ID#7137 HSC Chemistry 1st CQ (Chittagong 2023)

ক) বিকারক কাকে বলে?

কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত করার জন্য বা কোনো নির্দিষ্ট উপাদান বা মূলক শনাক্ত করার উদ্দেশ্যে মূল বিক্রিয়কের সাথে বাইরে থেকে যে জৈব বা অজৈব রাসায়নিক পদার্থ যোগ করা হয়, তাকে বিকারক বা রিএজেন্ট বলে।

খ) রেখা বর্ণালি কীভাবে মৌল শনাক্তকরণে ব্যবহৃত হয়? ব্যাখ্যা করো।

প্রতিটি মৌলের পরমাণুর ইলেকট্রন বিন্যাস এবং তাদের বিভিন্ন শক্তিস্তরের মধ্যবর্তী শক্তির পার্থক্য ($\Delta E$) সুনির্দিষ্ট এবং অনন্য। কোনো অজ্ঞাত মৌলকে উত্তপ্ত করলে বা তাতে উচ্চ বিভবের বিদ্যুৎ ক্ষরণ ঘটালে, পরমাণুর ইলেকট্রনসমূহ শক্তি শোষণ করে উচ্চ শক্তিস্তরে গমন করে এবং পুনরায় নিম্ন শক্তিস্তরে ফিরে আসার সময় শোষিত শক্তিকে নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো হিসেবে বিকিরণ করে।

বোর সমীকরণ ($ \Delta E = \frac{hc}{\lambda} $) অনুযায়ী, এই নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য ($\lambda$) বর্ণালিবীক্ষণ যন্ত্রে সুনির্দিষ্ট উজ্জ্বল রেখা বা রেখা বর্ণালি হিসেবে আত্মপ্রকাশ করে। যেহেতু দুটি ভিন্ন মৌলের শক্তিস্তরের বিন্যাস কখনোই এক হতে পারে না, তাই তাদের রেখা বর্ণালির রেখাসমূহ এবং তরঙ্গের বিন্যাসও সম্পূর্ণ আলাদা হয়। এই কারণে রেখা বর্ণালিকে মৌলের 'আঙুলের ছাপ' বা ফিঙ্গারপ্রিন্ট বলা হয়, যার সাহায্যে অজ্ঞাত মৌলকে অত্যন্ত নিখুঁতভাবে শনাক্ত করা সম্ভব।

গ) ১নং নমুনা হতে ২নং নমুনা প্রস্তুতির ধাপসমূহ সমীকরণসহ বর্ণনা করো।

উদ্দীপকের ১নং নমুনাটি হলো চিনি বা সুক্রোজ ($\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$) এবং ২নং নমুনাটি হলো ভিনেগার বা ইথানয়িক অ্যাসিডের লঘু জলীয় দ্রবণ ($\text{CH}_3\text{COOH}$)।

চিনি (সুক্রোজ) হতে ভিনেগার বা ইথানয়িক অ্যাসিড প্রস্তুতকরণের শিল্প পদ্ধতিটি মূলত তিনটি ধাপে সম্পন্ন হয়। নিচে বিক্রিয়ার সমীকরণসহ ধাপসমূহ পুঙ্খানুপুঙ্খ বর্ণনা করা হলো:

ধাপ-১: চিনির অম্লীয় আর্দ্র বিশ্লেষণ (ইলেক্ট্রন মুক্তকরণ):
চিনির জলীয় দ্রবণকে লঘু খনিজ অ্যাসিডের উপস্থিতিতে প্রায় $30^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় অথবা ইস্ট (Yeast) থেকে নিঃসৃত ইনভার্টেজ (Invertase) এনজাইম দ্বারা আর্দ্র বিশ্লেষণ করা হয়। এর ফলে সুক্রোজ অণু ভেঙে সমমোলার গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজের মিশ্রণ তৈরি হয়।
$\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} \text{ (সুক্রোজ)} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{ই\text{নভার্টেজ} / H}^+, 30^\circ\text{C}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (গ্লুকোজ)} + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (ফ্রুক্টোজ)}$

ধাপ-২: জাইমেজ দ্বারা গাঁজন (ইথানল প্রস্তুতকরণ):
উৎপন্ন গ্লুকোজের দ্রবণে ইস্ট যোগ করে রেখে দিলে ইস্ট থেকে নিঃসৃত জাইমেজ (Zymase) নামক এনজাইম গ্লুকোজকে গাঁজন বা ফারমেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ভেঙে ইথানল এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাসে রূপান্তরিত করে।
$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (গ্লুকোজ)} \xrightarrow{\text{জাইমেজ}} 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH (ইথানল)} + 2\text{CO}_2(g)$

ধাপ-৩: ব্যাকটেরিয়াল জারণ (ভিনেগার প্রস্তুতকরণ):
প্রাপ্ত লঘু ইথানল দ্রবণকে $30^\circ\text{C}-35^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় অ্যাসিটোব্যাক্টর (Acetobacter) ব্যাকটেরিয়ার উপস্থিতিতে বাতাসের অক্সিজেন দ্বারা জারিত করা হয়। ব্যাকটেরিয়া থেকে নিঃসৃত অ্যালকোহল ডিহাইড্রোজিনেজ এনজাইম ইথানলকে সরাসরি ইথানয়িক অ্যাসিড বা ভিনেগারে পরিণত করে।
$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{অ্যাসিটোব্যাক্টর}} \text{CH}_3\text{COOH (ইথানয়িক অ্যাসিড)} + \text{H}_2\text{O}$

এই প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন ইথানয়িক অ্যাসিডের $6\%-10\%$ জলীয় দ্রবণই হলো কাঙ্ক্ষিত ২নং নমুনা বা ভিনেগার।

---

ঘ) উদ্দীপকের ২নং নমুনার খাদ্য সংরক্ষণ কৌশল বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকের ২নং নমুনাটি হলো ভিনেগার (ইথানয়িক অ্যাসিডের $6\%-10\%$ জলীয় দ্রবণ)। খাদ্যবস্তুকে ব্যাকটেরিয়া, ছত্রাক ও বিভিন্ন ক্ষতিকর এনজাইমের আক্রমণ থেকে রক্ষা করে দীর্ঘকাল পচনমুক্ত রাখতে ভিনেগার অত্যন্ত কার্যকরী ভূমিকা পালন করে।

নিচে আণবিক ও শারীরবৃত্তীয় মেকানিজমের আলোকে ভিনেগারের খাদ্য সংরক্ষণ কৌশল পুঙ্খানুপুঙ্খ বিশ্লেষণ করা হলো:

১. অম্লীয় পরিবেশ সৃষ্টি ও pH নিয়ন্ত্রণ:
খাদ্যদ্রব্য পচনের জন্য মূলত দায়ী হলো বিভিন্ন অণুজীব (যেমন- ব্যাকটেরিয়া, মোল্ড)। এদের বংশবৃদ্ধি ও বেঁচে থাকার জন্য অনুকূল $\text{\pH}$ এর সীমা হলো $6.5-7.5$ (নিরপেক্ষ পরিবেশ)। ভিনেগার একটি মৃদু জৈব অ্যাসিড হওয়ায় এটি জলীয় দ্রবণে আংশিক বিয়োজিত হয়ে প্রচুর হাইড্রোনিয়াম আয়ন ($\text{H}_3\text{O}^+$) মুক্ত করে এবং খাদ্যের সামগ্রিক $\text{\pH}$ 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 অম্লীয় মাধ্যমে ক্ষতিকর ব্যাকটেরিয়াসমূহ নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়ে এবং নতুন করে বংশবৃদ্ধি করতে পারে না।

২. অণুজীবের কোষ ধ্বংসের সুনির্দিষ্ট আণবিক কৌশল:
* কোষঝিল্লি ভেদকরণ: অম্লীয় মাধ্যমে অবিয়োজিত অবস্থায় থাকা লিপিড-দ্রবণীয় ইথানয়িক অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$) অণুগুলো ব্যাকটেরিয়া কোষের আণবিক স্তর বা ফসফোলিপিড কোষঝিল্লি ভেদ করে খুব সহজে কোষের সাইটোপ্লাজমে প্রবেশ করে।
* অভ্যন্তরীণ pH বিপর্যয়: ব্যাকটেরিয়া কোষের ভেতরের পরিবেশ সাধারণত নিরপেক্ষ ($\text{\pH} \approx 7$) থাকে। ফলে ভেতরে প্রবেশ করা মাত্রই অম্ল অণুগুলো দ্রুত বিয়োজিত হয়ে প্রচুর $\text{H}^+$ আয়ন এবং অ্যাসিটেট আয়ন মুক্ত করে। এতে কোষের ভেতরের $\text{\pH}$ মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়।
* এনজাইম বিকৃতি ও শক্তির অপচয়: তীব্র অম্লতার কারণে ব্যাকটেরিয়া কোষের অভ্যন্তরীণ এনজাইম এবং প্রোটিনের গাঠনিক বিকৃতি (Denaturation) ঘটে। কোষ তার স্বাভাবিক অবস্থা বজায় রাখার জন্য 'H+-ATPase পাম্প' সক্রিয় করে অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়ন বাইরে বের করে দেওয়ার চেষ্টা করে। এই অনবরত প্রক্রিয়ায় কোষের সমস্ত বিপাকীয় শক্তি (ATP) নিঃশেষ হয়ে যায় এবং অণুজীবটি মারা যায়।

৩. জারণজনিত বিকৃতি ও এনজাইম নিষ্ক্রিয়করণ:
খাদ্যে উপস্থিত নিজস্ব পচনকারী এনজাইমসমূহ (যেমন- পলিফেনল অক্সিডেস) কম $\text{\pH}$ মাধ্যমে কাজ করতে পারে না। ফলে ফলমূল বা তরকারির স্বতঃস্ফূর্ত জারণ ঘটে না এবং স্বাদের কোনো বিকৃতি বা কালো দাগ পড়ে না।

উপসংহার:
অতএব, বলা যায় যে উদ্দীপকের ২নং নমুনা বা ভিনেগার তার অম্লীয় গুণের দ্বারা অণুজীবের কোষীয় প্রোটিন ও শক্তি বিনষ্ট করার মাধ্যমে খাদ্যের পচন চমৎকারভাবে রোধ করে।