ID#7135 HSC Chemistry 1st CQ (Dinajpur 2023)

ক) অবস্থান্তর মৌল কাকে বলে?

পর্যায় সারণির d-ব্লকভুক্ত যেসব মৌলের অন্তত একটি সুস্থিত আয়নের ইলেকট্রন বিন্যাসে d-অরবিটালটি আংশিকভাবে পূর্ণ (অর্থাৎ $d^1$ থেকে $d^9$) থাকে, তাদেরকে অবস্থান্তর মৌল বলে।

খ) চিকিৎসা ক্ষেত্রে IR রশ্মি ব্যবহৃত হয় কেন?

অবলোহিত রশ্মি বা IR (Infrared) রশ্মি হলো এক প্রকার তাপ বিকিরণ তরঙ্গ। যখন এই রশ্মি মানবদেহের ত্বকের ওপর আপতিত হয়, তখন এটি ত্বকের ভেতরের কোষ ও জলের অণুগুলোতে মৃদু কম্পন সৃষ্টি করে রক্তনালীগুলোকে প্রসারিত করে। এর ফলে রক্ত সঞ্চালনের গতি বৃদ্ধি পায় এবং আক্রান্ত স্থানে অক্সিজেনের সরবরাহ বাড়ে।

চিকিৎসা বিজ্ঞানে মূলত ফিজিওথেরাপিতে মাংসপেশির তীব্র ব্যথা উপশম, মচকানো বা বাতের ব্যথা দূর করা এবং কোষের ক্ষত দ্রুত নিরাময়ের জন্য 'হিট থেরাপি' হিসেবে IR রশ্মি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এছাড়া মানবদেহের অভ্যন্তরীণ কোষের চিত্র ধারণের জন্য থার্মোগ্রাফিতেও এই রশ্মি চমৎকার ভূমিকা পালন করে।

গ) উদ্দীপকের আলোকে 'C' উৎপাদনের ধাপসমূহ বিক্রিয়ার সমীকরণসহ ব্যাখ্যা করোer

উদ্দীপকের পর্যায়ক্রমিক রূপান্তর বিক্রিয়াটি হলো আখের রস বা সুক্রোজ থেকে ইথানয়িক অ্যাসিড (ভিনেগার) প্রস্তুতকরণের একটি শিল্প পদ্ধতি।
১. আখের রসকে অ্যাসিড আর্দ্র বিশ্লেষণ করলে গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজের মিশ্রণ 'A' উৎপন্ন হয়।
২. 'A' যৌগকে জাইমেজ এনজাইমের উপস্থিতিতে গাঁজন (Fermentation) করলে ইথানল 'B' পাওয়া যায়।
৩. ইথানলকে অ্যাসিটোব্যাক্টর ব্যাকটেরিয়ার উপস্থিতিতে বাতাসের অক্সিজেন দ্বারা জারিত করলে ইথানয়িক অ্যাসিড বা ভিনেগার 'C' উৎপন্ন হয়।
অতএব, উদ্দীপকের খাদ্য সংরক্ষক 'C' যৌগটি হলো ইথানয়িক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$)।

নিচে আখের রস থেকে 'C' বা ইথানয়িক অ্যাসিড উৎপাদনের ধাপসমূহ রাসায়নিক সমীকরণসহ পুঙ্খানুপুঙ্খ ব্যাখ্যা করা হলো:

ধাপ-১: আখের রসের আর্দ্র বিশ্লেষণ (গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজ প্রস্তুতকরণ):
আখের রসের প্রধান উপাদান সুক্রোজ ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$)। এটিকে লঘু খনিজ অ্যাসিডের উপস্থিতিতে প্রায় $30^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় আর্দ্র বিশ্লেষণ করলে তা ভেঙে সমমোলার গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজের মিশ্রণ 'A' তৈরি করে। এই প্রক্রিয়ায় ইস্ট থেকে নিঃসৃত ইনভার্টেজ (Invertase) এনজাইমও ব্যবহার করা যায়।
$\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} \text{ (সুক্রোজ)} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+, 30^\circ\text{C}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (গ্লুকোজ)} + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (ফ্রুক্টোজ)}$

ধাপ-২: গাঁজন বা ফারমেন্টেশন (ইথানল 'B' প্রস্তুতকরণ):
উৎপন্ন মিশ্রণ 'A' (গ্লুকোজ)-এর মধ্যে ইস্ট (Yeast) যোগ করা হয়। ইস্ট থেকে নিঃসৃত জাইমেজ (Zymease) নামক এনজাইম গ্লুকোজকে ভেঙে ইথানল 'B' এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাসে পরিণত করে।
$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (গ্লুকোজ)} \xrightarrow{\text{জাইমেজ}} 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH (ইথানল 'B')} + 2\text{CO}_2(g)$

ধাপ-৩: ব্যাকটেরিয়াল জারণ ('C' বা ইথানয়িক অ্যাসিড প্রস্তুতকরণ):
প্রাপ্ত লঘু ইথানল দ্রবণকে মাল্ট ভিনেগার বা কাঠের গুঁড়ো সহ একটি বিশেষ পাত্রে রেখে অ্যাসিটোব্যাক্টর (Acetobacter) ব্যাকটেরিয়ার উপস্থিতিতে $30^\circ\text{C}-35^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় উপর থেকে বাতাস চালনা করা হয়। ব্যাকটেরিয়া থেকে নিঃসৃত অ্যালকোহল ডিহাইড্রোজিনেজ এনজাইম বাতাসের অক্সিজেন দ্বারা ইথানলকে জারিত করে ইথানয়িক অ্যাসিড বা ভিনেগার 'C' উৎপাদন করে।
$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{অ\text{্যাসিটোব্যাক্টর}, } 30^\circ\text{C}} \text{CH}_3\text{COOH (ইথানয়িক অ্যাসিড 'C')} + \text{H}_2\text{O}$

এই জারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে মূলত বাণিজ্যিকভাবে $6\%-10\%$ জলীয় দ্রবণের ভিনেগার বা 'C' উৎপাদিত হয়।

---

ঘ) খাদ্য সংরক্ষণে 'C' এর গুরুত্বসহ কৌশল বিশ্লেষণ করো।

'গ' হতে প্রাপ্ত উদ্দীপকের 'C' যৌগটি হলো ইথানয়িক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$), যার $6\%-10\%$ জলীয় দ্রবণকে ভিনেগার (Vinegar) বলা হয়। খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ ও দীর্ঘমেয়াদী সংরক্ষণে ভিনেগার একটি অত্যন্ত নিরাপদ এবং অত্যন্ত কার্যকর প্রাকৃতিক প্রিজারভেটিভ হিসেবে কাজ করে। বিশেষ করে বিভিন্ন ফল, সবজি, আচার, সস, মাছ ও মাংস সংরক্ষণে এর গুরুত্ব অপরিসীম।

নিচে আণবিক মেকানিজম বা কৌশলের আলোকে খাদ্য সংরক্ষণে ভিনেগারের কার্যপদ্ধতি বিশ্লেষণ করা হলো:

১. অম্লীয় পরিবেশ সৃষ্টি ও pH নিয়ন্ত্রণ:
খাদ্য পচনের জন্য মূলত ব্যাকটিরিয়া, মোল্ড এবং ইস্টের মতো অণুজীবগুলো দায়ী। অধিকাংশ ব্যাকটেরিয়ার বংশবৃদ্ধি ও বেঁচে থাকার জন্য অনুকূল $\text{\pH}$ হলো প্রায় $6.5-7.5$ (নিরপেক্ষ পরিবেশ)। ভিনেগার একটি মৃদু অ্যাসিড হওয়ায় এটি জলীয় দ্রবণে আংশিক বিয়োজিত হয়ে হাইড্রোনিয়াম আয়ন ($\text{H}_3\text{O}^+$) উৎপন্ন করে খাদ্যের $\text{\pH}$ কমিয়ে $4.5$ এর নিচে নিয়ে আসে।
$\text{CH}_3\text{COOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$
এই তীব্র অম্লীয় পরিবেশে ক্ষতিকর অণুজীবগুলো মোটেও বেঁচে থাকতে বা বংশবৃদ্ধি করতে পারে না।

২. অণুজীবের কোষ ধ্বংসের আণবিক কৌশল (প্রধান মেকানিজম):
ভিনেগারের অণুজীব ধ্বংস করার সুনির্দিষ্ট জৈবিক কৌশলটি নিচে দেওয়া হলো:
* কোষঝিল্লি ভেদকরণ: অম্লীয় মাধ্যমে অবিয়োজিত অবস্থায় থাকা লিপিড-দ্রবণীয় ইথানয়িক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$) অণুগুলো ক্ষতিকর ব্যাকটিরিয়ার ফসফোলিপিড কোষঝিল্লি ভেদ করে খুব সহজে কোষের অভ্যন্তরে (সাইটোপ্লাজমে) প্রবেশ করে।
* অভ্যন্তরীণ pH বিপর্যয়: ব্যাকটিরিয়া কোষের ভেতরের পরিবেশ সাধারণত নিরপেক্ষ ($\text{\pH} \approx 7.0$) হওয়ায়, ভেতরে প্রবেশ করা মাত্রই অম্ল অণুগুলো দ্রুত বিয়োজিত হয়ে প্রচুর $\text{H}^+$ আয়ন এবং অ্যাসিটেট আয়ন মুক্ত করে। ফলে কোষের অভ্যন্তরীণ $\text{\pH}$ মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়।
* কোষীয় এনজাইম বিকৃতি: ভেতরের পরিবেশ অম্লীয় হয়ে যাওয়ার কারণে ব্যাকটিরিয়ার বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় এনজাইম ও গাঠনিক প্রোটিনসমূহের স্থায়ী বিকৃতি (Denaturation) ঘটে।
* 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 এবং অণুজীবটি মারা যায়।

৩. জারণজনিত পচন ও কালো দাগ রোধ:
খাদ্যে উপস্থিত পচনকারী এনজাইমসমূহ (যেমন: পলিফেনল অক্সিডেস) কম $\text{\pH}$ মাধ্যমে সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়ে। এর ফলে ফলমূল বা সবজি কাটার পর বাতাসে অক্সিজেনের সংস্পর্শে এসে যে কালো দাগ পড়ে (Browning), ভিনেগার তা চমৎকারভাবে রোধ করে খাদ্যের বর্ণ ও স্বাদ অটুট রাখে।

উপসংহার:
অতএব, বলা যায় যে উদ্দীপকের 'C' যৌগ বা ভিনেগার তার অম্লীয় গুণের দ্বারা অণুজীবের শারীরবৃত্তীয় কাঠামো ও এনজাইম ধ্বংস করার মাধ্যমে খাদ্যের পচন রোধ করে। এটি সম্পূর্ণ প্রাকৃতিক ও মানবদেহের জন্য উপকারি হওয়ায় খাদ্য সংরক্ষণে এর গুরুত্ব অপরিসীম।