লোহায় মরিচা সৃষ্টি (Rust Formation on Iron)
লোহায় মরিচা সৃষ্টি (Rust Formation on Iron)
লোহা (\mathrm{Fe}) বাতাসের \mathrm{O_2} এবং \mathrm{H_2O} এর সংস্পর্শে আসলে দুটি e^- ত্যাগ করে \mathrm{Fe^{2+}} এ পরিণত হয়।
\mathrm{Fe}\rightarrow \mathrm{Fe^{2+}}+2e^-
\mathrm{Fe^{2+}} এর e^-, O_2 এবং \mathrm{H_2O} গ্রহণ করে OH^- (হাইড্রোক্সাইড) এ পরিণত হয়।
\frac{1}{2}\mathrm{O_2}+\mathrm{H_2O}+2e^-\rightarrow \mathrm{2OH^{-}}
\mathrm{Fe}^{2+}, \mathrm{OH}^{-} এর সাথে বিক্রিয়া করে \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2 উৎপন্ন করে।
\mathrm{Fe}^{2+}+2 \mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2
\mathrm{Fe}^{3+} অবস্থায় অধিক স্থিতিশীল। তাই এটি \mathrm{Fe}^{3+} এ পরিণত হবার প্রবণতা দেখাবে। \mathrm{Fe}^{2+} পুনরায় \mathrm{H}_2 \mathrm{O} ও \mathrm{O}_2 এর সাথে বিক্রিয়া করে \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3 উৎপন্ন করে।
\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_2+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3
\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3 তাপের সংস্পর্শে কিংবা স্বয়ংক্রিয়ভাবে \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3 .3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} উৎপন্ন করে।
\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3 \rightarrow \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3 \cdot 3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
এই \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3 \cdot 3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} হলো মরিচা।
\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3, ফেরাস (III) অক্সাইড এর প্রয়োজনীয় সংখ্যক পানির অণুতে যুক্ত হতে পারে। তাই মরিচার রাসায়নিক সংকেত \mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3 \cdot 3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}। মরিচা ঝাঁঝরা জাতীয় পদার্থ হওয়ায় এর মধ্য দিয়ে \mathrm{O}_2 এবং জলীয় বাষ্প ঢুকে ক্রমাগত লোহার পৃষ্ঠকে ক্ষয় করতে থাকে।
মরিচা সৃষ্টির জন্য \mathrm{O}_2 এবং \mathrm{H}_2 \mathrm{O} অত্যাবশ্যকীয় উপাদান। \mathrm{O}_2 এবং \mathrm{H}_2 \mathrm{O} এর অনুপস্থিতিতে লোহার কোনো ক্ষয় হবে না। এটি প্রমাণ করার জন্য ৪টি টেস্টটিউব নিয়ে বিভিন্ন ব্যবস্থায় মরিচা সৃষ্টির চেষ্টা করতে পারি।
প্রয়োজনীয় উপকরণ:
১ আলপিন/তারকাঁটা
২. অনার্দ্র \mathrm{CaCl_2}
৩. ফুটানো পানি
৪. অলিভ অয়েল বা যেকোনো তেল
৫. ঠান্ডা পানি
৬. টেস্টটিউব
কার্যধারা:
১. ৪টি টেস্টটিউব নিয়ে এদের ১ থেকে ৪ পর্যন্ত চিহ্নিত করি।
২. প্রতিটি টেস্টটিউবে আলপিন রাখি।
৩. ১ম টেস্টটিউবে অনার্দ্র \mathrm{CaCl_2} নেই।
৪. ২য় টেস্টটিউবে ফুটন্ত পানি দিয়ে ভর্তি করি ।
৫. ৩য় টেস্টটিউবে ফুটন্ত পানির পরিমাণ কমিয়ে দিয়ে ১ মিলি তেল যোগ করি।
৬. ৪র্থ টেস্টটিউবে ঠান্ডা পানিতে আলপিন ঢোকাই ।
পর্যবেক্ষণ ও ফলাফল:
টেস্টটিউবগুলোকে ১ সপ্তাহ এভাবে ছিপি দিয়ে আটকে রাখি। ১ সপ্তাহ পর দেখা যাবে ৪র্থ টেস্টটিউবের আলপিনে কেবল মরিচা পড়েছে। এর কারণ হলো:
১. অনার্দ্র \mathrm{CaCl_2} নিরুদক পদার্থ। তাই এটি পানি শোষণ করে নেয়। পানির ঘাটতির কারণে মরিচা সৃষ্টি হয় না।
২. ২য় টেস্টটিউবে ফুটানো পানি রাখা আছে। ফুটানো পানি বায়ুর \mathrm{O_2} কে আলপিনের সংস্পর্শে আসতে দেয় না।
৩. ৩য় টেস্টটিউবে তেলের স্তর বায়ুর সাখে পানির সংস্পর্শে হতে দেয় না।
৪. ঠান্ডা পানি (৪র্থ টেস্টটিউবে) \mathrm{O_2} এর সাথে লোহার আস্তরণ তৈরি করে যা মরিচা।
টেস্টটিউব -১,২,৩ এ \mathrm{O_2} কিংবা পানির ঘাটতি ছিল বিধায় মরিচা সৃষ্টি হয়নি। কিন্তু টেস্টটিউব ৪ এ মরিচা পড়েছে।
সুতরাং বলা যায় \mathrm{O_2} এবং পানি ব্যতীত মরিচা হয় না।
মরিচা প্রতিরোধের উপায়:
১. মরিচা প্রতিরোধের জন্য লোহার তৈরি দ্রব্যাদির উপর রং দিলে সেটি আর বাতাসের সংস্পর্শে আসতে পারে না। ফলে মরিচা ধরে না।
২. তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে লোহার উপর লোহা অপেক্ষা কম সক্রিয় অপর একটি ধাতুর প্রলেপ দিয়ে ইলেকট্রোপ্লেটিং করে লোহার তৈরি দ্রব্যাদিকে মরিচার হাত থেকে রক্ষা করা যায়। যেমন: গ্যালভানাইজিং অর্থাৎ জিংকের প্রলেপ অথবা টিন প্লেটিং।
বাস্তব ক্ষেত্রে আরও কিছু রাসায়নিক বিক্রিয়া (Some more Chemical Reactions in Real Cases)
১. পিঁপড়া বা মৌমাছির কামড়ের জ্বালা নিরাময়:
পিঁপড়ার মুখ বা মৌমাছির হুলে ফরমিক এসিড (\mathrm{HCOOH}) থাকে। তাই এরা কামড়ালে জ্বালা-যন্ত্রণা সৃষ্টি হয়। ক্ষতস্থানে ক্ষারক(চুন) প্রয়োগ করলে তা এসিডের সাথে বিক্রিয়া করে এবং ব্যাথা নিরাময় হয়।
\mathrm{HCOOH + CaO \rightarrow HCOOCa + H_2O}
২. কলা গাছ ক্ষারধর্মী। বৃষ্টির পানির সাথে কিছু পরিমাণ এসিড ভূমিতে পতিত হয় যা কলা গাছের সংস্পর্শে এলে গাছটির ক্ষারতা প্রশমিত হয়। এর ফলে কলা গাছ থেকে ছুটে গিয়ে মাটিতে পড়ে।
৩. শ্বসন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি উৎপাদন: আমাদের দেহের প্রতিটি কোষে শ্বসন প্রক্রিয়া সাধিত হয়। শ্বসনে গ্লুকোজ (\mathrm{ C_6H_{12}O_6}) অণু জারিত হয়ে \mathrm{ CO_2}, পানি ও শক্তি উৎপাদন করে।
\mathrm{ C_6H_{12}O_6 +6O_2 \rightarrow 6CO_2+6H_2O +energy}
৪. জ্বালানি হিসেবে প্রাকৃতিক গ্যাস: জ্বালানি হিসেবে প্রাকৃতিক গ্যাস ব্যবহার করা হয়। মিথেনকে অক্সিজেনের উপস্থিতিতে পোড়ালে \mathrm{ CO_2}, জলীয় বাষ্প ও শক্তি উৎপন্ন হয়।
\mathrm{ CH_4 +2O_2 \rightarrow CO_2 +2H_2O +energy}
৫. বর্ষাকালে বাড়ির ছাদ বা আঙিনা পিচ্ছিল থাকে। এটি ক্ষার জাতীয় পদার্থের কারণে হয়। তাই ক্ষারকে প্রশমিত করার জন্য অম্লধর্মী পদার্থ \mathrm{(SiO_2)} যোগ করা হয়। \mathrm{(SiO_2)} হল বালু।
৬. সেলাই করার সুঁচকে মরিচার হাত থেকে রক্ষার জন্য নারিকেল তেলে ডুবিয়ে রাখা হয়। কারণ তেলের আস্তরণের কারণে জলীয় বাষ্প ও অক্সিজেনের সাথে সুঁচ রাসায়নিক বিক্রিয়া করতে পারে না।
৭. কপার ও অ্যালুমিনিয়ামের দ্রব্যাদি বাতাসের অক্সিজেনের সংস্পর্শে এলে প্রথমে তাদের উপর \mathrm{CuO} ও \mathrm{Al_2O_3} এর একটি আস্তরণ পড়ে। পরবর্তীতে বাতাসের অক্সিজেন উক্ত আস্তরণ ভেদ করে \mathrm{Cu} ও \mathrm{Al} এর সংস্পর্শে আসতে পারে না। ফলে বিক্রিয়া সাধিত হয় না এবং \mathrm{Cu} ও \mathrm{Al} এর দ্রব্যের ক্ষয় হয় না।
৮. মানুষের শরীরের বিপাক ক্রিয়ায় অনেকের পাকস্থলীতে অতিরিক্ত \mathrm{HCl} তৈরি হয়। অতিরিক্ত \mathrm{HCl} কে প্রশমিত করার জন্য রোগীকে এন্টাসিড জাতীয় ওষুধ খেতে দেয়া হয়। এই এন্টাসিড হলো \mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2 ও \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3 এর মিশ্রণ। এই ক্ষারক দুটি অতিরিক্ত \mathrm{HCl}কে প্রশমিত করে এবং রোগীকে আরাম দেয়।
\begin{aligned}2 \mathrm{HCl}+\mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2 & \rightarrow \mathrm{MgCl}_2+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ 2 \mathrm{HCl}+\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3 & \rightarrow \mathrm{AlCl}_3+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}\end{aligned}
বিক্রিয়ার গতিবেগ (Reaction Speed)
একক সময়ে যে পরিমাণ বিক্রিয়ক উৎপাদে পরিণত হয় তাকে বিক্রিয়ার হার বলে।
বিক্রিয়ার এই হারের হ্রাস বা বৃদ্ধি নির্ভর করে যেসব বিষয়ের উপর তা হলো:
১. তাপ
২. ঘনমাত্রা
৩. চাপ ( গ্যাসীয় বিক্রিয়কের ক্ষেত্রে )
৪. বিক্রিয়কের পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল
৫. প্রভাবক, ইত্যাদি।
উভমুখী বিক্রিয়ার শুরুতে সম্মুখমুখী বিক্রিয়ার হার বেশি থাকে এবং পশ্চাৎমুখী বিক্রিয়ার হার কম থাকে। আবার বিক্রিয়ার শেষের দিকে পশ্চাৎমুখী বিক্রিয়ার হার বেশি থাকে এবং সম্মুখমুখী বিক্রিয়ার হার কম থাকে।
⇒ বিক্রিয়ার হারের একক →\mathrm{mol L^{-1}S^{-1}}
রাসায়নিক সাম্যাবস্থা (Chemical Equilibrium)
কোনো উভমুখী বিক্রিয়ার হার যদি এরুপ হয় যে সম্মুখমুখী বিক্রিয়া এবং পশ্চাৎমুখী বিক্রিয়ার হার সমান এবং বাইরে থেকে বিক্রিয়াটিকে আপাত দৃষ্টিতে স্থির মনে হয়, তবে ঐ অবস্থাকে রাসায়নিক সাম্যাবস্থা বলে।
সাম্যাবস্থায় যে পরিমাণ বিক্রিয়ক উৎপাদে পরিণত হয় ঐ একই পরিমাণ উৎপাদ বিক্রিয়কে পরিণত হয়। তবে সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়ার নিয়ামক তাপ, চাপ, ঘনমাত্রা এগুলো পরিবর্তন করলে সাম্যাবস্থায় পরিবর্তিত হয়ে যায়। উভমুখী বিক্রিয়া সাম্যাবস্থায় উৎপাদের পরিমাণের বৃদ্ধি বা হ্রাস লা-শাতেলিয়ারের নীতি কতৃক নিয়ন্ত্রিত হয়।