাক।

6 মোল পানি উৎপন্ন করতে কত মোল \mathrm{O_2} প্রয়োজন?

সমাধান :

\mathrm{2 H_2+O_2\rightarrow 2H_2O}

এখানে, 2 মোল \mathrm{H_2} ও 1 মোল \mathrm{O_2} বিক্রিয়া করে 2 মোল \mathrm{H_2O} উৎপন্ন করে।

2 মোল \mathrm{H_2O} উৎপন্ন করতে \mathrm{O_2} প্রয়োজন =1 মোল

\therefore 1 মোল \mathrm{H_2O} উৎপন্ন করতে \mathrm{O_2} প্রয়োজন =12 মোল

\therefore 6 মোল \mathrm{H_2O} উৎপন্ন করতে \mathrm{O_2} প্রয়োজন =\frac{1\times6}{2} মোল

=3 মোল

প্রমাণ তাপমাত্রা ও চাপে 4 লিটার \mathrm{N_2} থেকে কত লিটার \mathrm{NH_3} পাওয়া যাবে? ( এখানে, বিক্রিয়ক ও উৎপাদন সকল পদার্থ গ্যাসীয় )

সমাধান :

\begin{matrix} \mathrm{N_2 (g)}\\ 22.4\\ লিটার \end{matrix}+\begin{matrix} \mathrm{3H_2 (g)}\\ 3\times22.4\\ =67.2 লিটার \end{matrix}\begin{matrix} \rightarrow \\ = \end{matrix} \begin{matrix} \mathrm{2NH_3}\\ 2\times 22.4\\ =44.8 লিটার \end{matrix}

প্রমাণ তাপমাত্রা ও চাপে,

22.4 লিটার \mathrm{N_2} থেকে \mathrm{NH_3} পাওয়া যায় =44.8 লিটার

\therefore 1 লিটার \mathrm{N_2} থেকে \mathrm{NH_3} পাওয়া যায় =\frac{44.8}{22.4} লিটার

\therefore 4 লিটার \mathrm{N_2} থেকে \mathrm{NH_3} পাওয়া যায় =\frac{44.8\times4}{22.4} লিটার

=8 লিটার

লিমিটিং বিক্রিয়ক (Limiting Reactant)

রাসায়নিক বিক্রিয়ায় (chemical reaction) যে বিক্রিয়ক বিক্রিয়া করে শেষ হয়ে যায় তাকে লিমিটিং বিক্রিয়ক (Limiting Reactant) বলে। এবং দেখা যায় অপর বিক্রিয়ক প্রায়ই অবশিষ্ট থেকে যায়। 

5 গ্রাম হাইড্রোজেন গ্যাসের মধ্যে 75 গ্রাম ক্লোরিন গ্যাস মিশ্রিত করা হলো, এখানে কোন বিক্রিয়কটি লিমিটিং বিক্রিয়ক? এবং কোন বিক্রিয়াটি বিক্রিয়া শেষে অবশিষ্ট থাকবে?

সমাধান :

\begin{matrix} \mathrm{H_2}\\ 2 গ্রাম \end{matrix}+\begin{matrix} \mathrm{Cl_2}\\ 2\times 35.5=71গ্রাম \end{matrix}\rightarrow \begin{matrix} \mathrm{2HCl}\\ 2\times 36.5=73গ্রাম \end{matrix}

2 গ্রাম \mathrm{H_2} এর সাথে \mathrm{Cl_2} বিক্রিয়া করে =71 গ্রাম

\therefore 1 গ্রাম \mathrm{H_2} এর সাথে \mathrm{Cl_2} বিক্রিয়া করে =\frac{71}{2} গ্রাম

\therefore 5 গ্রাম \mathrm{H_2} এর সাথে \mathrm{Cl_2} বিক্রিয়া করে =\frac{71\times5}{2} গ্রাম

=177.5 গ্রাম \mathrm{Cl_2}

কিন্তু প্রশ্নে 75 গ্রাম \mathrm{Cl_2} দেওয়া আছে। সুতরাং বিক্রিয়া শেষ হওয়ার পূর্বেই \mathrm{Cl_2} শেষ হয়ে যাবে। সুতরাং \mathrm{Cl_2} লিমিটিং বিক্রিয়ক।

71 গ্রাম ক্লোরিনের সাথে \mathrm{H_2} বিক্রিয়া করে =2 গ্রাম

\therefore 75 গ্রাম ক্লোরিনের সাথে \mathrm{H_2} বিক্রিয়া করে =\frac{75\times2}{71} গ্রাম

=2.11 গ্রাম

\therefore \mathrm{H_2} অবশিষ্ট থাকবে =(5-2.11)=2.89 গ্রাম

উৎপাদের শতকরা পরিমাণ হিসাব (Calculation of the Percentage of Yield)

যে বিক্রিয়ক সবচেয়ে বেশি বিশুদ্ধ তাকে অ্যানালার বা অ্যানালার গ্রেড বলে।

রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ব্যবহৃত বিক্রিয়কগুলো 100% বিশুদ্ধ না। তবে 99% বিশুদ্ধ করা গেলে তাকে অ্যানালার বলে।

• কোনো অবিশুদ্ধ পদার্থকে বিশুদ্ধ করার জন্য কেলাসন, পাতন, আংশিক পাতন, ক্রোমাটোগ্রাফি ইত্যাদি ব্যবহার করা হয়।
• কোনো বিক্রিয়ক 100% বিশুদ্ধ না হলে যতটুকু উৎপাদ হওয়ার কথা তার চেয়ে কম হয়। সেই উৎপাদের শতকরা পরিমাণ

=\frac{\text{বিক্রিয়া থেকে প্রাপ্ত প্রকৃত উৎপাদ}}{\text{রাসায়নিক সমীকরণ থেকে হিসাবকৃত উৎপাদের পরিমাণ}}\times 100%

80 গ্রাম \mathrm{CaCO_3} কে তাপ দিয়ে 39 গ্রাম \mathrm{CaO} পাওয়া গেলে উৎপাদের শতকরা পরিমাণ বের করো।

চলো এটা সমাধান করা যাক।

সমাধান :

\begin{matrix} \mathrm{CaCO_3}\\ 40+12+16\times 3\\ =100 \text{ g} \end{matrix} \overset{\Delta}{\rightarrow}\begin{matrix} \mathrm{CaO}\\ 40+16\\ =56 \text{ g} \end{matrix}+\begin{matrix} \mathrm{CO_2}\\ 12+16\times 2\\ =44 \text{ g} \end{matrix}

100 গ্রাম \mathrm{CaCO_3} থেকে \mathrm{CaO} পাওয়া যায় =56 গ্রাম

\therefore 80 গ্রাম \mathrm{CaCO_3} থেকে \mathrm{CaO} পাওয়া যায় \frac{56\times80}{100} গ্রাম

=44.8 গ্রাম

কিন্তু বিক্রিয়া হতে উৎপন্ন হয়েছে 39 গ্রাম \mathrm{CaO}.

∴ উৎপাদের শতকরা পরিমাণ =\frac{\text{বিক্রিয়া থেকে প্রাপ্ত প্রকৃত উৎপাদ}}{\text{রাসায়নিক সমীকরণ থেকে হিসাবকৃত উৎপাদের পরিমাণ}}\times 100%

=\frac{39\times100}{44.8}%=87.05 %