ID#7111 HSC Chemistry 1st CQ (Rajshahi 2023)

ক) উভধর্মী অক্সাইড কাকে বলে?
যেসব অক্সাইড এসিড ও ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে লবণ ও পানি উৎপন্ন করে, তাদের উভধর্মী অক্সাইড বলে। যেমন— অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ($Al_2O_3$), জিংক অক্সাইড ($ZnO$)।

খ) তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে পানির আয়নিক গুণফলের মান বৃদ্ধি পায় কেন?
পানির স্বতঃআয়নিক বিয়োজন একটি তাপহারী প্রক্রিয়া।
বিক্রিয়া সমীকরণ: $H_2O + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$ ; $\Delta H = \text{ধনাত্মক}$
লা-শাতেলীয়ার নীতি অনুযায়ী, তাপহারী বিক্রিয়ায় তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে সাম্যাবস্থা ডানদিকে অগ্রসর হয় অর্থাৎ পানির বিয়োজন মাত্রা বৃদ্ধি পায়। পানির বিয়োজন বৃদ্ধি পাওয়ার কারণে দ্রবণে $H_3O^+$ (বা $H^+$) এবং $OH^-$ আয়নের মোলার ঘনমাত্রা বৃদ্ধি পায়। যেহেতু পানির আয়নিক গুণফল ($K_w$) হলো এই আয়নদ্বয়ের মোলার ঘনমাত্রার গুণফল ($K_w = [H^+][OH^-]$), তাই তাপমাত্রা বৃদ্ধিতে আয়নের ঘনমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে $K_w$ এর মানও বৃদ্ধি পায়।

গ) 50°C তাপমাত্রায় 100 g $AB_2$ এর সম্পৃক্ত দ্রবণকে 25°C তাপমাত্রায় শীতল করলে কী পরিমাণ দ্রব কেলাসিত হবে?
দেওয়া আছে,
$50^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় $AB_2$ এর দ্রাব্যতা, $S_1 = 60$
$25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় $AB_2$ এর দ্রাব্যতা, $S_2 = 40$
$50^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় সম্পৃক্ত দ্রবণের ভর, $M = 100\text{ g}$

আমরা জানি, নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় $m\text{ g}$ দ্রব $S$ দ্রাব্যতা বিশিষ্ট সম্পৃক্ত দ্রবণের $M\text{ g}$ এ দ্রবীভূত থাকলে:
$$S = \frac{m \times 100}{M - m}$$

১. প্রথমে $50^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় $100\text{ g}$ সম্পৃক্ত দ্রবণে উপস্থিত দ্রবের ভর ($m_1$) নির্ণয় করি:
$$S_1 = \frac{m_1 \times 100}{M - m_1}$$
$$\Rightarrow 60 = \frac{100m_1}{100 - m_1}$$
$$\Rightarrow 60(100 - m_1) = 100m_1$$
$$\Rightarrow 6000 - 60m_1 = 100m_1$$
$$\Rightarrow 160m_1 = 6000$$
$$\Rightarrow m_1 = \frac{6000}{160}$$
$$\Rightarrow m_1 = 37.5\text{ g}$$

অতএব, দ্রবণে দ্রাবকের (পানির) ভর = $M - m_1 = 100 - 37.5 = 62.5\text{ g}$

২. এখন $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় উক্ত $62.5\text{ g}$ দ্রাবকে সর্বোচ্চ কী পরিমাণ দ্রব দ্রবীভূত থাকতে পারে ($m_2$) তা নির্ণয় করি:
$$S_2 = \frac{m_2 \times 100}{\text{দ্রাবকের ভর}}$$
$$\Rightarrow 40 = \frac{m_2 \times 100}{62.5}$$
$$\Rightarrow 100m_2 = 40 \times 62.5$$
$$\Rightarrow 100m_2 = 2500$$
$$\Rightarrow m_2 = \frac{2500}{100}$$
$$\Rightarrow m_2 = 25\text{ g}$$

৩. সুতরাং, দ্রবণটি শীতল করার ফলে কেলাসিত দ্রবের পরিমাণ হবে:
$$\text{কেলাসের ভর} = m_1 - m_2$$
$$\Rightarrow \text{কেলাসের ভর} = 37.5\text{ g} - 25\text{ g}$$
$$\Rightarrow \text{কেলাসের ভর} = 12.5\text{ g}$$

উত্তর: $12.5\text{ g}$ দ্রব কেলাসিত হবে।

ঘ) $AB_2$ এর উপস্থিতিতে MB-এর দ্রাব্যতা পরিবর্তিত হয়— বিশ্লেষণ করো।
$AB_2$ এর উপস্থিতিতে স্বল্প দ্রবণীয় লবণ $MB$ এর দ্রাব্যতা হ্রাস পাবে। এটি রসায়নের অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সমআয়ন প্রভাব (Common Ion Effect) এর কারণে ঘটে। নিচে এর গাণিতিক ও তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ দেওয়া হলো:

১. **লবণদ্বয়ের বিয়োজন:**
তীব্র তড়িৎ বিশ্লেষ্য হিসেবে $AB_2$ দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত হয়:
$$AB_2 \rightarrow A^{2+} + 2B^-$$
অন্যদিকে, স্বল্প দ্রবণীয় মৃদু তড়িৎ বিশ্লেষ্য $MB$ দ্রবণে আংশিক বিয়োজিত হয়ে সাম্যাবস্থা সৃষ্টি করে:
$$MB \rightleftharpoons M^+ + B^-$$

এখানে দেখা যাচ্ছে যে, উভয় লবণের বিয়োজনের ফলেই দ্রবণে সাধারণ বা সমআয়ন হিসেবে $B^-$ আয়ন উৎপন্ন হয়।

২. **লা-শাতেলীয়ার নীতির প্রয়োগ:**
তীব্র তড়িৎ বিশ্লেষ্য $AB_2$ থেকে প্রচুর পরিমাণে $B^-$ আয়ন দ্রবণে যুক্ত হওয়ার ফলে সাম্যাবস্থায় $B^-$ আয়নের ঘনমাত্রা হঠাৎ অনেক বৃদ্ধি পায়। লা-শাতেলীয়ার নীতি অনুযায়ী, দ্রবণে $B^-$ আয়নের এই অতিরিক্ত ঘনমাত্রা হ্রাস করার জন্য $MB$ লবণের বিয়োজন সাম্যাবস্থাটি ডান দিক থেকে বাম দিকে অর্থাৎ পশ্চাৎমুখী হয়। এর ফলে অতিরিক্ত $M^+$ আয়ন $B^-$ আয়নের সাথে যুক্ত হয়ে অবিয়োজিত $MB$ হিসেবে নিচে অধঃক্ষিপ্ত হয়।

৩. **গাণিতিক বিশ্লেষণ:**
ধরি, বিশুদ্ধ পানিতে $MB$ লবণের দ্রাব্যতা $S\text{ mol/L}$।
$$MB \rightleftharpoons M^+ + B^-$$
অতএব, বিশুদ্ধ পানিতে $MB$ এর দ্রাব্যতা গুণফল:
$$K_{sp} = [M^+][B^-] = S \times S = S^2$$
$$\Rightarrow S = \sqrt{K_{sp}} = \sqrt{1.8 \times 10^{-10}} = 1.34 \times 10^{-5}\text{ mol/L}$$

এখন দ্রবণে $AB_2$ যোগ করলে তা থেকে প্রাপ্ত $B^-$ এর ঘনমাত্রা যদি $C\text{ mol/L}$ হয় এবং $MB$ এর পরিবর্তিত দ্রাব্যতা যদি $S'$ হয়, তবে সাম্যাবস্থায় মোট $B^-$ আয়নের ঘনমাত্রা হবে $[B^-] = (S' + C)$।
যেহেতু $MB$ অতি স্বল্প দ্রবণীয়, তাই $S' \ll C$ হওয়ায় $(S' + C) \approx C$ ধরা যায়।
নতুন অবস্থায়, $K_{sp} = [M^+][B^-]$
$$\Rightarrow K_{sp} = S' \times C$$
$$\Rightarrow S' = \frac{K_{sp}}{C}$$

যেহেতু $C$ এর মান $S$ এর চেয়ে অনেক বেশি, তাই গাণিতিকভাবে স্পষ্ট যে $S' < S$ হবে। অর্থাৎ সমআয়ন $B^-$ এর উপস্থিতির কারণে মৃদু তড়িৎ বিশ্লেষ্য $MB$ লবণের দ্রাব্যতা আগের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায় বা পরিবর্তিত হয়।

নিচে সমআয়ন প্রভাবের মাধ্যমে দ্রাব্যতা হ্রাসের মেকানিজমটি চিত্রের সাহায্যে দেখানো হলো:




<\text x="50" y="22" font-family="Arial" font-size="12" font-weight="bold" fill="#1e88e5">বিশুদ্ধ পানিতে MB
<\text x="65" y="70" font-family="Arial" font-size="14" fill="blue">MB ⇌ M⁺ + B⁻
<\text x="60" y="110" font-family="Arial" font-size="12" fill="green">স্বাভাবিক দ্রাব্যতা (S)






<\text x="270" y="22" font-family="Arial" font-size="12" font-weight="bold" fill="#e53935">AB₂ এর উপস্থিতিতে MB

<\text x="280" y="60" font-family="Arial" font-size="11" fill="black">AB₂ → A²⁺ + 2B⁻ (তীব্র)
<\text x="280" y="85" font-family="Arial" font-size="11" fill="black">MB ⇌ M⁺ + B⁻ (মৃদু)


<\text x="345" y="105" font-family="Arial" font-size="10" fill="red" font-weight="bold">পশ্চাৎমুখী বিক্রিয়া
<\text x="285" y="135" font-family="Arial" font-size="12" fill="darkred" font-weight="bold">দ্রাব্যতা হ্রাস পায় (S' < S)


সুতরাং, উপরিউক্ত আলোচনা থেকে প্রমাণিত হয় যে, সমআয়ন $B^-$ এর উপস্থিতির কারণে লা-শাতেলীয়ার নীতি অনুযায়ী $MB$ লবণের দ্রাব্যতা হ্রাস পেয়ে পরিবর্তিত হয়।