ক) খাদ্য নিরাপত্তা কাকে বলে।
কোনো দেশের সকল মানুষের জন্য সব সময়ে সুস্থ ও সক্রিয় জীবনযাপনের নিমিত্তে প্রয়োজনীয় পুষ্টিসমৃদ্ধ, নিরাপদ ও পর্যাপ্ত খাদ্যের ভৌত, সামাজিক ও অর্থনৈতিক প্রাপ্যতা নিশ্চিত করার সুশৃঙ্খল ব্যবস্থাকে খাদ্য নিরাপত্তা (Food Security) বলে।
খ) pH স্কেল 0 - 14 এর মধ্যে সীমাবদ্ধ কেন? ব্যাখ্যা করো।
আমরা জানি, বিশুদ্ধ পানির স্বতঃবিয়োজন ধ্রুবক বা আয়নিক গুণফল, $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14} \text{ mol}^2\text{L}^{-2}$ (যা $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় ধ্রুবক)।
সাধারণত লঘু জলীয় দ্রবণে তীব্র অ্যাসিডের সর্বোচ্চ কার্যকর মোলার ঘনমাত্রা $1.0 \text{ M}$ এবং তীব্র ক্ষারের সর্বোচ্চ কার্যকর মোলার ঘনমাত্রা $1.0 \text{ M}$ বিবেচনা করা হয়।
১. যদি কোনো জলীয় দ্রবণে সর্বোচ্চ অম্লীয় অবস্থায় হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা $[\text{H}^+] = 1.0 \text{ M}$ বা $10^0 \text{ M}$ হয়, তবে তার pH হবে:
$\text{\pH} = -\log[\text{H}^+] = -\log(1) = 0$
২. আবার, পানির আয়নিক গুণফলের সূত্র ব্যবহার করে যদি আমরা সর্বোচ্চ ক্ষারীয় দ্রবণ বিবেচনা করি যেখানে হাইড্রোক্সিল আয়নের ঘনমাত্রা $[\text{OH}^-] = 1.0 \text{ M}$ হয়, তবে সেই দ্রবণে $[\text{H}^+]$ হবে:
$[\text{H}^+] = \frac{K_w}{[\text{OH}^-]} = \frac{10^{-14}}{1} = 10^{-14} \text{ M}$
এমতাবস্থায় দ্রবণের pH হবে:
$\text{\pH} = -\log(10^{-14}) = 14$
জলীয় দ্রবণে ঘনমাত্রা $1 \text{ M}$ এর বেশি হলে অ্যাসিড বা ক্ষারের তীব্রতা প্রকাশের জন্য সরাসরি মোলারিটি ব্যবহার করা বেশি সুবিধাজনক হয়। এই কারণেই জলীয় দ্রবণের অম্লত্ব ও ক্ষারত্ব পরিমাপের সুবিধার্থে ডেনিশ রসায়নবিদ সোরেনসেন প্রচলিত pH স্কেলটিকে $0$ থেকে $14$ এর মধ্যে সীমাবদ্ধ রেখেছেন।
গ) উদ্দীপক বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থায় 20% বিক্রিয়ক বিয়োজিত হলে প্রয়োজনীয় চাপের মান নির্ণয় করো।
দেওয়া আছে, উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি: $\text{A}(g) \rightleftharpoons \text{B}(g) + \text{Z}(g)$
সাম্যাবস্থায় বিয়োজনের মাত্রা, $\alpha = 20\% = 0.2$
সাম্যধ্রুবক, $K_p = 1 \text{ atm}$
ধরি, সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়াটির মোট প্রয়োজনীয় চাপ $= P \text{ atm}$
বিক্রিয়াটির প্রাথমিক ও সাম্যাবস্থার মোল সংখ্যার হিসাব নিম্নরূপ:
$\quad\quad\quad\quad\quad\quad \text{A}(g) \rightleftharpoons \text{B}(g) + \text{Z}(g)$
প্রাথমিক অবস্থা: $\quad\quad 1 \quad\quad\quad 0 \quad\quad\quad 0$
সাম্যাবস্থা: $\quad\quad\quad 1-\alpha \quad\quad \alpha \quad\quad\quad \alpha$
সাম্যাবস্থায় গ্যাস মিশ্রণের মোট মোল সংখ্যা, $\Sigma n = (1 - \alpha) + \alpha + \alpha = 1 + \alpha$
ডাল্টনের আংশিক চাপ সূত্রানুসারে সাম্যাবস্থায় উপাদানসমূহের আংশিক চাপ:
$p_{\text{A}} = \frac{1 - \alpha}{1 + \alpha} \cdot P$
$p_{\text{B}} = \frac{\alpha}{1 + \alpha} \cdot P$
$p_{\text{Z}} = \frac{\alpha}{1 + \alpha} \cdot P$
আমরা জানি, বিক্রিয়াটির সাম্যধ্রুবক ($K_p$):
$K_p = \frac{p_{\text{B}} \cdot p_{\text{Z}}}{p_{\text{A}}}$
$=> K_p = \frac{\left( \frac{\alpha}{1 + \alpha} \cdot P \right) \cdot \left( \frac{\alpha}{1 + \alpha} \cdot P \right)}{\frac{1 - \alpha}{1 + \alpha} \cdot P}$
$=> K_p = \frac{\alpha^2 \cdot P}{(1 + \alpha)(1 - \alpha)} = \frac{\alpha^2 P}{1 - \alpha^2}$
এখন $K_p = 1$ এবং $\alpha = 0.2$ মান বসিয়ে পাই:
$1 = \frac{(0.2)^2 \cdot P}{1 - (0.2)^2}$
$1 = \frac{0.04 \cdot P}{1 - 0.04}$
$1 = \frac{0.04 \cdot P}{0.96}$
$=> 0.04 \cdot P = 0.96$
$=> P = \frac{0.96}{0.04} = 24 \text{ atm}$
উত্তর: প্রয়োজনীয় মোট চাপের মান $24 \text{ atm}$।
ঘ) উদ্দীপক বিক্রিয়াটিতে অধিক উৎপাদ প্রাপ্তির জন্য কী কী পদক্ষেপ গ্রহণ করতে হবে তা যুক্তিসহ বিশ্লেষণ করো।
উদ্দীপকের গ্যাসীয় বিক্রিয়াটি হলো: $\text{A}(g) \rightleftharpoons \text{B}(g) + \text{Z}(g) + \text{তাপ}$
বিক্রিয়াটির সম্মুখী অংশটি তাপোৎপাদী ($\Delta H = \text{-ve}$) এবং এখানে বিক্রিয়ক ও উৎপাদের মোল সংখ্যার পরিবর্তন ঘটে। লা-শাতেলিয়ারের নীতি (Le Chatelier's Principle) অনুযায়ী এই সাম্যাবস্থায় অধিক উৎপাদ ($\text{B}$ ও $\text{Z}$) পাওয়ার জন্য নিম্নলিখিত পদক্ষেপগুলো গ্রহণ করতে হবে:
১. তাপমাত্রা হ্রাস করা (নিয়ন্ত্রণ):
প্রদত্ত বিক্রিয়াটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া। লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে, সাম্যাবস্থায় তাপ প্রয়োগ করলে বিক্রিয়াটি পশ্চাৎমুখী হয়। কিন্তু যদি বিক্রিয়াস্থল থেকে তাপমাত্রা হ্রাস করা হয়, তবে সাম্যাবস্থা বজায় রাখার জন্য সিস্টেম স্বয়ংক্রিয়ভাবে ডানদিকে অগ্রসর হবে এবং আরও তাপ উৎপন্ন করার চেষ্টা করবে। ফলে সম্মুখী বিক্রিয়ার হার বৃদ্ধি পাবে এবং উৎপাদ $\text{B}$ ও $\text{Z}$ এর পরিমাণ বৃদ্ধি পাবে। তাই অধিক উৎপাদ পাওয়ার জন্য কম তাপমাত্রা বজায় রাখতে হবে (তবে বিক্রিয়ার গতি বজায় রাখতে একটি অত্যানুকূল তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয়)।
২. চাপ হ্রাস করা:
বিক্রিয়াটির বামপক্ষে গ্যাসীয় বিক্রিয়কের মোল সংখ্যা $= 1$
ডানপক্ষে গ্যাসীয় উৎপাদের মোট মোল সংখ্যা $= 1 + 1 = 2$
যেহেতু সম্মুখী বিক্রিয়ায় মোল সংখ্যা বৃদ্ধি পায় ($\Delta n = 2 - 1 = 1 > 0$), সেহেতু সাম্যাবস্থায় চাপ বৃদ্ধি করলে বিক্রিয়াটি বেশি মোলের দিক থেকে কম মোলের দিকে অর্থাৎ পশ্চাৎমুখী হবে। বিপরীতভাবে, যদি বিক্রিয়া পাত্রের চাপ হ্রাস করা হয়, তবে লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী সিস্টেম চাপ বৃদ্ধির লক্ষ্যে কম মোলের দিক থেকে বেশি মোলের দিকে অর্থাৎ সম্মুখ দিকে ধাবিত হবে। ফলে অধিক উৎপাদ পাওয়া যাবে।
৩. ঘনমাত্রা পরিবর্তন (বিক্রিয়ক যোগ বা উৎপাদ অপসারণ):
লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়ক $\text{A}$ এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করলে অথবা উৎপন্ন হওয়ার সাথে সাথে সাম্য মিশ্রণ থেকে উৎপাদ $\text{B}$ বা $\text{Z}$ কে নিয়মিত অপসারণ করলে সাম্যাবস্থা ডানদিকে স্থানান্তরিত হয়। এর ফলে বিক্রিয়ক $\text{A}$ ক্রমাগত সম্মুখী বিক্রিয়ার মাধ্যমে উৎপাদে পরিণত হতে থাকবে।
উপসংহার:
অতএব, উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি থেকে সর্বোচ্চ পরিমাণ উৎপাদ পাওয়ার জন্য কম তাপমাত্রা, কম চাপ বজায় রাখা এবং বিক্রিয়কের ঘনমাত্রা বৃদ্ধি ও উৎপাদসমূহকে দ্রুত অপসারণ করার পদক্ষেপসমূহ গ্রহণ করতে হবে।