ID#7091 HSC Chemistry 1st CQ (Dhaka 2023)

ক) সবুজ রসায়ন কাকে বলে।

রসায়নের যে শাখায় মানব স্বাস্থ্য ও পরিবেশের ক্ষতি না করে ক্ষতিকর বর্জ্য উৎপাদন হ্রাস বা পুরোপুরি বন্ধ করার জন্য পরিবেশবান্ধব রাসায়নিক উৎপাদন পদ্ধতি, কাঁচামাল নির্বাচন ও টেকসই প্রক্রিয়া উদ্ভাবন নিয়ে আলোচনা ও গবেষণা করা হয়, তাকে সবুজ রসায়ন (Green Chemistry) বলে।

খ) $\text{HNO}_3$ ও $\text{H}_3\text{PO}_4$ এর মধ্যে কোনটি অধিক শক্তিশালী এসিড? ব্যাখ্যা করো।

অক্সোঅ্যাসিডসমূহের তীব্রতা বা শক্তি মূলত কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ সংখ্যার ওপর নির্ভর করে। কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ সংখ্যা যার বেশি, তার ইলেকট্রন আকর্ষণ ক্ষমতা ও প্রোটন ($\text{H}^+$) ত্যাগ করার প্রবণতা তত বেশি হয়, ফলে সেই অ্যাসিডটি তত বেশি শক্তিশালী হয়।

$\text{HNO}_3$ (নাইট্রিক অ্যাসিড) এর কেন্দ্রীয় পরমাণু $\text{N}$ এর জারণ সংখ্যা: $+1 + x + 3(-2) = 0 \implies x = +5$
$\text{H}_3\text{PO}_4$ (ফসফরিক অ্যাসিড) এর কেন্দ্রীয় পরমাণু $\text{P}$ এর জারণ সংখ্যা: $3(+1) + x + 4(-2) = 0 \implies x = +5$

এখানে উভয় অ্যাসিডেরই কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ সংখ্যা সমান ($+5$)। যদি অক্সোঅ্যাসিডসমূহের কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ সংখ্যা সমান হয়, তবে যে পরমাণুর আকার ছোট, তার আধান ঘনত্ব (Charge density) বেশি হয়। আধান ঘনত্ব বেশি হলে তা বন্ধনের ইলেকট্রন জোড়কে নিজের দিকে বেশি আকর্ষণ করে $\text{O}-\text{H}$ বন্ধনকে সহজে দুর্বল করে দেয় এবং দ্রুত প্রোটন মুক্ত করে।

নাইট্রোজেন ($\text{N}$) এবং ফসফরাস ($\text{P}$) এর মধ্যে নাইট্রোজেনের পারমাণবিক আকার ফসফরাস অপেক্ষা ছোট। ফলে $\text{HNO}_3$ এর নাইট্রোজেনের আধান ঘনত্ব বেশি হওয়ায় এটি $\text{H}_3\text{PO}_4$ অপেক্ষা সহজে $\text{H}^+$ আয়ন দান করতে পারে।

অতএব, $\text{HNO}_3$ ও $\text{H}_3\text{PO}_4$ এর মধ্যে $\text{HNO}_3$ অধিক শক্তিশালী অ্যাসিড।

গ) উদ্দীপকের ১ম পাত্রের দ্রবণের pH গণনা করো।

১ম পাত্রে $\text{HA}$ জৈব অ্যাসিডের দ্রবণের আয়তন, $V = 60 \text{ mL}$
অ্যাসিডের ঘনমাত্রা, $C = 0.2 \text{ M}$
অ্যাসিডের বিয়োজন ধ্রুবক, $K_a = 1.8 \times 10^{-4}$

যেহেতু $\text{HA}$ একটি দুর্বল জৈব অ্যাসিড, ওস্টওয়াল্ডের লঘুকরণ সূত্রানুসারে এর হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা $[\text{H}^+]$ হবে:
$[\text{H}^+] = \sqrt{K_a \cdot C}$
$=> [\text{H}^+] = \sqrt{(1.8 \times 10^{-4}) \times 0.2}$
$=> [\text{H}^+] = \sqrt{3.6 \times 10^{-5}}$
$=> [\text{H}^+] \approx 6.0 \times 10^{-3} \text{ mol L}^{-1}$

এখন, pH এর সংজ্ঞানুসারে পাই:
$\text{\pH} = -\log[\text{H}^+]$
$=> \text{\pH} = -\log(6.0 \times 10^{-3})$
$=> \text{\pH} = 3 - \log(6.0)$
$=> \text{\pH} \approx 3 - 0.778 = 2.22$

উত্তর: ১ম পাত্রের দ্রবণের pH হলো $2.22$।

---

ঘ) ১ম ও ২য় পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে সামান্য ক্ষার যোগ করলে pH এর পরিবর্তন হবে কি? বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকের ২য় পাত্রের ধাতুর পারমাণবিক সংখ্যা $19$, যা পটাশিয়াম ($\text{K}$)। সুতরাং, ক্ষারটি হলো $\text{MOH} = \text{KOH}$ (পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড)।

১ম পাত্রের $\text{HA}$ এর মোল সংখ্যা $= V_1 \times M_1 = 60 \text{ mL} \times 0.2 \text{ M} = 12 \text{ mmol}$
২য় পাত্রের $\text{KOH}$ এর মোল সংখ্যা $= V_2 \times M_2 = 40 \text{ mL} \times 0.2 \text{ M} = 8 \text{ mmol}$

পাত্র দুটি মিশ্রিত করলে নিম্নরূপ প্রশমন বিক্রিয়া সংঘটিত হয়:
$\text{HA} + \text{KOH} \rightarrow \text{KA} + \text{H}_2\text{O}$

বিক্রিয়ার হিসাব অনুযায়ী:
১ মোল $\text{KOH}$ বিক্রিয়া করে ১ মোল $\text{HA}$ এর সাথে।
সুতরাং, $8 \text{ mmol}$ $\text{KOH}$ বিক্রিয়া করবে $8 \text{ mmol}$ $\text{HA}$ এর সাথে এবং $8 \text{ mmol}$ লবণ ($\text{KA}$) উৎপন্ন করবে।

মিশ্রণে অবশিষ্ট দুর্বল অ্যাসিড ($\text{HA}$) এর পরিমাণ $= 12 - 8 = 4 \text{ mmol}$
মিশ্রণে উৎপন্ন ক্ষারীয় লবণ ($\text{KA}$) এর পরিমাণ $= 8 \text{ mmol}$

যেহেতু মিশ্রিত দ্রবণে অতিরিক্ত দুর্বল অ্যাসিড ($\text{HA}$) এবং তার সবল ক্ষারের লবণ ($\text{KA}$) একসাথে উপস্থিত থাকে, তাই মিশ্রণটি একটি অম্লীয় বা অ্যাসিডীয় বাফার দ্রবণ হিসেবে কাজ করবে।

সামান্য ক্ষার ($\text{OH}^-$) যোগ করলে pH পরিবর্তনের কৌশল বিশ্লেষণ:
বা