ID#7128 HSC Chemistry 1st CQ (Jessore 2023)

ক) হাইড্রোজেন বন্ধন কাকে বলে?

অধিক তড়িৎ ঋণাত্মক এবং ক্ষুদ্র আকারের কোনো পরমাণুর (যেমন: F, O, N) সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ হাইড্রোজেন পরমাণু যখন আংশিক ধনাত্মক আধানযুক্ত হয়ে পার্শ্ববর্তী অন্য একটি তড়িৎ ঋণাত্মক পরমাণুর সাথে অত্যন্ত দুর্বল যে স্থিরবৈদ্যুতিক আকর্ষণ বল সৃষ্টি করে, তাকে হাইড্রোজেন বন্ধন বলে।

খ) $\text{CuSO}_4$ এর জলীয় দ্রবণ অম্লধর্মী কেন? ব্যাখ্যা করো।

কপার সালফেট ($\text{CuSO}_4$) হলো একটি তীব্র অম্ল ($\text{H}_2\text{SO}_4$) এবং মৃদু ক্ষার [$\text{Cu(OH)}_2$] এর বিক্রিয়ায় উৎপন্ন একটি লবণ। এটিকে পানিতে দ্রবীভূত করলে এটি সম্পূর্ণ বিয়োজিত হয়ে কপার আয়ন ($\text{Cu}^{2+}$) এবং সালফেট আয়ন ($\text{SO}_4^{2-}$) তৈরি করে।

জলীয় দ্রবণে কপার আয়নটি পানির অণুর সাথে যুক্ত হয়ে একটি জটিল আয়ন $[\text{Cu(H}_2\text{O)}_4]^{2+}$ গঠন করে, যা তীব্রভাবে আর্দ্রবিশ্লেষিত (Hydrolysis) হয়:
$[\text{Cu(H}_2\text{O)}_4]^{2+}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons [\text{Cu(H}_2\text{O)}_3(\text{OH})]^+(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$

এই আর্দ্রবিশ্লেষণের ফলে দ্রবণে প্রচুর পরিমাণে ফ্রি হাইড্রোনিয়াম আয়ন ($\text{H}_3\text{O}^+$ বা $\text{H}^+$) উৎপন্ন হয়। অন্যদিকে, দ্রবণে থাকা $\text{SO}_4^{2-}$ আয়নটি পানির $\text{H}^+$ এর সাথে যুক্ত হয়ে তীব্র অ্যাসিড $\text{H}_2\text{SO}_4$ তৈরি করে যা সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত অবস্থায় থাকে এবং ক্ষারীয় আয়নকে অবদমিত করে।

উত্তর: দ্রবণে মুক্ত $\text{H}^+$ বা $\text{H}_3\text{O}^+$ আয়নের আধিক্য থাকার কারণেই $\text{CuSO}_4$ এর জলীয় দ্রবণ অম্লধর্মী বা অম্লীয় প্রকৃতির হয়।

গ) উদ্দীপকের A যৌগের সংকরণ প্রক্রিয়া বর্ণনা করো।

উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি হলো ইথানলের পর্যায়ক্রমিক জারণ প্রক্রিয়া।
$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH (ইথানল)} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{CH}_3\text{CHO (ইথান্যাল)} \xrightarrow{[\text{O}]} \text{CH}_3\text{COOH (ইথানয়িক অ্যাসিড)}$
অতএব, উদ্দীপকের 'A' যৌগটি হলো একটি অ্যালডিহাইড, যার নাম ইথান্যাল বা অ্যাসিটালডিহাইড ($\text{CH}_3\text{CHO}$)।

ইথান্যাল ($\text{CH}_3\text{CHO}$) অণুতে দুটি কার্বন পরমাণু রয়েছে। এদের সংকরণ প্রক্রিয়া নিচে পুঙ্খানুপুঙ্খ বর্ণনা করা হলো:

১. ১ম কার্বন ($\text{-CH}_3$ মূলকের কার্বন):
এই কার্বনটি ৪টি একক সমযোজী বন্ধন (৩টি $\text{C}-\text{H}$ এবং ১টি $\text{C}-\text{C}$) দ্বারা যুক্ত। ৪টি সিগমা বন্ধন গঠনের কারণে এই ১ম কার্বনটিতে $sp^3$ সংকরণ ঘটে এবং এর জ্যামিতিক গঠন চতুস্তলকীয় হয়।

২. ২য় কার্বন (কার্বোনিল মূলকের কার্বন, $\text{-CHO}$):
অ্যালডিহাইড মূলকের কার্যকরী কার্বনটি অক্সিজেনের সাথে একটি দ্বিবন্ধন ($\text{C}=\text{O}$) এবং হাইড্রোজেনের সাথে একটি একক বন্ধন ($\text{C}-\text{H}$) দ্বারা যুক্ত। অর্থাৎ, এই কার্বনটি মোট ৩টি সিগমা ($\sigma$) বন্ধন এবং ১টি পাই ($\pi$) বন্ধন গঠন করে। ৩টি সিগমা বন্ধন গঠনের জন্য এর যোজনী স্তরে $sp^2$ সংকরণ ঘটে।

২য় কার্বনের $sp^2$ সংকরণের বিস্তারিত মেকানিজম:
কার্বনের স্বাভাবিক ইলেকট্রন বিন্যাস: $_{6}\text{C} \rightarrow 1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^0$
উত্তেজিত অবস্থায় কার্বনের ইলেকট্রন বিন্যাস: $\text{C}^* \rightarrow 1s^2 2s^1 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1$

$sp^2$ সংকরণে উত্তেজিত কার্বনের যোজ্যতা স্তর থেকে ১টি $2s$ অরবিটাল এবং ২টি $2p$ অরবিটাল ($2p_x, 2p_y$) পরস্পরের সাথে মিশ্রিত হয়ে সমশক্তিসম্পন্ন ৩টি $sp^2$ সংকর অরবিটাল তৈরি করে। প্রতিটি সংকর অরবিটালে একটি করে অয়ুগ্ম ইলেকট্রন থাকে। এছাড়া ১টি অসংকরিত $2p_z$ অরবিটাল ১টি বিজোড় ইলেকট্রনসহ সংকর তলের সাথে লম্বালম্বিভাবে অবস্থান করে।

বন্ধন গঠন:
* ৩টি $sp^2$ সংকর অরবিটালের ১টি ১ম কার্বনের সাথে মুখোমুখি অতিক্রমণ করে $\text{C}-\text{C}$ $\sigma$-বন্ধন গঠন করে, ১টি হাইড্রোজেনের $1s$ অরবিটালের সাথে $\text{C}-\text{H}$ $\sigma$-বন্ধন গঠন করে এবং বাকি ১টি অক্সিজেনের $2p$ অরবিটালের সাথে মুখোমুখি অতিক্রমণ করে $\text{C}-\text{O}$ $\sigma$-বন্ধন গঠন করে।
* ২য় কার্বনের অসংকরিত বিশুদ্ধ $2p_z$ অরবিটালটি অক্সিজেনের সমান্তরাল অসংকরিত $2p$ অরবিটালের সাথে পাশাপাশি অতিপায়নের মাধ্যমে ১টি পাই ($\pi$) বন্ধন গঠন করে।

জ্যামিতিক আকৃতি: $sp^2$ সংকরণের কারণে ইথান্যালের কার্বোনিল কেন্দ্রের গঠনটি সমতলীয় ত্রিকোণাকার হয় এবং বন্ধন কোণ প্রায় $120^\circ$ হয়।





ঘ) খাদ্য সংরক্ষণে উদ্দীপকের B যৌগটির গুরুত্ব কৌশলসহ বর্ণনা করো।

'গ' এর ধারাবাহিক জারণ বিক্রিয়া হতে প্রাপ্ত 'B' যৌগটি হলো ইথানয়িক অ্যাসিড বা অ্যাসিটিক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$)। খাদ্য সংরক্ষণে ইথানয়িক অ্যাসিডের $6\%-10\%$ জলীয় দ্রবণ ব্যবহার করা হয়, যা বাণিজ্যিকভাবে ভিনেগার (Vinegar) নামে পরিচিত। আচার, চাটনি, সস এবং বিভিন্ন টিনজাত খাদ্য দীর্ঘকাল ব্যাকটিরিয়া ও ছত্রাকের হাত থেকে সুরক্ষিত রাখতে ভিনেগার অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রিজারভেটিভ হিসেবে কাজ করে।

নিচে কৌশলসহ খাদ্য সংরক্ষণে এর গুরুত্ব ও কার্যপদ্ধতি বর্ণনা করা হলো:

১. অম্লীয় পরিবেশ সৃষ্টি (pH হ্রাস):
খাদ্যবস্তু পচনের জন্য মূল দায়ী হলো বিভিন্ন অণুজীব (যেমন: ব্যাকটিরিয়া, মোল্ড ও ইস্ট) এবং তাদের দেহ থেকে নিঃসৃত এনজাইম। অধিকাংশ ব্যাকটিরিয়া ও অণুজীবের বেঁচে থাকার এবং বংশবৃদ্ধির জন্য অনুকূল $\text{\pH}$ সীমা হলো $6.5-7.5$ (নিরপেক্ষ পরিবেশ)।
ভিনেগারে উপস্থিত মৃদু ইথানয়িক অ্যাসিড পানিতে আংশিক বিয়োজিত হয়ে হাইড্রোনিয়াম আয়ন ($\text{H}_3\text{O}^+$) মুক্ত করে, যা খাদ্যের সামগ্রিক $\text{\pH}$ কমিয়ে দেয় এবং অত্যন্ত অম্লীয় পরিবেশ ($\text{\pH} < 4.5$) তৈরি করে।
$\text{CH}_3\text{COOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$

২. অণুজীবের কোষ ধ্বংসের আণবিক কৌশল (প্রধান মেকানিজম):
* কোষঝিল্লি ভেদকরণ: অম্লীয় মাধ্যমে অবিয়োজিত অবস্থায় থাকা লিপিড-দ্রবণীয় ইথানয়িক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$) অণুগুলো ক্ষতিকর ব্যাকটিরিয়ার কোষঝিল্লি (Cell membrane) ভেদ করে খুব সহজে কোষের অভ্যন্তরে (সাইটোপ্লাজমে) প্রবেশ করে।
* অভ্যন্তরীণ pH বিপর্যয়: ব্যাকটিরিয়া কোষের ভেতরের পরিবেশ নিরপেক্ষ ($\text{\pH} \approx 7$) হওয়ায়, ভেতরে প্রবেশ করা মাত্রই অম্ল অণুগুলো বিয়োজিত হয়ে প্রচুর $\text{H}^+$ আয়ন এবং অ্যাসিটেট আয়ন মুক্ত করে। ফলে কোষের ভেতরের $\text{\pH}$ মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়।
* শক্তির অপচয় ও মৃত্যু: ব্যাকটিরিয়া কোষ তার স্বাভাবিক অভ্যন্তরীণ $\text{\pH}$ বজায় রাখার জন্য 'H+-ATPase পাম্প' সক্রিয় করে কোষ থেকে অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়ন বাইরে বের করে দেওয়ার জন্য আপ্রাণ চেষ্টা করে। এই অনবরত চেষ্টার ফলে কোষের সমস্ত বিপাকীয় শক্তি (ATP) নিঃশেষ হয়ে যায়।
* এনজাইম বিকৃতি: তীব্র অম্লতার কারণে অণুজীবের কোষীয় এনজাইম এবং প্রোটিনের গাঠনিক বিকৃতি (Denaturation) ঘটে, যার ফলে ব্যাকটিরিয়ার স্বাভাবিক শারীরবৃত্তীয় ক্রিয়া সম্পূর্ণ বন্ধ হয়ে যায় এবং অণুজীবটি মারা যায়।

৩. জারণ ও এনজাইমের ক্রিয়া রোধ:
কম $\text{\pH}$ বা অম্লীয় মাধ্যমে খাদ্যের নিজস্ব পচনকারী এনজাইমসমূহ (যেমন: পলিফেনল অক্সিডেস) সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়ে। এর ফলে ফলমূল বা তরকারির কালো দাগ পড়া (Browning) এবং বাতাসের অক্সিজেনের কারণে স্বাদের কোনো বিকৃতি ঘটে না।

উপসংহার:
অতএব, বলা যায় যে উদ্দীপকের B যৌগ বা ভিনেগার তার চমৎকার অম্লীয় গুণের মাধ্যমে ক্ষতিকর অণুজীবের কোষীয় প্রোটিন ও শক্তি বিনষ্ট করে খাদ্যের পচন রোধ করে। কম খরচে এবং মানবশরীরের জন্য সম্পূর্ণ নিরাপদ হওয়ায় খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ শিল্পে ও গৃহস্থালিতে এর গুরুত্ব অপরিসীম।