ক) পানির আয়নিক গুণফল কাকে বলে?
নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ পানি বা যেকোনো লঘু জলীয় দ্রবণে উপস্থিত হাইড্রোজেন আয়ন ($[\text{H}^+]$) এবং হাইড্রোক্সিল আয়নের ($[\text{OH}^-]$) মোলার ঘনমাত্রার গুণফলকে পানির আয়নিক গুণফল বলে। একে $K_w$ দ্বারা প্রকাশ করা হয়।
খ) রাসায়নিক সাম্যাবস্থা গতিশীল— ব্যাখ্যা করো।
কোনো উভমুখী রাসায়নিক বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থায় বাইরে থেকে বিক্রিয়াটি স্থির বা বন্ধ মনে হলেও প্রকৃতপক্ষে বিক্রিয়াটি কখনো বন্ধ হয় না। সাম্যাবস্থায় সম্মুখী বিক্রিয়ার গতিবেগ এবং পশ্চাৎমুখী বিক্রিয়ার গতিবেগ পরস্পর সমান হয়।
অর্থাৎ, ঠিক যে সময়ে এবং যে হারে বিক্রিয়কসমূহ বিক্রিয়া করে উৎপাদে পরিণত হয়, ঠিক একই সময়ে এবং একই হারে উৎপাদসমূহ পুনরায় বিপরীত বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিক্রিয়কে রূপান্তরিত হয়। ফলে বিক্রিয়াস্থলে বিক্রিয়ক ও উৎপাদের ঘনমাত্রার কোনো পরিবর্তন ঘটে না। যেহেতু উভয়দিকের বিক্রিয়া সমান গতিতে অবিরত চলতে থাকে, তাই রাসায়নিক সাম্যাবস্থা সর্বদা গতিশীল (Dynamic)।
গ) উদ্দীপকের 'A' পাত্রের দ্রবণের pH নির্ণয় করো।
উদ্দীপকের 'A' পাত্রে $\text{NH}_4\text{OH}$ নামক একটি দুর্বল ক্ষারের দ্রবণ রয়েছে।
দেওয়া আছে,
ক্ষারের ঘনমাত্রা, $C = 0.001 \text{ M} = 1.0 \times 10^{-3} \text{ M}$
ক্ষারের বিয়োজন ধ্রুবক, $K_b = 1.9 \times 10^{-5}$
ওস্টওয়াল্ডের লঘুকরণ সূত্রানুসারে দুর্বল ক্ষারের হাইড্রোক্সিল আয়নের ঘনমাত্রা $[\text{OH}^-]$ হবে:
$[\text{OH}^-] = \sqrt{K_b \cdot C}$
$=> [\text{OH}^-] = \sqrt{(1.9 \times 10^{-5}) \times (1.0 \times 10^{-3})}$
$=> [\text{OH}^-] = \sqrt{1.9 \times 10^{-8}}$
$=> [\text{OH}^-] \approx 1.3784 \times 10^{-4} \text{ mol L}^{-1}$
এখন, pOH এর সংজ্ঞানুসারে পাই:
$\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]$
$=> \text{pOH} = -\log(1.3784 \times 10^{-4})$
$=> \text{pOH} \approx 3.86$
আমরা জানি, $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায়:
$\text{\pH} + \text{pOH} = 14$
$=> \text{\pH} = 14 - \text{pOH}$
$=> \text{\pH} = 14 - 3.86$
$=> \text{\pH} = 10.14$
উত্তর: 'A' পাত্রের দ্রবণের pH হলো $10.14$।
ঘ) উদ্দীপকের 'A' ও 'B' পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণের বাফার ক্রিয়া আছে কি? ব্যাখ্যা করো।
'A' পাত্রে আছে দুর্বল ক্ষার $\text{NH}_4\text{OH}$ এর দ্রবণ এবং 'B' পাত্রে আছে তীব্র অম্ল $\text{HCl}$ এর দ্রবণ।
পাত্র দুটির দ্রবণের মোল সংখ্যা হিসাব করি:
'A' পাত্রের $\text{NH}_4\text{OH}$ এর মোল সংখ্যা $= V_A \times M_A = 30 \text{ mL} \times 0.001 \text{ M} = 0.03 \text{ mmol}$
'B' পাত্রের $\text{HCl}$ এর মোল সংখ্যা $= V_B \times M_B = 15 \text{ mL} \times (1.0 \times 10^{-4} \text{ M}) = 0.0015 \text{ mmol}$
পাত্র দুটি একত্রে মিশ্রিত করলে নিম্নরূপ প্রশমন বিক্রিয়া সংঘটিত হয়:
$\text{NH}_4\text{OH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl} + \text{H}_2\text{O}$
বিক্রিয়ার সমীকরণ অনুযায়ী, ১ মোল $\text{HCl}$ বিক্রিয়া করে ১ মোল $\text{NH}_4\text{OH}$ এর সাথে।
সুতরাং, $0.0015 \text{ mmol}$ $\text{HCl}$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করবে $0.0015 \text{ mmol}$ $\text{NH}_4\text{OH}$ এর সাথে।
মিশ্রণে উৎপন্ন লবণের পরিমাণ:
$\text{NH}_4\text{Cl} = 0.0015 \text{ mmol}$
মিশ্রণে অবশিষ্ট ক্ষারের পরিমাণ:
$\text{NH}_4\text{OH} = 0.03 - 0.0015 = 0.0285 \text{ mmol}$
বাফার দ্রবণ গঠন ও বাফার ক্রিয়া বিশ্লেষণ:
যেহেতু মিশ্রিত দ্রবণে অতিরিক্ত অবিয়োজিত দুর্বল ক্ষার ($\text{NH}_4\text{OH}$) এবং তার তীব্র অম্লের লবণ ($\text{NH}_4\text{Cl}$) একসাথে উপস্থিত রয়েছে, তাই মিশ্রণটি একটি খারীয় বাফার দ্রবণ হিসেবে কাজ করবে। অর্থাৎ, এই মিশ্রিত দ্রবণের বাফার ক্রিয়া আছে।
বাফার ক্রিয়ার কৌশল:
দ্রবণে লবণের সম্পূর্ণ বিয়োজন ঘটে: $\text{NH}_4\text{Cl} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^-$
এবং দুর্বল ক্ষারের আংশিক বিয়োজন ঘটে: $\text{NH}_4\text{OH} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$
১. সামান্য অম্ল ($\text{H}^+$) যোগ করলে: বাহির থেকে যোগকৃত $\text{H}^+$ আয়ন দ্রবণের অতিরিক্ত দুর্বল ক্ষার $\text{NH}_4\text{OH}$ এর সাথে বিক্রিয়া করে মৃদু বিয়োজিত পানি উৎপন্ন করে। ফলে মুক্ত $\text{H}^+$ এর ঘনমাত্রা বাড়ে না এবং pH অপরিবর্তিত থাকে:
$\text{H}^+ + \text{NH}_4\text{OH} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O}$
২. সামান্য ক্ষার ($\text{OH}^-$) যোগ করলে: বাহির থেকে যোগকৃত $\text{OH}^-$ আয়ন লবণের বিয়োজন থেকে প্রাপ্ত প্রচুর পরিমাণ $\text{NH}_4^+$ আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে মৃদু বিয়োজিত $\text{NH}_4\text{OH}$ উৎপন্ন করে। ফলে মুক্ত $\text{OH}^-$ এর ঘনমাত্রা বাড়ে না এবং pH ধ্রুব থাকে:
$\text{OH}^- + \text{NH}_4^+ \rightleftharpoons \text{NH}_4\text{OH}$
সিদ্ধান্ত: অতএব, উদ্দীপকের 'A' ও 'B' পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে দুর্বল ক্ষার ও তার লবণ উপস্থিত থাকায় এটি একটি ক্ষারীয় বাফার দ্রবণ এবং এর সফল বাফার ক্রিয়া আছে।