ID#7164 HSC Chemistry 2nd CQ (Dhaka 2023)

ক) R.M.S. কী?

কোনো গ্যাসের অণুসমূহের পৃথক পৃথক বেগের বর্গের গড় মানের বর্গমূলকে ওই গ্যাসের মূল গড় বর্গ বেগ বা আর.এম.এস. (R.M.S. - Root Mean Square) বেগ বলা হয়।

খ) কীভাবে $>\text{C}=\text{O}$ মূলককে $-\text{CH}_2-$ মূলকে পরিণত করা যায়?

কার্বোনিল মূলককে ($>\text{C}=\text{O}$) মিথিলিন মূলকে ($-\text{CH}_2-$) রূপান্তরিত করার সবচেয়ে কার্যকর পদ্ধতি হলো ক্লেমেনসেন বিজারণ (Clemmensen Reduction)।

অ্যালডিহাইড বা কিটোনকে জিংক অ্যামালগাম ও গাঢ় হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডের ($\text{Zn}-\text{Hg} + \text{HCl}$) মিশ্রণ সহ উত্তপ্ত করলে মিশ্রণ থেকে উৎপন্ন জায়মান হাইড্রোজেন ($[\text{H}]$) কার্বোনিল মূলককে সরাসরি বিজারিত করে মিথিলিন মূলকে পরিণত করে এবং সংশ্লিষ্ট হাইড্রোকার্বন (অ্যালকেন) উৎপন্ন হয়।
$$\text{R}-\text{CHO} + 4[\text{H}] \xrightarrow{\text{Zn}-\text{Hg} / \text{HCl}} \text{R}-\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

গ) উদ্দীপকের গ্যাসদ্বয় পরস্পর কত দূরত্বে মিলিত হবে?

উদ্দীপকের রাসায়নিক সমীকরণ দুটি থেকে সর্বাগ্রে গ্যাসদ্বয়কে সুনির্দিষ্টভাবে শনাক্ত করি:
(i) $2\text{NH}_4\text{Cl} + \text{CaO} \rightarrow 2\text{NH}_3(g) + \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} \Rightarrow$ সুতরাং, $\text{A}$ গ্যাসটি হলো অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$)।
(ii) $\text{CH}_3\text{OH} + \text{PCl}_5 \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl} + \text{POCl}_3 + \text{HCl}(g) \Rightarrow$ সুতরাং, $\text{B}$ গ্যাসটি হলো হাইড্রোজেন ক্লোরাইড ($\text{HCl}$)।

গ্যাসদ্বয়ের ব্যাপন হার এবং পরস্পরের দিকে অতিক্রান্ত দূরত্বের সম্পর্ক গ্রাহামের ব্যাপন সূত্র থেকে পাওয়া যায়।

দেওয়া আছে উপাত্তসমূহ:
নলের মোট দৈর্ঘ্য, $L = 70 \text{ cm}$
$\text{A}$ গ্যাস ($\text{NH}_3$) এর আণবিক ভর, $M_{\text{A}} = 14 + (1 \times 3) = 17 \text{ g/mol}$
$\text{B}$ gas ($\text{HCl}$) এর আণবিক ভর, $M_{\text{B}} = 1 + 35.5 = 36.5 \text{ g/mol}$

ধরি, গ্যাসদ্বয় একই সময়ে নলের দুই প্রান্ত থেকে ব্যাপিত হতে শুরু করে এবং $t$ সময় পর পরস্পর মিলিত হয়।
নলের যে প্রান্ত থেকে $\text{A}$ গ্যাস ($\text{NH}_3$) প্রবেশ করে, সেখান থেকে মিলনস্থলের দূরত্ব $= x \text{ cm}$
সুতরাং, অন্য প্রান্ত থেকে $\text{B}$ গ্যাস ($\text{HCl}$) এর অতিক্রান্ত দূরত্ব $= (70 - x) \text{ cm}$

নির্দিষ্ট সময়ে কোনো গ্যাসের অতিক্রান্ত দূরত্ব তার ব্যাপন হারের ($r$) সমানুপাতিক। গ্রাহামের ব্যাপন সূত্রানুযায়ী:
$\frac{r_{\text{A}}}{r_{\text{B}}} = \sqrt{\frac{M_{\text{B}}}{M_{\text{A}}}}$
$=> \frac{x / t}{(70 - x) / t} = \sqrt{\frac{36.5}{17}}$
$=> \frac{x}{70 - x} = \sqrt{2.14706}$
$=> \frac{x}{70 - x} = 1.4653$
$=> x = 1.4653 \times (70 - x)$
$=> x = 102.571 - 1.4653x$
$=> x + 1.4653x = 102.571$
$=> 2.4653x = 102.571$
$=> x = \frac{102.571}{2.4653}$
$=> x = 41.606 \text{ cm}$

সুতরাং, $\text{B}$ গ্যাস ($\text{HCl}$) এর প্রান্ত থেকে দূরত্ব $= 70 - 41.606 = 28.394 \text{ cm}$

উত্তর: উদ্দীপকের গ্যাসদ্বয় পরস্পর $\text{NH}_3$ গ্যাসের প্রবেশ মুখ থেকে $41.61 \text{ cm}$ দূরে (অথবা $\text{HCl}$ গ্যাসের মুখ থেকে $28.39 \text{ cm}$ দূরে) সাদা ধোঁয়ার বলয় সৃষ্টির মাধ্যমে মিলিত হবে।

---

ঘ) উদ্দীপকের গ্যাসদ্বয়কে কোন মতবাদ অনুসারে অম্ল-ক্ষারক হিসেবে ব্যাখ্যা করা যায়? বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকের $\text{A}$ গ্যাসটি হলো অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$) এবং $\text{B}$ গ্যাসটি হলো হাইড্রোজেন ক্লোরিক অ্যাসিড বা হাইড্রোজেন ক্লোরাইড ($\text{HCl}$)। এদের মধ্যে অম্ল-ক্ষারক বিক্রিয়াটি জলীয় মাধ্যম ছাড়াই সরাসরি গ্যাসীয় অবস্থায় সংঘটিত হয়ে সাদা ধোঁয়ার কঠিন অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড তৈরি করে:
$$\text{NH}_3(g) + \text{HCl}(g) \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}(s) \text{ [সাদা ধোঁয়া]}$$

যেহেতু বিক্রিয়াটি জলীয় মাধ্যম ছাড়াই সম্পন্ন হয়, তাই একে আরহেনিয়াসের জলীয় মতবাদ দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায় না। এই গ্যাসদ্বয়ের অম্ল-ক্ষারক ধর্মকে মূলত অত্যন্ত চমৎকারভাবে দুটি আধুনিক মতবাদ দ্বারা সুচারুরূপে ব্যাখ্যা করা যায়:

১. ব্রনস্টেড-লাউরি (প্রোটনীয়) মতবাদ অনুসারে বিশ্লেষণ:
এই মতবাদ অনুযায়ী, যে সকল পদার্থ অন্য পদার্থকে প্রোটন ($\text{H}^+$) দান করতে পারে তারা অম্ল এবং যে সকল পদার্থ অন্য পদার্থ থেকে প্রোটন গ্রহণ করতে পারে তারা ক্ষারক।
* $\text{HCl}$ এর ভূমিকা (অম্ল): $\text{NH}_3$ ও $\text{HCl}$ এর মধ্যকার বিক্রিয়ায় $\text{HCl}$ অণুটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে একটি প্রোটন ($\text{H}^+$) বর্জন বা দান করে $\text{Cl}^-$ আয়নে পরিণত হয়। প্রোটন দাতা হওয়ার কারণে ব্রনস্টেড-লাউরি মতবাদ অনুযায়ী $\text{HCl}$ একটি অম্ল।
* $\text{NH}_3$ এর ভূমিকা (ক্ষারক): অপরদিকে, মুক্ত গ্যাসীয় $\text{NH}_3$ অণুটি $\text{HCl}$ কর্তৃক বর্জিত সেই প্রোটনটি ($\text{H}^+$) নিজের দিকে গ্রহণ করে অ্যামোনিয়াম আয়নে ($\text{NH}_4^+$) রূপান্তরিত হয়। প্রোটন গ্রহীতা হওয়ার কারণে এই মতবাদ অনুযায়ী $\text{NH}_3$ একটি ক্ষারক।
$$\text{NH}_3 \text{ [ক্ষারক]} + \text{HCl} \text{ [অম্ল]} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}(s)$$

২. লুইস (ইলেকট্রনীয়) মতবাদ অনুসারে বিশ্লেষণ:
এই মতবাদ অনুযায়ী, যে সকল পদার্থ বিক্রিয়াকালে অন্য পদার্থ থেকে অন্তত এক জোড়া মুক্তজোড় ইলেকট্রন গ্রহণ করতে পারে তারা অম্ল এবং যারা এক জোড়া মুক্তজোড় ইলেকট্রন দান করতে পারে তারা ক্ষারক।
* $\text{NH}_3$ এর ভূমিকা (লুইস ক্ষারক): অ্যামোনিয়া অণুর কেন্দ্রীয় নাইট্রোজেন পরমাণুর যোজনী স্তরে এক জোড়া অবন্ধনযুক্ত অসংকরিত মুক্তজোড় ইলেকট্রন ($\text{Lone pair electrons}$) থাকে। বিক্রিয়াকালে $\text{NH}_3$ তার এই মুক্তজোড় ইলেকট্রন জোড় $\text{HCl}$ থেকে আগত প্রোটনকে দান করে সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন গঠন করে। ইলেকট্রন জোড় দাতা হওয়ায় $\text{NH}_3$ একটি লুইস ক্ষারক।
* $\text{HCl}$ এর ভূমিকা (লুইস অম্ল): $\text{HCl}$ অণুর প্রোটনটি ($\text{H}^+$) ইলেকট্রন ঘাটতিসম্পন্ন হওয়ায় তা $\text{NH}_3$ এর নাইট্রোজেনের মুক্তজোড় ইলেকট্রন সহজে গ্রহণ করে সন্নিবেশ বন্ধনে আবদ্ধ হয়। ইলেকট্রন জোড় গ্রহীতা হওয়ায় সার্বিক বিবেচনায় $\text{HCl}$ এখানে লুইস অম্লের ন্যায় আচরণ করে।





সার্বিক বিশ্লেষণ ও সিদ্ধান্ত:
উদ্দীপকের গ্যাসীয় মাধ্যমে সংঘটিত অম্ল-ক্ষারক বিক্রিয়াটি পানির অনুপস্থিতির কারণে আরহেনিয়াস তত্ত্ব দ্বারা ব্যাখ্যা করা অসম্ভব। তবে ব্রনস্টেড-লাউরি মতবাদের প্রোটন আদান-প্রদান এবং লুইস মতবাদের ইলেকট্রন জোড় আদান-প্রদান— উভয় আধুনিক মতবাদ দ্বারাই গ্যাসদ্বয়কে অত্যন্ত নিখুঁতভাবে অম্ল ও ক্ষারক হিসেবে ব্যাখ্যা ও প্রমাণ করা যায়।