রেডক্স বিক্রিয়া (Redox Reaction)

রেডক্স অর্থ জারণ-বিজারণ। যে বিক্রিয়ায় ইলেকট্রনের আদান-প্রদান ঘটে তাকে রেডক্স বিক্রিয়া বলে।   

Reduction (বিজারণ) শব্দের প্রথমাংশ Red এবং Oxidation (জারণ) শব্দের প্রথমাংশ Ox এর সমন্বয়ে গঠিত শব্দ হলো Redox, সুতরাং অর্ধ জারণ-বিজারণ। রেডক্স বিক্রিয়া দুটি অর্ধাংশে বিভক্ত। যেই অর্ধাংশে বিক্রিয়ক ইলেকট্রন ত্যাগ করে তাকে জারণ অর্ধবিক্রিয়া বলে। আবার যেই অর্ধাংশে অন্য বিক্রিয়ক ইলেকট্রন গ্রহণ করে তাকে বিজারণ অর্ধবিক্রিয়া বলে।

 

  

\text{Na}\rightarrow \text{Na}^++e^- [ জারণ বিক্রিয়া ]

\text{Cl}^-+e^-\rightarrow \text{Cl}  [ বিজারণ বিক্রিয়া ]

⇒ কী? চিন্তা করছো মনে রাখবে কীভাবে? সেটাও বলে দিচ্ছি।

• জারণ মানে ছারণ (অর্থাৎ ইলেকট্রন ত্যাগ)। এটি মনে রাখলে বিজারণের কথাও মনে থাকবে।
• জারক বিজারণ ঘটায়
• বিজারক জারণ ঘটায়

   

বিজারক:

(i) যে পদার্থ অন্য পদার্থকে e^- দান করে।

(ii) যে পদার্থের জারণ সংখ্যা বিক্রিয়া শেষে বৃদ্ধি পায়।

(iii) যে পদার্থ অন্য পদার্থের বিজারণ ঘটায় কিন্তু নিজে জারিত হয়।

বিজারকের উদাহরণ

(i)  C, H সহ সকল ধাতু

(ii)  বিশেষ বিজারক:

1. \text{CO}
2. \mathrm{H_2S}
3. \mathrm{HI}
4. \mathrm{NH_3}

(iii) সবচেয়ে শক্তিশালী বিজারক: \mathrm{Li}

জারক:

(i) যে পদার্থ অন্য পদার্থ থেকে e^-গ্রহণ করে।

(ii)  যে পদার্থের জারণ সংখ্যা বিক্রিয়া শেষে হ্রাস পায়।

(iii) যে পদার্থ অন্য পদার্থের জারণ ঘটায় কিন্তু নিজে বিজারিত হয়।

জারকের উদাহরণ

(i) C, H ব্যতীত সকল অধাতু

(ii)  বিশেষ জারক:

1. অম্লীয় \mathrm{K_2Cr_2O_7}
2. অম্লীয় \mathrm{KMnO_4}
3. গাঢ় \mathrm{H_2SO_4}
4. গাঢ় \mathrm{HNO_3}

(iii) সবচেয়ে শক্তিশালী জারক: F

জারণ অর্ধ-বিক্রিয়া:

\quad A l^{\circ} \rightarrow A l^{3+}+3 e^{-} \quad    (i)

বিজারণ অর্ধ-বিক্রিয়া:

\quad O_2^0+4 e^{-} \rightarrow 2 O^{2-}   (ii)

 (i) নং কে 4 দ্বারা এবং (ii) কে 3 দ্বারা গুণ করে পাই,

\begin{gathered} 4 \mathrm{Al} \rightarrow \mathrm{AAl}^3+12 e^{-} \\ 3 {\mathrm{O}_{2}{^0}}^+ +12 e^{-} \rightarrow 6 \mathrm{O}^{2-} \\ \hline 4 \mathrm{Al}+3 \mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{Al}_2 \mathrm{O}_3 \end{gathered}

এখানে \mathrm{Al} এর জারণ সংখ্যা 0 থেকে +3 তে বৃদ্ধি পেয়েছে। অর্থাৎ, \mathrm{Al} একটি বিজারক এবং এর জারণ ঘটে।

অপরদিকে \mathrm{O_2} এর জারণ সংখ্যা 0 থেকে হ্রাস পেয়ে –2 হয়। অর্থাৎ, \mathrm{O_2} একটি জারক এবং এর বিজারণ ঘটে।

সুতরাং উপরোক্ত বিক্রিয়াটি একটি জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া।

জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া একইসাথে সংঘটিত হয়।

কীভাবে? আমরা নিচের বিক্রিয়াটি বিবেচনা করি চলো।

\mathrm{Na} +\frac{1}{2}\mathrm{Cl_2}\rightarrow \mathrm{NaCl}

এখানে বিজারক পদার্থ \mathrm{Na} তার বাইরের শেলের ১টি e^- ত্যাগ করে জারণ অর্ধবিক্রিয়া সম্পন্ন করেছে। অপরদিকে জারক পদার্থ \mathrm{Cl} সেই e^- কে গ্রহণ করে বিজারণ অর্ধবিক্রিয়া সম্পন্ন করেছে।

\begin{aligned} &\mathrm{Na}^0 \rightarrow \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{e}^{-} \text {[জারণ অর্ধবিক্রিয়া] } \\ &\mathrm{Cl}^0+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cl}^{-} \text {[বিজারণ অর্ধবিক্রিয়া] } \end{aligned}

এই দুই অর্ধবিক্রিয়া যোগ করলে পাওয়া যায় :

\mathrm{Na}^{+}+\mathrm{Cl}^{-}=\mathrm{NaCl} \quad [ জারণ- বিজারণ বিক্রিয়া ]

এখানে স্পষ্টত যে জারক পদার্থ বিজারণ ঘটাচ্ছে এবং বিজারক পদার্থ জারণ ঘটাচ্ছে, এটি একে অপরকে ছাড়া সম্ভব হয় না। সুতরাং বলা যায়,

জারণ-বিজারণ যুগপৎ প্রক্রিয়া।

যেহেতু বিজারক ইলেকট্রন দান করে এবং জারক উক্ত ইলেকট্রন গ্রহণ করে কাজেই বলা যায় জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া মানে ইলেকট্রন স্থানান্তর প্রক্রিয়া।

আয়নিক সমীকরণ (Ionic Equations) : 

যে সমীকরণ দ্বারা কেবল বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী আয়ন সমূহের মাধ্যমে বিক্রিয়টি উপস্থাপন করা হয় তাকে আয়নিক সমীকরণ বলে।

দর্শক আয়ন:

জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ায় যে আয়নের জারণ সংখ্যার কোনো পরিবর্তন হয় না তাকে দর্শক আয়ন বলে।

দর্শক আয়নের উদাহরণ

\mathrm{Cl}_{2(g)}+\mathrm{H}_2 \mathrm{~S}(g) \rightarrow \mathrm{HCl}(g)+S(s)

এখানে, আয়নিক সমীকরণ:

\mathrm{Cl}_2^0(s)+\mathrm{S}^{2-} \rightarrow 2 \mathrm{Cl}^{-}(g)+\mathrm{S}^0(s)

জারণ অর্ধবিক্রিয়া:  \mathrm{S}^{2-} \rightarrow S^0+2 e^{-}

বিজারণ অর্ধবিক্রিয়া:  \mathrm{Cl}_2{ }^0+2 e^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Cl}

জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া: \mathrm{S}^{2-}+\mathrm{Cl}_2{ }^0 \rightarrow \mathrm{S}^0+2 \mathrm{Cl}^{-}

এখানে, \mathrm{H^+} দর্শক আয়ন কারণ এর জারণ সংখ্যার পরিবর্তন ঘটেনি।

জারণ সংখ্যা (Oxidation number):

কোনো অণু বা যৌগমূলকের মধ্যে অবস্থিত পরমাণুগুলোর কোনোটি ইলেকট্রন ছেড়ে দেয় আবার কোনোটি ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা দেখায়।

মৌল বা যৌগমূলক যৌগ গঠনের সময় যত সংখ্যক ইলেকট্রন বর্জন করে ধনাত্মক আয়ন উৎপন্ন করে বা যত সংখ্যক ইলেকট্রন গ্রহণ করে ঋণাত্মক আয়ন উৎপন্ন করে তার চিহ্নযুক্ত সংখ্যাকে জারণ সংখ্যা বলে।

যেমন: \mathrm{NaCl} যৌগে \mathrm{Na} এর জারণ সংখ্যা +1, \mathrm{Cl} এর জারণ সংখ্যা -1

• একক পরমাণু বা কোনো অণুর জারণ সংখ্যা 0

যেমন: \mathrm{FeSO_4} যৌগে \mathrm{Fe} এর জারণ সংখ্যা +2, কিন্তু \mathrm{Fe} ধাতুতে এর জারণ সংখ্যা 0। \mathrm{FeSO_4} যৌগটির অণুর জারণ সংখ্যাও 0। কী মজার ব্যাপার তাইনা?  

জারণ সংখ্যার নিয়ম	যৌগের সংকেত	মৌল ও জারণ সংখ্যা
ধাতু সমূহের জারণ সংখ্যা ধণাত্মক এবং অধাতু সমূহের জারণ সংখ্যা ঋণাত্মক হয়।	\mathrm{NaCl}	Na=+1 Cl=-1
নিরপেক্ষ পরমাণু বা মুক্ত মৌলের জারণ সংখ্যা 0 হয়।	\mathrm{Fe}, \mathrm{H_2}	Fe=0 H=0
আধান বিশিষ্ট আয়নে পরমাণু সমূহের মোট জারণ সংখ্যা আধান সংখ্যার সমান হয়।	\mathrm{H_2O}	H=+1 O=-2 মোট=0
আধান বিশিষ্ট আয়নে পরমাণু সমূহের মোট জারণ সংখ্যা আধান সংখ্যার সমান হয়।	\mathrm{{SO_4}^{-2}, {NH_4}^+}	\mathrm{{SO_4}^{-2}}= -2 \mathrm{{NH_4}^+}=+1
ক্ষার ধাতু সমূহের জারণ সংখ্যা +1।	\mathrm{KCl, K_2CO_3}	K=+1
মৃৎক্ষার ধাতু সমূহের জারণ সংখ্যা +2।	\mathrm{CaO, MgSO_4}	Ca=+2 Mg=+2
ধাতব হ্যালাইডে হ্যালোজেনের জারণ সংখ্যা +2 হয়।	\mathrm{MgCl_2, LiCl}	Cl=-1
অধিকাংশ যৌগে হাইড্রোজেনের জারণ সংখ্যা +1 হয়, কিন্তু ধাতব হাইড্রাইডে হাইড্রোজেনের জারণ সংখ্যা –1 হয়।	\mathrm{NH_3, LiAlH_4}	H=+1 H=-1
অধিকাংশ যৌগে অক্সিজেনের জারণ সংখ্যা –2, পার-অক্সাইডে –1, সুপার অক্সাইডে -\frac{1}{2}	\mathrm{K_2O,CaO}\\ \mathrm{K_2O_2,H_2O_2}\\ \mathrm{NaO_2, KO_2}	O=-2 O=-1 O=-\frac{1}{2}

কোনো অণুতে কোনো পরমাণুর জারণ সংখ্যা নির্ণয় করার পদ্ধতি:

→ যৌগে অবস্থিত যে পরমাণুর জারণ সংখ্যা নির্ণয় করতে হবে তার জারণ x সংখ্যা ধরি।

→ যৌগ বা আয়নে সকল মৌলের জারণ সংখ্যাকে তাদের নিজ নিজ পরমাণুর সংখ্যা দ্বারা গুণ করি।

→ জারণ সংখ্যার সমষ্টি হবে অণুর ক্ষেত্রে 0, এবং আয়নের ক্ষেত্রে চিহ্নযুক্ত চার্জ সংখ্যার সমান।

উদাহরণ:

ধরি, \mathrm{KMnO_4} অণুতে কেন্দ্রীয় পরমাণু সহ \mathrm{Mn} এর জারণ মান বের করতে হবে। ধরা যাক, \mathrm{Mn} সহ এর জারণ মান \mathrm{x}. \mathrm{K} এর জারণ মান +1</span><span style="font-weight: 400;">, \mathrm{O} এর -2। \mathrm{KMnO_4} এর অণুর জারণ সংখ্যা 0। এবার সমীকরণ গঠন করি:

(+1)\times1+x\times1+(-2)\times4=0\\ \Rightarrow x = 8-1=7 \\

\therefore \mathrm{Mn} এর জারণ সংখ্যা 7

উল্লেখ্য যে জারণ সংখ্যা আর যোজনী এক বিষয় নয়। এদের মধ্যে অনেক পার্থক্য পরিলক্ষিত হয়। 

জারণ সংখ্যা ও যোজনীর পার্থক্য

জারণ সংখ্যার নিয়ম	যোজনী
১. এটি হলো পরমাণু বা আয়নে উপস্থিত চিহ্নযুক্ত চার্জ সংখ্যা।	১. এটি হলো একটি মৌলের অন্য মৌলের সাথে যুক্ত হওয়ার সামর্থ্য।
২. এটি ধনাত্মক বা ঋণাত্মক হতে পারে।	২. এর কোনো চিহ্ন নেই ।
৩. এটি ভগ্নাংশ হতে পারে।	৩. এটি কেবল পূর্ণ সংখ্যা হতে পারে।
৪. নিরপেক্ষ মৌল বা যৌগের জারণ সংখ্যা ০	৪. কেবল নিষ্ক্রিয় মৌলের যোজনী ০

বিভিন্ন প্রকারের জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া (Different types of Redox Reactions)

১. সংযোজন বিক্রিয়া (Addition Reaction):

যে জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ায় দুই বা ততোধিক রাসায়নিক পদার্থ পরস্পরের সাথে যুক্ত হয়ে একটি মাত্র উৎপাদ উৎপন্ন করে তাকে সংযোজন বিক্রিয়া বলে।

যেমন: \mathrm{2FeCl}_2(\mathrm{ag})+\mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{FeCl}_3(\mathrm{aq})

\mathrm{N}_2(\mathrm{g})+3 \mathrm{H}_2(\mathrm{g}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_3(\mathrm{g})

যে সংযোজন বিক্রিয়ায় বিক্রিয়কগুলো মৌলিক পদার্থ তাকে সংশ্লেষণ বিক্রিয়া বলে।

যেমন: \mathrm{H}_2(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})

এক্ষেত্রে \mathrm{H}_2 ও \mathrm{O}_2 উভয়ই মৌল।

কিন্তু ক্যালসিয়াম অক্সাইড ও অক্সিজেন বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম কার্বনেট উৎপন্ন করলে সেটি সংশ্লেষণ বিক্রিয়া হয় না। কারণ এক্ষেত্রে ক্যালসিয়াম অক্সাইড মৌল নয়।

”সকল সংশ্লেষণ বিক্রিয়া সংযোজন বিক্রিয়া, কিন্তু সকল সংযোজন বিক্রিয়া সংশ্লেষণ বিক্রিয়া নয় ।”

২. বিযোজন বিক্রিয়া (Decomposition Reaction):

যে বিক্রিয়ায় একটি যৌগ ভেঙে একাধিক যৌগ বা মৌলে পরিণত হয় তাকে বিয়োজন বিক্রিয়া বলে।

যেমন:       

  

পানিকে তড়িৎ বিশ্লেষণ করলে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনে ভেঙে যায়।

\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\overset{\text{তড়িৎ বিশ্লেষণ}}{\rightarrow}\mathrm{H}_2+\mathrm{O}_2

৩. প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া (Substitution Reaction): 

কোনো অধিক সক্রিয় মৌল বা যৌগমূলক অপর কোনো কম সক্রিয় মৌল বা যৌগমূলককে প্রতিস্থাপন করে  নতুন যৌগ উৎপন্ন করার প্রক্রিয়াকে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া বলে।

\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2SO_4}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{ZnSO_4}(\mathrm{aq})+ \mathrm{H_2}(\mathrm{g})

যেমন: জিংক ধাতু সালফিউরিক এসিডের হাইড্রোজেনকে প্রতিস্থাপন করে জিংক সালফাইট ও হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। 

এর কারণ হলো \mathrm{Zn, H_2} এর তুলনায় অধিক সক্রিয় মৌল। এখন কথা হচ্ছে যে কোনো বিক্রিয়ায় কোন মৌল অধিক সক্রিয় তা কীভাবে বুঝবো? চলো আমরা Mnemonics সহ ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজটা দেখে নেই,

এই সিরিজ অনুযায়ী বেশি সক্রিয় মৌলগুলো প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ায় কম সক্রিয় মৌলগুলোকে তাদের যৌগ থেকে সরিয়ে প্রতিস্থাপন করতে পারে।

\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{FeSO_4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{ZnSO_4}(\mathrm{aq})+ \mathrm{Fe}(\mathrm{s})

কিন্তু, \mathrm{Cu}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2SO_4}(\mathrm{aq}) \rightarrow \text{No Reaction}

কারণ কপার হাইড্রোজেন অপেক্ষা কম সক্রিয় হওয়ায় সালফিউরিক এসিড থেকে হাইড্রোজেনকে সরাতে পারবে না।

এই কপারকে গাঢ় সালফিউরিক এসিডের সাথে বিক্রিয়া করানো সম্ভব।

\mathrm{Cu}(\mathrm{s})+\mathrm{H_2SO_4}(\mathrm{aq}) \text{(গাঢ়)} \rightarrow \mathrm{CuSO_4}(\mathrm{aq})+ \mathrm{SO_2}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2O}(\mathrm{l})

• সক্রিয়তার বিবেচনায় \mathrm{F_2>Cl_2>Br_2>I_2}

৪. দহন বিক্রিয়া (Combustion Reaction):

কোনো মৌল বা যৌগকে বাতাসের অক্সিজেনের উপস্থিতিতে পুড়িয়ে তার উপাদানকে মৌলের অক্সাইডে পরিণত করার প্রক্রিয়াকে দহন বিক্রিয়া বলে।

দহন বিক্রিয়ায় সবসময় তাপ উৎপন্ন হয়। এই প্রক্রিয়ায় ইলেকট্রনের আদান-প্রদান ঘটে।

 যেমন: \mathrm{CH_4}(\mathrm{g})+\mathrm{2O_2}(\mathrm{g}) \overset{\Delta}{\rightarrow} \mathrm{CO_2}(\mathrm{g})+ \mathrm{2H_2O}(\mathrm{g})+\text{তাপ}

এক্ষেত্রে অক্সিজেনের বিজারণ ঘটে অর্থাৎ অক্সিজেন ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং অপর মৌল বা যৌগের জারণ ঘটে অর্থাৎ ইলেকট্রন ত্যাগ করে। তাই এটি একটি জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া।