লা-শাতেলীয় নীতি বিবৃত সম্পর্কিত প্রশ্ন এন্ড উত্তর

প্রশ্নঃ অম্লের বিয়োজন ধ্রুবক বলতে কী বুঝ? (The separation constant of acid?)

উত্তর:

একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় প্রতি লিটার জলীয় দ্রবণে উপস্থিত কোনো অম্লের সংখ্যার যে ভগ্নাংশ  বিয়োজিত থাকে, তাকে ঐ অম্লের বিয়োজন ধ্রুবক বলা হয়।

মনে করি, একটি এসিড জলীয় দ্রবণে নিম্নরূপে আয়নিত অবস্থায় আছে।

\begin{array}{c} \mathrm{HB}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}+\mathrm{B}^{-} \\ K_{a}=\frac{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{B}^{-}\right]}{[\mathrm{HB}]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right]} \\ =\frac{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{B}^{-}\right]}{[\mathrm{HB}]} \end{array}   

 [এর মান পানির ঘনমাত্রার উপর নির্ভরশীল নয়।]

এসিড জলীয় দ্রবণে H^{+} দান করে অর্থাৎ, \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right] উৎপন্ন করে। এখানে, \mathrm{Ka} হলো এসিড বিয়োজন ধ্রুবক এর একক হলো \operatorname{mol} \mathrm{L}^{-1} । এর  মান অধিক হলে ঐ এসিড এর শক্তিমাত্রা বেশি হয়।

প্রশ্নঃ হাইড্রাসিডসমূহের অম্লত্বের ক্রম আলোচনা কর। (Discuss the order of acidity of hydracids?)

উত্তর:

হাইড্রাসিডসমূহ হলো HF, HCl, HBr, HI। এরা জলীয় দ্রবণে অম্ল ধর্ম দেখায়। এদের অম্লত্বের শক্তিমাত্রা ঋণাত্মক আয়নের আকারের উপর নির্ভর করে। ঋণাত্মক আয়নের আকার যত বড় হয় বন্ধনটি তত বেশি দুর্বল হয়। এতে বন্ধন বিয়োজন শক্তির মান তত বেশি দুর্বল হয়। এতে বন্ধন বিয়োজন শক্তির মান হ্রাস পায়। এতে অণুর বিয়োজন বৃদ্ধি পায়। অণুর বিয়োজন বেশি হলে, উৎপন্ন H^{+} এর পরিমাণ বেশী হয়। এতে \mathrm{Ka} এর মান বৃদ্ধি পায় এবং এসিডটি অধিক শক্তিশালী হয়। তাই এক্ষেত্রে অম্লত্বের ক্রম হলো

\mathrm{HI}>\mathrm{HBr}>\mathrm{HCl}>\mathrm{HF}

প্রশ্নঃ HF একটি দুর্বল এসিড কেন?

উত্তর:

১। F^{-} আয়নের আকার ছোট হওয়ায় H – F বন্ধনটি শক্তিশালী হয়। এতে বন্ধন বিয়োজন শক্তির মান বৃদ্ধি পায় বিধায় এটি কম পরিমাণে আয়নিত হতে পারে। ফলে প্রাপ্ত H^{+} এর পরিমাণ কম হওয়ায় k_{a} এর মান হ্রাস পায় তাই এটি দুর্বল এসিড।

২। HF একটি সর্বাধিক পোলার যৌগ হওয়ায় এটি দ্রাবক পানির সাথে H বন্ধন গঠন করে। এর ফলে H – F এর আয়নিত হওয়ার প্রবণতা হ্রাস পায়। এতে k_{a} এর মান কমে তাই এটি একটি দুর্বল এসিড।

প্রশ্নঃ \mathrm{HCIO}_{4}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} এবং \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4} এর শক্তিমাত্রার ক্রম আলোচনা কর । (Discuss the order of energy of \mathrm{HCIO}_{4}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} and \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4})

উত্তর:

অক্সো এসিডসমূহের অম্লত্বের শক্তিমাত্রা কেন্দ্রীয় পরমাণুর ধণাত্মক জারণ সংখ্যার উপর নির্ভর করে। ধণাত্মক জারণ সংখ্যা বৃদ্ধি পেলে অক্সো এসিডের 0 – H বন্ধনটি দুর্বল হয়। অর্থাৎ H^{+} দান করা সহজ হয়। অধিক পরিমাণ H^{+} উৎপন্ন হওয়ার কারণে k_{a} এর মান বৃদ্ধি পায়। তাই শক্তিমাত্রাও বৃদ্ধি পায়। এক্ষেত্রে তত্ত্বের শক্তিমাত্রার ক্রম হলো-

\mathrm{HCIO}_{4}>\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}>\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}

image not found sheet 32

প্রশ্নঃ \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}, ও \mathrm{HNO}_{3} এর মধ্যে কোনটি অধিক অম্ল ধর্মী এবং কেন? (\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}, and\mathrm{HNO}_{3}, which is more acidic and why?)

উত্তর:

প্রদত্ত এসিড ২টির মধ্যে কেন্দ্রীয় পরমাণুর ধণাত্মক জারণ সংখ্যার মান সমান। অক্সো-এসিডসমূহের ক্ষেত্রে কেন্দ্রীয় পরমাণু ধণাত্মক জারণ সংখ্যার মান সমান হলে, তবে শক্তিমাত্রা কেন্দ্রীয় পরমাণুর আকারের উপর নির্ভর করে। কেন্দ্রীয় পরমাণুর আকার যত ছোট হয় এর তড়িৎ ঋণাত্মকতার মানও তত বৃদ্ধি পায়। এ কারণেও 0-H বন্ধন দুর্বল হয়ে পড়ে এবং H পরমাণুটি H^{+} আকারে সহজে বিচ্যুত হতে পারে। এর ফলে k_{a} এর মান বাড়ে এবং অম্লত্বের শক্তিমাত্রাও বাড়ে। এজন্য \mathrm{HNO}_{3}, \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}  অপেক্ষা শক্তিমাত্রা বেশি। একই কারণে, \mathrm{HClO}_{4}>\mathrm{HBrO}_{4}>\mathrm{HIO}_{4}.

প্রশ্নঃ ক্ষারকে বিয়োজন ধ্রুবক বলতে কী বোঝ? (What do you mean by alkali separation constant?)

উত্তর:

একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় প্রতি লিটার জলীয় দ্রবণে উপস্থিত কোনো ক্ষারকের মোল সংখ্যার যে ভগ্নাংশ বিয়োজিত অবস্থায় থাকে, তাকে ঐ ক্ষারকের বিয়োজন ধ্রুবক বলে।

B^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{HB}+\mathrm{OH}^{-}

ক্ষারক

K_{b}=\frac{[H B]\left[O H^{-}\right]}{\left[B^{-}\right]\left[H_{2} O\right]}=\frac{[H B]\left[O H^{-}\right]}{\left[B^{-}\right]}

এখানে, k_{b} হলো ক্ষারুকের বিয়োজন ধ্রুবক। এর মান বৃদ্ধি পেলে ক্ষারকের শক্তিমাত্রা বৃদ্ধি পায়। এর একক হলো \operatorname{mol} \mathrm{L}^{-1}

প্রশ্নঃ ক্ষারকের অম্লত্ব বলতে কী বুঝ? (What is meant by acidity of alkali?)

উত্তর:

কোনো ক্ষারকের এসিড নিরপেক্ষ করার ক্ষমতাকে ঐ ক্ষারকের অম্লত্ব বলা হয়। কোনো ক্ষারকের 1 mol মনোপ্রোটিক (HCl) এসিডের যত মোলকে সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত করতে পারে সে সংখ্যা দ্বারা অম্লত্ব নির্ধারণ করা হয়। যেমন- \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2} এর অম্লত্ব 2; CaO এর অম্লত্ব 2

\begin{array}{c} \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CaCl}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ \mathrm{CaO}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CaCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \end{array}

প্রশ্নঃ \mathrm{AI}_{2} \mathrm{O}_{3}, \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}, \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3} এদের অম্লত্ব নির্ণয় কর। (Determine the acidity of \mathrm{AI}_{2} \mathrm{O}_{3}, \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}, \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3})

উত্তর:

এদের অম্লত্ব এর সাথে বিক্রিয়া করিয়ে নির্ণয় করা যায়-

\begin{aligned} \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}+6 \mathrm{HCl} \rightarrow & 2 \mathrm{AlCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ & \text { অম্লত্ব-6 } \\ \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3}+6 \mathrm{HCl} \rightarrow & 2 \mathrm{FeCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ & \text { অম্লত্ব-6 } \\ \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}+3 \mathrm{HCl} \rightarrow & \mathrm{FeCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ & \text { অম্লত্ব-3 } \end{aligned}

প্রশ্নঃ অম্লের ক্ষারকত্ব বলতে কী বুঝ? (What do you mean by alkalinity of acid?)

উত্তর:

কোনো অম্লের ক্ষারক নিরপেক্ষ করার ক্ষমতাকে ঐ অম্লের ক্ষরকত্ব বলে। কোনো অম্লের 1 মোল মনোপ্রোটিক ক্ষারের ( একটি H^{+} গহণ করতে পারে) যত mol কে সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত করতে পারে  সে সংখ্যা দ্বারা ক্ষারকত্ব নির্ণয় করা হয়। \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}  একটি দ্বিক্ষারীয় এসিড।

2 \mathrm{NaOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{SO}_{4}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

প্রশ্নঃ \mathrm{CO}_{2}, \mathrm{SO}_{3}, \mathrm{P}_{2} \mathrm{O}_{5} এদের ক্ষারকত্ব নির্ণয় কর। (Determine the alkalinity of \mathrm{CO}_{2}, \mathrm{SO}_{3}, \mathrm{P}_{2} \mathrm{O}_{5})

উত্তর:

\begin{array}{l} \mathrm{CO}_{2}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ \mathrm{SO}_{2}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{SO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ \mathrm{P}_{2} \mathrm{O}_{5}+6 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}_{3} \mathrm{PO}_{4}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ \text { ক্ষারকত্ব-6 } \end{array}

প্রশ্নঃ \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}, \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{3}, \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{2}  এদের ক্ষারকত্ব নির্ণয় কর। (Determine the alkalinity of \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}, \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{3}, \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{2})

উত্তর:

প্রদত্ত  অক্সো এসিডসমূহের ক্ষেত্রে O-H বন্ধনের পরমাণুটি প্রোটন হিসেবে বিচ্যুত হয়। এই প্রতিস্থাপনীয় H  পরমাণুর সংখ্যা দ্বারা ক্ষারকত্ব নির্ধারিত হয়। নিম্নোক্ত গাঠনিক সংকেত হতে বলা যায় যে, এদের ক্ষারকত্ব যথাক্রমে 3, 2, 1

image not found sheet 34

প্রশ্নঃ পানির আয়নিক গুণফল বলতে কী বুঝ? (The ionic product of water?)

উত্তর:

একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় পানির আয়নিকরণের  ফলে উৎপন্ন \mathrm{H}^{+} বা \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} এবং \mathrm{OH}^{-} আয়নের মোলার ঘনমাত্রার গুণফলকে ঐ তাপমাত্রায় পানির আয়নিক গুণফল বলা হয়। একে K_{w} দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}+\mathrm{OH}^{-}
\begin{aligned} K_{d} &=\frac{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right]^{2}} \quad\left[K_{d}=\text { পানির বিয়োজন ধ্রুবক }\right] \\ &=K_{w} \\ \end{aligned}
\begin{aligned} \text { বা, } \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} & \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \\ K_{d} &=\frac{\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]}{\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right]} \\ \therefore\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right] &=K_{d} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ &=K_{w} \end{aligned}

আয়নিত হবার পর পানির ঘনমাত্রা পরিবর্তিত হয় না।

25^{\circ} \mathrm{C} তাপমাত্রায় পানির আয়নিক গুণফলের মান হল 1 \times 10^{-14} । তাপমাত্রা বৃ্দ্ধি পেলে এর মান বৃ্দ্ধি পেতে থাকে । সুতরাং, 

\begin{array}{c} {\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]=10^{-14}} \\ \text { বা, }\left[\mathrm{H}^{+}\right]^{2}=10^{-14} \\ \therefore \quad\left[\mathrm{H}^{+}\right]^{2}=10^{-7} \end{array}

( পানির আয়নিকরণের ফলে \mathrm{H}^{+} এবং \mathrm{OH}^{-} এর পরিমাণ সমান)

\therefore \quad\left[H^{-}\right]^{2}=10^{-7}

যেহেতু পানির \mathrm{H}^{+} এবং \mathrm{OH}^{-} এর পরিমাণ সমান তাই এটি নিরপেক্ষ হবে।

প্রশ্নঃ pH বলতে কী বুঝ? pOH বলতে কী বুঝ? (What do you mean by pH and pOH)

উত্তর:

কোনো দ্রবণের H^{+} এর মোলার ঘনমাত্রার ঋণাত্মক লগারিদমকে ঐ দ্রবণের pH বলে।

\begin{array}{c} pH=-\log 10\left[H^{+}\right] \\ {\left[H^{+}\right]=10^{-P H}} \end{array}   

অর্থাৎ, কোনো দ্রবণের pH মান 1 একক বাড়লে \left[\mathrm{H}^{+}\right]=10 গুণ হ্রাস পায়। দুইটি দ্রবণের pH মান যথাক্রমে 3 এবং 5 হলে, প্রথম দ্রবণটিতে 10^{2} গুণ H^{+} বেশি আছে। কোনো দ্রবণের OH^{-} মোলার ঘনমাত্রার সংখ্যামানের ঋণাত্মক লগারিদমকে ঐ দ্রবণের pOH বলে।

\begin{array}{c} p O H=-\log 10\left(O H^{-}\right) \\ {\left[O H^{-}\right]=10^{-P O H}} \end{array} 

অর্থাৎ \left[\mathrm{OH}^{-}\right] এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পেলে pOH এর মান হ্রাস পায়।

প্রশ্নঃ পানির আয়নিক গুণফল হতে pH স্কেল প্রতিষ্ঠা কর। (Establish the pH scale from the ionic product of water)

উত্তর:

25°C তাপমাত্রায় পানির আয়নিক গুণফলের ক্ষেত্রে,

\begin{array}{c} {\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]=10^{-14}} \\ \text { বা, } \quad \log \left[\mathrm{H}^{+}\right]+\log \left[\mathrm{OH}^{-}\right]=\log 10^{-14} \\ \text { বা, } \quad-\mathrm{pH}-\mathrm{POH}=-14 \\ \therefore \mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14 \end{array}

আবার,

\begin{array}{l} {\left[\mathrm{H}^{+}\right]\left[\mathrm{OH}^{-}\right]=10^{-14}} \\ \text { বা, } \quad\left[\mathrm{H}^{+}\right]^{2}=10^{-14} \\ \text { বা, } \quad-\log \left[\mathrm{H}^{+}\right]^{2}=-\log 10^{-14} \\ \text { বা, } 2 p H=14 \\ \therefore \quad p H=7 \end{array}

যেহেতু পানির আয়নিকরণের ফলে উৎপন্ন \left[\mathrm{H}^{+}\right] এবং \left[\mathrm{OH}^{-}\right] এর পরিমাণ সমান। তাই পানি একটি নিরপেক্ষ যৌগ। যেহেতু পানির pH এর মান 7 তাই নিরপেক্ষ দ্রবণের pH মান 7 হবে। পানিতে সামান্য পরিমাণ এসিড যোগ করা হলে এতে \left[\mathrm{H}^{+}\right] বৃদ্ধি পায়। তখন ঐ দ্রবণে pH মান 7 অপেক্ষা কমে যায়। অর্থাৎ, দ্রবণটি অম্লীয় হবে। আবার, পানিতে পৃথকভাবে ক্ষার যোগ করা হলে, দ্রবণে \left[\mathrm{OH}^{-}\right] এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং \left[\mathrm{H}^{+}\right] এর ঘনমাত্রা হ্রাস পায়। তখন pH এর মান 7 অপেক্ষা বেশি হবে। অর্থাৎ, দ্রবণটি ক্ষারীয় হবে। সুতরাং, কোনো  দ্রবণের pH = 7 হলে, তা নিরপেক্ষ, pH <7 হলে তা অম্লীয়, pH >7 হলে তা ক্ষারীয় হবে। 1 M ঘনমাত্রার সবল এসিড। যেমন- HCl এসিডের দ্রবণের pH মান হলো 0 তাই এর pOH মান হবে 14।সাধারণত পরীক্ষাগারে 1M ঘনমাত্রার বেশি ঘনমাত্রার দ্রবণ ব্যবহৃত হয় না। তাই pH এর মানকে (0-14) এর মধ্যে রেখে যে স্কেল বিবেচনা করা হয়েছে তাকে pH স্কেল বলা হয়।

প্রশ্নঃ \mathrm{CuSO}_{4} লবণের জলীয় দ্রবণ অম্লধর্মী কেন বা pH < 7 কেন? (Why is the aqueous solution of \mathrm{CuSO}_{4} acidic or pH <7)

উত্তর:

\mathrm{CuSO}_{4} জলীয় দ্রবণে আর্দ্র বিশ্লেষিত হয়ে দুর্বল ক্ষারক \mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2} এবং সবল এসিড \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} উৎপন্ন করে।

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

দ্বিতীয় পদ্ধতিঃ  

\begin{array}{c} \mathrm{CuSO}_{4} \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}+\mathrm{SO}_{4}^{2-} \\ \mathrm{Cu}^{2+}+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} \end{array}

যেহেতু, বিক্রিয়া হতে দেখা যায় যে, জলীয় দ্রবণে \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} এর পরিমাণ বৃদ্ধি পায় তাই দ্রবণের pH<7  হয়। একে ক্যাটায়নিক আর্দ্র বিশ্লেষণ বিক্রিয়া বলে।

প্রশ্নঃ \mathrm{FeCl}_{3}এর জলীয় দ্রবণ অম্লধর্মী কেন? (Why is the aqueous solution of \mathrm{FeCl}_{3} acidic?)

উত্তর:

\mathrm{FeCl}_{3} জলীয় দ্রবণে বিক্রিয়া করে \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3} ও \mathrm{HCI} উৎপন্ন করে। \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3} দুর্বল ক্ষারক ও \mathrm{HCI} অধিক শক্তিশালী এসিড বলে। দ্রবণ অম্লধর্মী দেখাবে।

\mathrm{FeCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}+3 \mathrm{HCl}

যেহেতু, ক্ষার অপেক্ষা এসিড শক্তিশালী। তাই \mathrm{OH}^{-} অপেক্ষা \mathrm{H}^{+} এর আধিক্য বেশি। এখানে, জলীয় দ্রবণে pH<7

\begin{array}{c} \mathrm{FeCl}_{3}-\mathrm{Fe}^{3+}+3 \mathrm{Cl}^{-} \\ \mathrm{Fe}^{3+}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}+3 \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} \end{array}

যেহেতু, জলীয় দ্রবণে \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} এর আধিক্য বেশি তাই pH <7 হবে।

প্রশ্নঃ \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3} এর জলীয় দ্রবণ ক্ষারধর্মী কেন বা pH>7 কেন? (Why is the aqueous solution of \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3} alkaline or pH> 7)

উত্তর:

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

এক্ষেত্রে \mathrm{NaOH}একটি সবল ক্ষার এবং \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} এসিড একটি দুর্বল এসিড হওয়ায় জলীয় দ্রবণে \mathrm{OH}^{-} এর আধিক্য ঘটে। তাই দ্রবণের pH>7 বা দ্রবণ ক্ষারধর্মী হয়।

দ্বিতীয় পদ্ধতিঃ

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

যে অংশ দুর্বল তার আর্দ্রবিশ্লেষণ বলে।

\begin{array}{c} \mathrm{CO}_{3}^{2-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{HCO}_{3}^{-}+\mathrm{OH}^{-} \\ \mathrm{HCO}_{3}^{-}+\mathrm{OH}^{-} \rightleftharpoons \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{OH}^{-} \end{array}

অর্থাৎ জলীয় দ্রবণে \mathrm{OH}^{-} এর পরিমাণ বৃদ্ধি পাওয়ায় pH >7 হয়। একে অ্যানায়নিক আর্দ্রবিশ্লেষণ বিক্রিয়া বলে।

প্রশ্নঃ অসওয়াল্ড এর লঘুকরণ সূত্রটি বিবৃত কর। (Explain Oswald’s mitigation formula.)

উত্তর:

কোনো দ্রবণে উপস্থিত কোনো অম্ল বা ক্ষারকের মোল সংখ্যার যে ভগ্নাংশ বিয়োজিত অবস্থায় থাকে তাকে ঐ অম্ল বা ক্ষারকের বিয়োজন মাত্রা বলে ।

অর্থাৎ,   \text { বিয়োজন মাত্রা = } \frac{\text { বিয়োজিত অনু বা ক্ষারকের মোল সংখ্যা }}{\text { দ্রবীভূত ঐ এসিড বা ক্ষারকের প্রাথমিক মোল সংখ্যা }}

অসওয়াল্ডের সূত্র মতে,

লঘু দ্রবণে দুর্বল তড়িৎ বিশ্লেষ্য যেমন- মৃদু এসিড বা মৃদু ক্ষারকের বিয়োজন মাত্রা ঐ এসিড বা ক্ষারকের দ্রবণের ঘনমাত্রার বর্গমূলের ব্যাস্তানুপাতিক। ।

গাণিতিক প্রমাণ (Mathematical proof):  মনে করি, একটি দুর্বল এসিড নিম্নরূপে জলীয় দ্রবণে আয়নিত অবস্থায় থাকে।

\begin{array}{cccc} & H A & \rightleftharpoons H^{+}+ & A^{-} \\ \text {প্রথম অবস্থায়: } & C \operatorname{molL}^{-1} & 0 & 0 \\ \text { সাম্যাবস্থায়: } & C(1-\alpha) & C \alpha & C \alpha \\ & \operatorname{molL}^{1} & \operatorname{molL}^{-1} & \operatorname{molL}^{-1} \end{array}

এখানে, ‘C’ হচ্ছে এসিডের প্রাথমিক ঘনমাত্রা এবং \alpha হচ্ছে বিয়োজন মাত্রা

∴   ভরক্রিয়ার সূত্র মতে, এসিড বিয়োজন বিক্রিয়ার সাম্যধ্রুবক।

\begin{array}{cccc} K_{a}=\frac{\left[H^{+}\right]\left[A^{-}\right]}{[H A]}\\ \text{ বা, } \quad K_{a}=\frac{C \alpha \cdot C \alpha}{C(1-\alpha)}\\ \text{ বা, } K_{a}=\frac{C^{2} \alpha^{2}}{C(1-\alpha)}\\ \text{ বা, } K_{a}=\frac{C \alpha^{2}}{1-\alpha} \end{array} 

মৃদু এসিডের বেলায় বিয়োজন মাত্রা এর মান খুবই মৃদু বিধায় 1-<\approx 1 ধরা হয়।

\therefore \quad k_{a}=C \alpha^{2}

বা,  \alpha=\sqrt{\frac{k a}{c}}

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় k, এর মান ধ্রুবক বিধায়,

K_{a} \propto \frac{1}{\sqrt{C}}

অনুরূপে দূর্বল ক্ষারকের, \quad \alpha=\sqrt{\frac{K_{b}}{C}}

\therefore K_{b} \propto \frac{1}{\sqrt{c}}

অর্থাৎ মৃদু অল্প বা ক্ষারকের বিয়োজন মাত্রা এদের প্রাথমিক ঘনমাত্রার বর্গমূলের ব্যাস্তানুপাতিক। এটি অসওয়াল্ডের সূত্রের গাণিতিক প্রকাশ। প্রযোজ্যতাঃ

১। মৃদু এসিড বা মৃদু ক্ষারক বা মৃদু তড়িৎ বিশ্লেষ্যের দ্রবণের বেলায় এটি প্রযোজ্য।

২। লঘু দ্রবণের ক্ষেত্রে এটি প্রযোজ্য । তবে অসীম লঘু দ্রবণের ক্ষেত্রে এটি প্রযোজ্য নয়। কারণ এ ধরনের দ্রবণে দুর্বল এসিড বা ক্ষারক সম্পূর্ণরূপে অয়নিত হয়।

প্রশ্নঃ বাফার দ্রবণ বলতে কী বুঝ? এর শ্রেণিবিভাগ উল্লেখ কর। (Buffer solution,. Mention its classification.)

উত্তর:

যে দ্রবণের সামান্য পরিমাণ সরল এসিড বা ক্ষারক যোগ করার পরেও দ্রবণের pH মান প্রায় অপরিবর্তিত থাকে তাকে বাফার দ্রবণ বলে। কোনো দ্রবণের pH পরিবর্তনের প্রতিরোধ করার ক্ষমতা সে দ্রবণের বাফার ক্ষমতা বলে এবং এক্ষেত্রে দ্রবণটি যে কৌশল অবলম্বন করে তা বাফার কৌশল বা বাফার ক্রিয়া বলে। এটি দুই ধরনের হয়।

১। অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণ (Buffer solution of acidic nature): এটি একটি দুর্বল এসিড এবং ঐ এসিডের সবল ক্ষারের সময়ে লবণের নির্দিষ্ট অনুপাতে তৈরি করা। যেমন-

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}  ও  \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{NaHCO}_{3}, \mathrm{HCN}+\mathrm{NaCN}

২। ক্ষারীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণ (Buffer solution of alkaline nature): এটি কোনো দুর্বল ক্ষারক এবং এর সবল এসিডের সমন্বয়ে গঠিত লবণের নির্দিষ্ট অনুপাতে তৈরি হয়।

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}+\mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl} 

প্রশ্নঃ অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের কৌশল বর্ণনা কর। অথবা, অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণ এসিড বা ক্ষারক যোগ করলে এর pH মানের কোন ধরনের পরিবর্তন হবে তা ব্যাখ্যা করো। (Explain the technique of buffer solution of acidic nature.)

উত্তর:

অম্লীয় প্রকৃতির স্কোর দ্রবণ । যেমন- \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এবং \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} মিশ্রণে এসিড এবং লবণ নিম্নরূপে আয়নিত অবস্থায় থাকে

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{Na}^{+}

এ বাফার দ্রবণে \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-} এর ঘনমাত্রা \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} এর ঘনমাত্রার প্রায় সমান। কারণ \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} দুর্বল এসিড তাছাড়া সমআয়ন প্রভাবের কারণেও এর বিয়োজন হ্রাস পায়।

বহিরাগত \boldsymbol{H}^{+} আয়নের অপসারণ (Removal of \boldsymbol{H}^{+} ions):

যদি সামান্য পরিমাণ এসিড অর্থাৎ H^{+} এই বাফার দ্রবণে যোগ করা হয়। তখন তা দ্রবণে বিদ্যমান \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}এর সাথে বিক্রিয়া করে দুর্বল এসিড \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এ পরিণত হয়। যেহেতু এটি একটি দুর্বল এসিড তাই এর বিয়োজনের পরিমাণ খুবই কম হয়। তাছাড়া সমআয়ন \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-} প্রভাবের কারণেও এর বিয়োজন এতই হ্রাস পায় যে, তা থেকে উৎপন্ন H^{+} আয়ন দ্রবণের pH মানের তেমন কোনো পরিবর্তন করতে পারে না।

অর্থাৎ প্রায় অপরিবর্তিত থাকে।

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}

বা, \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{NaCl}

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} 

বহিরাগত \boldsymbol{OH}^{-} আয়নের অপসারণ (Removal of \boldsymbol{OH}^{-} ion)::

বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণ ক্ষার অর্থাৎ OH^{-} আয়ন যোগ করা হলে তা বাফার দ্রবণে বিদ্যমান H^{+} এর সাথে বিক্রিয়া করে \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} উৎপন করে । \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} একটি মৃদু তড়িৎ বিশ্লেষ্য হওয়ার কারণে তা দ্রবণের pH মানের তেমন কোনো পরিবর্তন করতে পারে না। তাছাড়া এই বিক্রিয়ার ফলে দ্রবণে H^{+} এর ঘাটতি হতে পারে কিন্তু অবিয়োজিত ইথানয়িক এসিড বিয়োজিত হয়ে H^{+} আয়ন তৈরি করে বিক্রিয়ারত H^{+} আয়নের অভাব পূরণ করে।

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

বা,   \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} \longrightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}

অতএব, দেখা যায় যে, বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণ এসিড বা ক্ষার যোগ করা হলে তাই বাফার দ্রবণের উপাদানের সাথে আন্তঃক্রিয়ার করলে অপসারিত হয়। ফলে pH মান প্রায় অপরিবর্তিত থাকে।

ক্ষারীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের ক্রিয়াকৌশল (Mechanism of buffer solution of alkaline nature):

ক্ষারীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণে ক্ষার এবং লবণ নিম্নরূপে আয়নিত থাকে। যেমন-

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{OH}^{-}

\mathrm{HCl}+\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} \rightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} [এক্ষেত্রে \mathrm{NH}_{4}^{+} এর ঘনমাত্রা \mathrm{NH}_{4} \mathrm{CI} এর ঘনমাত্রার প্রায় সমান)।

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} একটি দুর্বল ক্ষারক এবং সমআয়ন প্রভাবের কারণে \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর বিয়োজন খুবই হ্রাস পায়।

বহিরাগত \boldsymbol{H}^{+} এর অপসারণ (Removal of \boldsymbol{H}^{+} ion):

এই বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণ এসিড তথা H^{+} আমন যোগ করা হলে তা বাফার দ্রবণের OH^{-} এর সাথে বিক্রিয়া করে খুবই দুর্বল তড়িৎ বিশ্লেষ্য তথা নিরপেক্ষ যৌগ পানিতে পরিণত হয়। এর ফলে PH মান প্রায় অপরিবর্তিত থাকে।

\mathrm{H}^{+}+\mathrm{HO}^{-} \longrightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

বা,  \mathrm{HCl}+\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} \longrightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}

এই বিক্রিয়ার ফলে দ্রবণে যে OH^{-} আয়নের অভাব তৈরি হয় তা অবিয়োজিত \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর বিয়োজনের মাধ্যমে পূরণ হয়।

\mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{OH}^{-}

বহিরাগত\boldsymbol{OH}^{-}এর অপসারণ (Removal of \boldsymbol{OH}^{-} ion):

এই বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণ ক্ষার বাOH^{-} আয়ন যোগ করা হলে তা বাফার দ্রবণের \mathrm{NH}_{4}^{+} এর সাথে বিক্রিয়া করে \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এ পরিনত হয়। যা একটি দুর্বল তড়িৎ বিশ্লেষ্য। তাছাড়া সমআয়ন প্রভাবের কারণেও \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} এর বিয়োজিত হবার প্রবণতা হ্রাস পায়। তাই দ্রবণের pH মান প্রায় অপরিবর্তিত।

\begin{array}{l} \mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{OH}^{-} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH} \\ \text { বা, } \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}+\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{OH}+\mathrm{NaCl} \end{array}

অর্থাৎ উপরোক্ত কারণে দ্রবণের pH মান প্রায় অপরিবর্তিত থাকে।

প্রশ্নঃ অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের pH নির্ণয়ের সমীকরণ প্রতিষ্ঠা কর। (Equation for determining the pH of a buffer solution of an acidic nature)

উত্তর:

অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণ যেমন \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} এবং \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} এর মিশ্রণে তৈরি বাফার দ্রবণে এসিড এবং লবণ নিম্নরূপে আয়নিত থাকে।

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}^{+} 

\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COONa} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{Na}^{+} 

এসিড বিয়োজন বিক্রিয়ার সাম্যধ্রুবক  k_{a}=\frac{\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}\right]\left[\mathrm{H}^{+}\right]}{\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}\right]}

বা,  \left[\mathrm{H}^{+}\right]=\frac{\mathrm{ka}\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}\right]}{\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-}\right]}

বা,  \log \left[H^{+}\right]=\log k_{a}-\log \frac{\text { [এসিড] }}{\text { [লবণ] }}

[ এক্ষেত্রে \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COO}^{-} এর ঘনমাত্রা লবণের ঘনমাত্রার প্রায় সমান ধরা হয়।]

বা, \mathrm{pH}=P K a+\log \frac{\text { [এসিড] }}{\text { [লবণ] }}

প্রশ্নঃ এই সমীকরণকে হেন্ডারসন হ্যাসেলবাথ সমীকরণ বলে। যার সাহায্যে অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের নির্ণয় করা যায়। ক্ষারীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের ক্ষেত্রে এই সমীকরণকে নিম্নরূপে লেখা যায়- (Henderson–Hasselbalch equation)

উত্তর:

p O H=P K_{b}+\log \frac{[\text { লবণ }]}{[\text { ক্ষারক }]}

বা,  14-pH=P K_{b}+\log \frac{[\text { লবণ }]}{[\text { ক্ষারক }]} \quad\left[pH+p O H=14\right]

বা,  pH=14-P K_{b}+\log \frac{[\text { লবণ }]}{[\text { ক্ষারক }]}

এই সমীকরণের সাহায্যে ক্ষারীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের pH নির্ণয় করা যায়।

প্রশ্নঃ রক্তের বাফার কৌশল বর্ণনা কর । (Describe the buffer strategy of blood)

উত্তর:

মানবদেহের রক্তের pH মান 7.4। অর্থাৎ সামান্য ক্ষারীয় প্রকতির। তবে রক্তের pH মান কোনো কারণে 0.5 এর বেশি পরিবর্তিত হলে জীবন সংকটাপন্ন হয়। রক্তের \mathrm{PO}_{4}^{3-}, \mathrm{H} \mathrm{CO}_{3}^{-} প্রোটিন বাফার ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। এক্ষেত্রে \mathrm{H} \mathrm{CO}_{3}^{-} এবং \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} এ কৌশল বর্ণনা করা হয়।

১। \boldsymbol{H}^{+} এর অপসারণ: (Removal of \boldsymbol{H}^{+}) : অম্ল জাতীয় যৌগ বা পদার্থ রক্তে শোষিত হলে অম্লের H^{+} নিম্নরূপে প্রশমিত হয়-

\mathrm{H}^{+}+\mathrm{HCO}_{3}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} 

উৎপন্ন \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} দুর্বল হওয়ায় তা বিয়োজিত হয়ে পানি এবং \mathrm{CO}_{2}–এ পরিণত হয়।

২। \boldsymbol{OH}^{-} এর অপসারণ (Removal of \boldsymbol{OH}^{-}): রক্তে ক্ষার জাতীয় দ্রবণ যোগ করা হলে তা নিম্নরূপে বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রশমিত হয়-

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

এভাবেই বাই কার্বনেট- কার্বনিক এসিড রক্তের pH মানের পরিবর্তন হতে দেয় না।

প্রশ্নঃ রক্তে প্রোটিনের বাফার ক্রিয়ার কৌশল বর্ণনা কর। (Describe the technique of buffering the protein in the blood)

উত্তর:

প্রোটিন হলো অ্যামাইনো এসিডের একটি পলিমার। অ্যামিনো এসিড/অ্যামাইনো এসিডের অ্যামিন মূলকের ক্ষার ধর্ম এবং কার্বক্সিল মূলকের অম্লধর্ম আছে। তাই এরা অম্লীয় মাধ্যমে ধণাত্মক আয়ন এবং ক্ষারীয় মাধ্যমে ঋণাত্মক আয়ন এবং নিরপেক্ষ মাধ্যমে জুইটার বা উভধর্মী আয়ন হিসেবে কাজ করে।

প্রশ্নঃ ক্ষারীয় রক্তে ফসফেট আয়ন বাফার দ্রবণের কৌশল বর্ণনা কর। (Describe the technique of phosphate ion buffer solution in alkaline blood)

রক্তে ফসফরিক এসিড \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4} এবং বাই ফসফেট আয়ন \mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-} বাফার বিদ্যমান। অতিরিক্ত \mathrm{H}^{+} আয়ন রক্তে যুক্ত হলে তা নিম্নরূপে প্রশমিত হয়-

\mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}+\mathrm{H}^{+} \longrightarrow \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4} 

রক্তে অতিরিক্ত ক্ষার যুক্ত হলে তা নিম্নরূপে প্ৰমশিত হয়-

 \mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}+\mathrm{OH}^{-} \longrightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} 

প্রশ্নঃ কৃষিক্ষেত্রে, শিল্পক্ষেত্রে, ঔষধশিল্পে, টয়লেট রিজ শিল্পে pH এর গুরুত্ব objective এর জন্য দেখ। (Importance of pH in agriculture, industry, pharmaceutical industry, toilet ridge industry)

উত্তর:

অম্লধর্মী মাটির pH বাড়াতে চুন এবং Ca ও Mg এর বিভিন্ন সার ব্যবহৃত হয়। অপরদিকে ক্ষারকীয় মাটির pH কমানোর জন্য বিভিন্ন নাইট্রেট সার যেমন- \mathrm{KNO}_{3},\left(\mathrm{NH}_{4}\right)_{2} \mathrm{NO}_{3} এবং ফসফেট সার যেমন- TSP ব্যবহৃত হয়। মানুষের চামড়ার pH 4.5-6 তাই প্রসাধনী সামগ্রীর pH 5.5 এর কাছাকাছি হয়।