ID#7106 HSC Chemistry 1st CQ (Rajshahi 2023)

ক) মৃৎক্ষার ধাতু কী?

পর্যায় সারণির গ্রুপ-২ এর অন্তর্ভুক্ত বেরিলিয়াম (Be), ম্যাগনেসিয়াম (Mg), ক্যালসিয়াম (Ca), স্ট্রনসিয়াম (Sr), বেরিয়াম (Ba) এবং রেডিয়াম (Ra)—এই ছয়টি মৌলকে মৃৎক্ষার ধাতু (Alkaline earth metals) বলে। এদের মাটিতে বিভিন্ন যৌগ (প্রধানত অক্সাইড) হিসেবে পাওয়া যায় এবং এদের অক্সাইডসমূহ পানিতে ক্ষার তৈরি করে বলে এদের এরূপ নামকরণ করা হয়েছে।

খ) $\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NO}(g)$ বিক্রিয়াটির সাম্যাবস্থার উপর চাপের প্রভাব আছে কী? ব্যাখ্যা করো।

লা-শাতেলিয়ের নীতি অনুযায়ী, কোনো গ্যাসীয় উভমুখী বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থায় চাপের প্রভাব থাকার জন্য বিক্রিয়ক ও উৎপাদের মোট মোল সংখ্যার পরিবর্তন হতে হয় ($\Delta n \neq 0$)।

উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি লক্ষ্য করি: $\text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NO}(g)$
এখানে,
গ্যাসীয় বিক্রিয়কের মোট মোল সংখ্যা $= 1 + 1 = 2 \text{ mol}$
গ্যাসীয় উৎপাদের মোট মোল সংখ্যা $= 2 \text{ mol}$
সুতরাং, মোল সংখ্যার পরিবর্তন, $\Delta n = 2 - 2 = 0$

যেহেতু বিক্রিয়াটির সম্মুখী ও পশ্চাৎমুখী উভয় দিকেই গ্যাসীয় উপাদানের মোট মোল সংখ্যা বা আয়তন সমান, সেহেতু সাম্যাবস্থায় বাহির থেকে চাপ প্রয়োগ বা হ্রাস করলে সিস্টেমের আয়তন সংকোচনের কোনো সুযোগ থাকে না।

উত্তর: অতএব, উদ্দীপকের বিক্রিয়াটির সাম্যাবস্থার ওপর চাপের কোনো প্রভাব নেই।

গ) ১নং পাত্রে বিদ্যমান দ্রব্যের বিয়োজন মাত্রা হিসাব করো।

১নং পাত্রে মৃদু জৈব অম্ল ফরমিক অ্যাসিড ($\text{HCOOH}$) রয়েছে।
দেওয়া আছে,
ফরমিক অ্যাসিডের ঘনমাত্রা, $C = 0.1 \text{ M}$
অম্লের বিয়োজন ধ্রুবকের ঋণাত্মক লগারিদম, $\text{p}K_a = 3.8$

আমরা জানি,
$\text{p}K_a = -\log(K_a)$
$=> K_a = 10^{-\text{p}K_a}$
$=> K_a = 10^{-3.8} \approx 1.5849 \times 10^{-4}$

ওস্টওয়াল্ডের লঘুকরণ সূত্রানুসারে, মৃদু অম্লের বিয়োজন মাত্রা ($\alpha$):
$K_a = \alpha^2 \cdot C$
$=> \alpha^2 = \frac{K_a}{C}$
$=> \alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}}$

মান বসিয়ে পাই:
$\alpha = \sqrt{\frac{1.5849 \times 10^{-4}}{0.1}}$
$=> \alpha = \sqrt{1.5849 \times 10^{-3}}$
$=> \alpha \approx 0.0398$

শতকরা হারে প্রকাশ করে পাই:
$\alpha = 0.0398 \times 100\% = 3.98\%$

উত্তর: ১নং পাত্রে বিদ্যমান দ্রব্যের বিয়োজন মাত্রা $0.0398$ বা $3.98\%$।

---

ঘ) ১নং ও ২নং পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণের মধ্যে সামান্য পরিমাণ তীব্র এসিড ও ক্ষার যোগ করলে কীভাবে pH এর মান অপরিবর্তিত থাকে? ব্যাখ্যা করো।

১নং পাত্রে মৃদু অম্ল $\text{HCOOH}$ এবং ২নং পাত্রে উক্ত মৃদু অম্লের তীব্র ক্ষারীয় লবণ $\text{HCOONa}$ রয়েছে। এই পাত্র দুটির দ্রবণ একত্রে মিশ্রিত করলে একটি অম্লীয় বাফার দ্রবণ তৈরি হয়। এই মিশ্রিত দ্রবণের বাফার ক্রিয়ার কৌশল নিচে ব্যাখ্যা করা হলো:

বাফার দ্রবণে লবণটি সম্পূর্ণ বিয়োজিত অবস্থায় থাকে:
$\text{HCOONa}(aq) \rightarrow \text{HCOO}^-(aq) + \text{Na}^+(aq)$
এবং মৃদু অম্লটি দ্রবণে অত্যন্ত সামান্য পরিমাণে আংশিক বিয়োজিত হয়:
$\text{HCOOH}(aq) \rightleftharpoons \text{HCOO}^-(aq) + \text{H}^+(aq)$

ফলে মিশ্রিত বাফার দ্রবণে প্রচুর পরিমাণে অবিয়োজিত $\text{HCOOH}$ অণু এবং ফরমেট আয়ন ($\text{HCOO}^-$) মজুদ থাকে।

১. সামান্য তীব্র অ্যাসিড ($\text{H}^+$) যোগ করলে:
বাহির থেকে সামান্য তীব্র অ্যাসিড যোগ করা হলে দ্রবণে অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়নের সৃষ্টি হয়। বাফার দ্রবণে বিদ্যমান লবণের বিয়োজন থেকে প্রাপ্ত প্রচুর পরিমাণ ফরমেট আয়ন ($\text{HCOO}^-$) এই অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়নকে গ্রহণ করে অত্যন্ত মৃদু বিয়োজিত $\text{HCOOH}$ অণুতে রূপান্তর করে।
$\text{H}^+(aq) + \text{HCOO}^-(aq) \rightleftharpoons \text{HCOOH}(aq)$
যেহেতু যোগকৃত মুক্ত $\text{H}^+$ আয়নগুলো অবিয়োজিত অম্ল অণুতে পরিণত হয়ে অবদমিত হয়, তাই দ্রবণের মুক্ত $\text{H}^+$ আয়নের ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায় না এবং pH এর মান অপরিবর্তিত থাকে।

২. সামান্য তীব্র ক্ষার ($\text{OH}^-$) যোগ করলে:
বাহির থেকে সামান্য তীব্র ক্ষার যোগ করা হলে দ্রবণে অতিরিক্ত $\text{OH}^-$ আয়নের সৃষ্টি হয়। বাফার দ্রবণে মজুদ থাকা বিপুল পরিমাণ অবিয়োজিত $\text{HCOOH}$ অণু এই অতিরিক্ত $\text{OH}^-$ আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে অত্যন্ত মৃদু বিয়োজিত পানি ($\text{H}_2\text{O}$) এবং ফরমেট আয়ন উৎপন্ন করে।
$\text{OH}^-(aq) + \text{HCOOH}(aq) \rightleftharpoons \text{HCOO}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l)$
যেহেতু যোগকৃত মুক্ত $\text{OH}^-$ আয়ন পানির অণুতে রূপান্তরিত হয়ে নিষ্ক্রিয় হয়ে যায়, তাই দ্রবণের মুক্ত $\text{OH}^-$ আয়নের ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায় না এবং pH এর মান ধ্রুব থাকে।

উপসংহার:
অতএব, গাণিতিক ও রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে দেখা যায় যে, বাফার ব্যবস্থার স্বয়ংক্রিয় প্রতিরোধী বিক্রিয়ার কারণে ১নং ও ২নং পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে সামান্য তীব্র অ্যাসিড বা ক্ষার যোগ করলেও দ্রবণের pH এর মান অপরিবর্তিত থাকে।