ID#7150 HSC Chemistry 1st CQ (Barisal 2023)

ক) এন্টিমাইক্রোবিয়াল কী?

যেসব রাসায়নিক পদার্থ ক্ষতিকারক অণুজীব যেমন ব্যাকটেরিয়া, ভাইরাস, ছত্রাক বা পরজীবী ধ্বংস করে বা এদের বংশবৃদ্ধি রোধ করে খাদ্যদ্রব্য ও অন্যান্য উপাদানকে পচন থেকে রক্ষা করে, তাদেরকে এন্টিমাইক্রোবিয়াল বলে।

খ) খাদ্য সংরক্ষণে লবণের ভূমিকা ব্যাখ্যা কর।

খাদ্য সংরক্ষণে সোডিয়াম ক্লোরাইড ($\text{NaCl}$) বা টেবিল সল্ট একটি অত্যন্ত কার্যকর এবং বহুল ব্যবহৃত প্রাকৃতিক প্রিজারভেটিভ। এটি প্রধানত বহিঃঅভিস্রবণ (Exosmosis) প্রক্রিয়ার মাধ্যমে খাদ্যকে অণুজীবের আক্রমণ থেকে রক্ষা করে।

যখন মাছ, মাংস বা আচারে পর্যাপ্ত পরিমাণে লবণ (সাধারণত ১৫-২০%) যোগ করা হয়, তখন খাদ্যের বাহ্যিক পরিপার্শ্বে একটি উচ্চ ঘনত্বের অতিপৃক্ত লবণ দ্রবণের স্তর তৈরি হয়। এর ফলে খাদ্যের গায়ে লেগে থাকা ক্ষতিকর ব্যাকটেরিয়া বা ছত্রাকের কোষপ্রাচীর ভেদ করে ভেতরের তরল জলীয় অংশ অভিস্রবণ প্রক্রিয়ায় বাইরে বেরিয়ে আসে। জলশূন্যতার কারণে অণুজীবের কোষগুলো সংকুচিত হয়ে পড়ে এবং বিপাকীয় ক্রিয়া বন্ধ হয়ে অণুজীব দ্রুত মারা যায়।

উত্তর: লবণ খাদ্যের আর্দ্রতা বা মুক্ত পানির পরিমাণ ($\text{a}_w$) কমিয়ে দেয়, যা অণুজীবের বেঁচে থাকার ও বংশবৃদ্ধির অনুকূল পরিবেশ সম্পূর্ণরূপে বিনষ্ট করে খাদ্যকে দীর্ঘকাল পচন থেকে রক্ষা করে।

গ) 400°C তাপমাত্রায় ও 10 atm চাপে সাম্যাবস্থায় (i) নং বিক্রিয়ায় 3.85% $\text{NH}_3$ থাকলে $K_p$ নির্ণয় কর।

উদ্দীপকের (i) নং বিক্রিয়াটি হলো:
$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$

ধরি, সাম্যাবস্থায় গ্যাসীয় মিশ্রণের মোট মোল সংখ্যা $= 100$
প্রশ্নানুযায়ী, সাম্যাবস্থায় $\text{NH}_3$ এর মোলের শতকরা হার $= 3.85\%$
সুতরাং, সাম্যাবস্থায় $\text{NH}_3$ এর মোল সংখ্যা, $\text{n}_{\text{NH}_3} = 3.85$

বিক্রিয়া মিশ্রণে বাকি উপাদান অর্থাৎ $\text{N}_2$ এবং $\text{H}_2$ এর মোট মোল সংখ্যা হবে:
$\text{n}_{\text{N}_2} + \text{n}_{\text{H}_2} = 100 - 3.85 = 96.15$

বিক্রিয়ার প্রারম্ভিক স্টোইকিওমেট্রি বা মোল অনুপাত অনুযায়ী, মিশ্রণে $\text{N}_2$ এবং $\text{H}_2$ এর অনুপাত $1:3$ থাকে।
অতএব, সাম্যাবস্থায় এদের পৃথক মোল সংখ্যা নিম্নরূপ:
$\text{N}_2$ এর মোল সংখ্যা, $\text{n}_{\text{N}_2} = \frac{1}{1 + 3} \times 96.15 = \frac{96.15}{4} = 24.0375$
$\text{H}_2$ এর মোল সংখ্যা, $\text{n}_{\text{H}_2} = \frac{3}{1 + 3} \times 96.15 = \frac{3 \times 96.15}{4} = 72.1125$

সাম্যাবস্থায় উপাদানসমূহের আংশিক চাপ ($p = \frac{\text{উপাদানের মোল}}{\text{মোট মোল}} \times \text{মোট চাপ}$) গণনা:
দেওয়া আছে, মোট চাপ, $P = 10 \text{ atm}$
$\text{NH}_3$ এর আংশিক চাপ, $p_{\text{NH}_3} = \frac{3.85}{100} \times 10 = 0.385 \text{ atm}$
$\text{N}_2$ এর আংশিক চাপ, $p_{\text{N}_2} = \frac{24.0375}{100} \times 10 = 2.40375 \text{ atm}$
$\text{H}_2$ এর আংশিক চাপ, $p_{\text{H}_2} = \frac{72.1125}{100} \times 10 = 7.21125 \text{ atm}$

$K_p$ এর সমীকরণ ও মান নির্ণয়:
$K_p = \frac{(p_{\text{NH}_3})^2}{p_{\text{N}_2} \times (p_{\text{H}_2})^3}$
$=> K_p = \frac{(0.385)^2}{2.40375 \times (7.21125)^3}$
$=> K_p = \frac{0.148225}{2.40375 \times 375.01168}$
$=> K_p = \frac{0.148225}{901.43432}$
$=> K_p = 1.6443 \times 10^{-4} \text{ atm}^{-2}$

উত্তর: প্রদত্ত শর্তে বিক্রিয়াটির সাম্যধ্রুবক $K_p$ এর মান হলো $1.64 \times 10^{-4} \text{ atm}^{-2}$।

---

ঘ) (i) নং ও (ii) নং বিক্রিয়ার উৎপাদ বৃদ্ধির শর্তসমূহ বিশ্লেষণ কর।

কোনো উভমুখী বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থার ওপর প্রভাবকসমূহের (তাপমাত্রা, চাপ ও ঘনমাত্রা) ভূমিকা লা-শাতেলিয়ের নীতি (Le Chatelier's Principle) দ্বারা পুঙ্খানুপুঙ্খ বিশ্লেষণ করা যায়।

উদ্দীপকের বিক্রিয়া দুটির উৎপাদ ($\text{NH}_3$ এবং $\text{NO}$) বৃদ্ধির জন্য প্রয়োজনীয় অনুকূল শর্তসমূহ নিচে পৃথকভাবে বিশ্লেষণ করা হলো:

১. (i) নং বিক্রিয়ার উৎপাদ ($\text{NH}_3$) বৃদ্ধির শর্তসমূহ:
$\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g) + \text{তাপ} \quad [\Delta H = -92 \text{ kJ/mol}]$

* canও তাপমাত্রার প্রভাব: বিক্রিয়াটি একটি তাপোৎপাদী (Exothermic) বিক্রিয়া। লা-শাতেলিয়ের নীতি অনুযায়ী, এই সাম্যাবস্থায় তাপমাত্রা হ্রাস করলে তাপ শোষণের উদ্দেশ্যে বিক্রিয়াটি সম্মুখমুখী অগ্রসর হয় এবং উৎপাদ $\text{NH}_3$ এর পরিমাণ বৃদ্ধি পায়। তবে অত্যন্ত কম তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার গতি স্লথ হয়ে যায় বিধায় শিল্পকারখানায় অনুকূল সর্বোত্তম তাপমাত্রা ৪৫০°C-৫০০°C ব্যবহার করা হয়।
* চাপের প্রভাব: বিক্রিয়ায় বিক্রিয়কের মোট মোল সংখ্যা ($1+3=4$) অপেক্ষা উৎপাদের মোট মোল সংখ্যা ($2$) কম। অর্থাৎ সম্মুখমুখী বিক্রিয়ায় আয়তন হ্রাস পায়। সাম্যাবস্থায় চাপ প্রয়োগ করলে সিস্টেম চাপ হ্রাসের লক্ষ্যে কম মোল সংখ্যার দিকে অর্থাৎ সম্মুখের দিকে ধাবিত হয়। তাই উচ্চ চাপ (২০০ atm) প্রয়োগ করলে $\text{NH}_3$ এর উৎপাদন বহুগুণ বৃদ্ধি পাবে।
* ঘনমাত্রার প্রভাব: সাম্যাবস্থা থেকে অনবরত $\text{NH}_3$ অপসারিত করলে বা বিক্রিয়ক $\text{N}_2$ ও $\text{H}_2$ এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করলে উৎপাদন বৃদ্ধি পায়।

২. (ii) নং বিক্রিয়ার উৎপাদ ($\text{NO}$) বৃদ্ধির শর্তসমূহ:
$\text{N}_2(g) + 2\text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NO}(g) - 43.0 \text{ kcal} \quad [\Delta H = +180 \text{ kJ/mol}]$

* তাপমাত্রার প্রভাব: বিক্রিয়াটির ডানপাশে $-43.0 \text{ kcal}$ তাপের উল্লেখ থাকায় এটি একটি তাপহারী (Endothermic) বিক্রিয়া। লা-শাতেলিয়ের নীতি অনুযায়ী, এই বিক্রিয়ায় উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োগ করলে সিস্টেমের তাপ শোষিত হয়ে সাম্যাবস্থা দ্রুত ডানদিকে বা সম্মুখের দিকে স্থানান্তরিত হয়। ফলে নাইট্রিক অক্সাইড ($\text{NO}$) এর উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। শিল্পক্ষেত্রে এজন্য প্রায় ২০০০°C উচ্চ তাপমাত্রা বজায় রাখা হয়।
* চাপের প্রভাব: বিক্রিয়াটির বামপাশে গ্যাসীয় মোল সংখ্যা ($1+1=2$) এবং ডানপাশে উৎপাদের গ্যাসীয় মোল সংখ্যাও অবিকল ২। যেহেতু বিক্রিয়ার ফলে সামগ্রিক আয়তন বা অণুর সংখ্যার কোনো পরিবর্তন ঘটে না ($\Delta n = 2 - 2 = 0$), সেহেতু এই সাম্যাবস্থায় চাপের হ্রাস-বৃদ্ধির কোনো প্রভাব নেই। অর্থাৎ চাপ পরিবর্তন করলে উৎপাদের পরিমাণে কোনো পরিবর্তন হবে না।
* ঘনমাত্রার প্রভাব: বিক্রিয়া পাত্রে নাইট্রোজেন ও অক্সিজেনের যোগান বাড়ালে বিক্রিয়া সম্মুখমুখী হবে।

বিক্রিয়া দুটির উৎপাদ বৃদ্ধির তুলনামূলক টেবিল:

বিক্রিয়া নং	বিক্রিয়ার প্রকৃতি	মোল সংখ্যার পরিবর্তন ($\Delta n$)	উৎপাদ বৃদ্ধির জন্য তাপমাত্রা	উৎপাদ বৃদ্ধির জন্য চাপ
(i) নং বিক্রিয়া	তাপোৎপাদী	হ্রাস পায় (-২)	হ্রাস বা নিম্ন তাপমাত্রা	উচ্চ চাপ প্রয়োজন
(ii) নং বিক্রিয়া	তাপহারী	অপরিবর্তিত (০)	উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োজন	চাপের কোনো প্রভাব নেই

গাণিতিক সিদ্ধান্ত:
১. (i) নং বিক্রিয়ায় সর্বোচ্চ উৎপাদ পাওয়ার জন্য উচ্চ চাপ ও নিম্ন (অনুকূল) তাপমাত্রা প্রধান শর্ত।
২. (ii) নং বিক্রিয়ায় সর্বোচ্চ উৎপাদ পাওয়ার জন্য চাপ নিরপেক্ষ রেখে শুধুমাত্র উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োগ করা প্রধান শর্ত।