ID#7116 HSC Chemistry 1st CQ (Comilla 2023)

ক) খাদ্য নিরাপত্তা কী?
খাদ্য নিরাপত্তা বলতে প্রতিটি মানুষের জন্য সবসময় পর্যাপ্ত, নিরাপদ ও পুষ্টিকর খাদ্যের ভৌত, সামাজিক ও অর্থনৈতিক প্রাপ্যতা নিশ্চিতকরণকে বোঝায়।

খ) পাই বন্ধন মূলত সমযোজী বন্ধন ব্যাখ্যা করো।
দুটি পরমাণুর যোজনী স্তরের দুটি আংশিক পূর্ণ অরবিটাল যখন সমান্তরালভাবে অবস্থান করে পাশাপাশি আংশিক অধিক্রমণ (Overlap) সম্পন্ন করে এবং ইলেকট্রন জোড় শেয়ারের মাধ্যমে একটি নতুন বন্ধন গঠন করে, তাকে পাই ($\pi$) বন্ধন বলে। যেহেতু সমযোজী বন্ধনের মূল ভিত্তিই হলো দুটি পরমাণুর অরবিটালের অধিক্রমণের মাধ্যমে ইলেকট্রন শেয়ারিং, এবং পাই বন্ধনেও ইলেকট্রন মেঘ শেয়ারের মাধ্যমে পরমাণুদ্বয় আবদ্ধ থাকে, তাই পাই বন্ধন মূলত এক ধরনের বিশেষ সমযোজী বন্ধন।

গ) A- পাত্রের দ্রবণের pH নির্ণয় করো।
উদ্দীপকের A-পাত্রে আছে $100\text{ mL}$ জলীয় দ্রবণে $2\text{ g}$ ইথানয়িক অ্যাসিড ($CH_3COOH$)।
ইথানয়িক অ্যাসিডের আণবিক ভর, $M = (12 \times 2) + (1 \times 4) + (16 \times 2) = 60\text{ g mol}^{-1}$
দ্রবণের আয়তন, $V = 100\text{ mL}$
দ্রব্যের ভর, $W = 2\text{ g}$
ইথানয়িক অ্যাসিডের বিয়োজন ধ্রুবক, $K_a = 1.88 \times 10^{-5}$

প্রথমে দ্রবণটির মোলার ঘনমাত্রা ($C$) নির্ণয় করি:
$$W = \frac{SMV}{1000}$$
$$\Rightarrow S = \frac{1000 \times W}{M \times V}$$
$$\Rightarrow C = \frac{1000 \times 2}{60 \times 100}$$
$$\Rightarrow C = \frac{2000}{6000}$$
$$\Rightarrow C = 0.3333\text{ M}$$

যেহেতু $CH_3COOH$ একটি মৃদু জৈব অ্যাসিড, ওসওয়াল্ডের লঘুকরণ সূত্রানুসারে এর বিয়োজন মাত্রা ($\alpha$) হবে:
$$\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}}$$
$$\Rightarrow \alpha = \sqrt{\frac{1.88 \times 10^{-5}}{0.3333}}$$
$$\Rightarrow \alpha = \sqrt{5.6405 \times 10^{-5}}$$
$$\Rightarrow \alpha = 0.00751$$

অতএব, দ্রবণটিতে হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা, $[H^+]$ হলো:
$$[H^+] = C\alpha$$
$$\Rightarrow [H^+] = 0.3333 \times 0.00751$$
$$\Rightarrow [H^+] = 2.503 \times 10^{-3}\text{ M}$$

এখন, দ্রবণের \text{\pH} এর সংজ্ঞা হতে পাই:
$$\text{\pH} = -\log[H^+]$$
$$\Rightarrow \text{\pH} = -\log(2.503 \times 10^{-3})$$
$$\Rightarrow \text{\pH} = 2.6015$$

অতএব, A-পাত্রের দ্রবণের \text{\pH} হলো $2.60$।

ঘ) A-পাত্র এবং B-পাত্রের দ্রবণের মিশ্রণে দুই ফোঁটা ক্ষার যোগ করলে \text{\pH} মানের পরিবর্তন হবে কিনা? বিশ্লেষণ করো।
A-পাত্রের মৃদু অ্যাসিড ($CH_3COOH$) এবং B-পাত্রের তীব্র ক্ষার ($NaOH$) মিশ্রিত করলে সেখানে একটি বাফার দ্রবণ তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা থাকে। মিশ্রণের প্রকৃতি জানার জন্য প্রথমে উভয় পাত্রের উপাদানের মোল সংখ্যা হিসাব করতে হবে।

**A-পাত্রের ক্ষেত্রে:**
$CH_3COOH$ এর মোল সংখ্যা, $n_A = \text{ঘনমাত্রা} \times \text{আয়তন (L)} = 0.3333\text{ M} \times 0.1\text{ L} = 0.03333\text{ mol}$

**B-পাত্রের ক্ষেত্রে:**
দ্রবণটি $1\%\ NaOH$, অর্থাৎ $100\text{ mL}$ দ্রবণে $NaOH$ আছে $1\text{ g}$।
$NaOH$ এর আণবিক ভর, $M = 23 + 16 + 1 = 40\text{ g mol}^{-1}$
$NaOH$ এর মোল সংখ্যা, $n_B = \frac{1\text{ g}}{40\text{ g mol}^{-1}} = 0.025\text{ mol}$

**মিশ্রণের বিক্রিয়া:**
$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}$$

বিক্রিয়ার শুরুতে:
$CH_3COOH = 0.03333\text{ mol}$
$NaOH = 0.025\text{ mol}$

এখানে $NaOH$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক। সম্পূর্ণ $NaOH$ বিক্রিয়া করে শেষ হয়ে যাবে।
বিক্রিয়ার পর পাত্রে অবশিষ্ট মৃদু অ্যাসিড, $CH_3COOH = 0.03333 - 0.025 = 0.00833\text{ mol}$
উৎপন্ন লবণ, $CH_3COONa = 0.025\text{ mol}$

যেহেতু মিশ্রণে অতিরিক্ত মৃদু অ্যাসিড ($CH_3COOH$) এবং তার সুস্থিত ক্ষারীয় লবণ ($CH_3COONa$) উপস্থিত আছে, সেহেতু এটি একটি **অম্লীয় বাফার দ্রবণ** হিসেবে কাজ করবে।

**দুই ফোঁটা ক্ষার ($NaOH$) যোগ করলে \text{\pH} অপরিবর্তিত থাকার রাসায়নিক মেকানিজম:**
এই বাফার দ্রবণে $CH_3COONa$ সম্পূর্ণ বিয়োজিত অবস্থায় এবং $CH_3COOH$ আংশিক বিয়োজিত অবস্থায় নিম্নরূপে অবস্থান করে:
$$\text{CH}_3\text{COONa} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{Na}^+$$
$$\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+$$

এই মিশ্রণে বাইরে থেকে দুই ফোঁটা তীব্র ক্ষার বা $NaOH$ যোগ করলে তা থেকে $OH^-$ আয়ন মুক্ত হয়। বাফার দ্রবণে উপস্থিত অতিরিক্ত $H^+$ আয়ন এই যোগকৃত $OH^-$ আয়নের সাথে দ্রুত বিক্রিয়া করে মৃদু বিয়োজিত পানি ($H_2O$) তৈরি করে।
$$\text{OH}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O}$$

এর ফলে দ্রবণে $H^+$ আয়নের ঘাটতি দেখা দেওয়ার উপক্রম হওয়ামাত্র সাম্যাবস্থা বজায় রাখার জন্য পাত্রে থাকা অবিয়োজিত $CH_3COOH$ অণু সাথে সাথে বিয়োজিত হয়ে নতুন $H^+$ আয়ন সরবরাহ করে শূন্যতা পূরণ করে দেয়।
$$\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+$$

নিচে এই অম্লীয় বাফার ব্যবস্থার প্রতিরোধী কার্যপদ্ধতিটি রেখাচিত্রের মাধ্যমে দেখানো হলো:






<\text x="30" y="40" font-family="Arial" font-size="13" font-weight="bold" fill="#334155">অম্লীয় বাফার সিস্টেম:
<\text x="50" y="70" font-family="Arial" font-size="14" fill="#0284c7">CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺
<\text x="50" y="95" font-family="Arial" font-size="14" fill="#0f766e">CH₃COONa → CH₃COO⁻ + Na⁺





<\text x="265" y="40" font-family="Arial" font-size="12" font-weight="bold" fill="#b91c1c">বাহির হতে ক্ষার (OH⁻) যোগ করলে:

<\text x="280" y="85" font-family="Arial" font-size="13" font-weight="bold" fill="#991b1b">H⁺ + OH⁻ → H₂O


যেহেতু যোগকৃত $OH^-$ আয়ন প্রশমিত হয়ে যায় এবং দ্রবণে মুক্ত $H^+$ বা $OH^-$ আয়নের সামগ্রিক ঘনমাত্রার কোনো উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন ঘটে না, তাই হেনডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণানুযায়ী দ্রবণের pH মান প্রায় সম্পূর্ণ অপরিবর্তিত থাকবে।

অতএব, গাণিতিক ও রাসায়নিক বিশ্লেষণ সাপেক্ষে প্রমাণিত হয় যে, A-পাত্র এবং B-পাত্রের মিশ্রণে দুই ফোঁটা ক্ষার যোগ করলেও দ্রবণের pH মানের কোনো পরিবর্তন হবে না।