ক) P-ব্লক মৌল কাকে বলে?
যেসব মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাসের সর্ববহিঃস্থ স্তরের সর্বশেষ ইলেকট্রনটি p-অরবিটালে ($p^1$ থেকে $p^6$) প্রবেশ করে, তাদেরকে p-ব্লক মৌল বলে। পর্যায় সারণির গ্রুপ-১৩ থেকে গ্রুপ-১৮ পর্যন্ত মোট ৩৬টি মৌল এই ব্লকের অন্তর্ভুক্ত।
খ) pH স্কেল 0-14 এর মধ্যে সীমাবদ্ধ কেন?
জলীয় দ্রবণে $\text{\pH}$ এর স্কেল মূলত পানির স্বয়ংক্রিয় আয়নকরণ ধ্রুবক ($K_w$) এর ওপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছে। $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ পানির আয়নকরণ ধ্রুবকের মান ধ্রুব থাকে, যা $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$।
এই সমীকরণের উভয় পক্ষে ঋণাত্মক লগারিদম ($-\log$) গ্রহণ করলে আমরা পাই, $\text{\pH} + \text{pOH} = 14$।
১. ল্যাবরেটরিতে ব্যবহৃত সাধারণ লঘু অম্লীয় দ্রবণে হাইড্রোজেন আয়নের সর্বোচ্চ কার্যকরী মোলার ঘনমাত্রা সাধারণত $1 \text{ M}$ পর্যন্ত ধরা হয়। যদি $[\text{H}^+] = 1 \text{ M}$ হয়, তবে সেই দ্রব্যের $\text{\pH} = -\log(1) = 0$ হয়।
২. একইভাবে, সাধারণ লঘু ক্ষারীয় দ্রবণে হাইড্রোক্সাইড আয়নের সর্বোচ্চ ঘনমাত্রা $1 \text{ M}$ হলে, $[\text{H}^+] = 1.0 \times 10^{-14} \text{ M}$ হয়। তখন দ্রব্যের সর্বোচ্চ $\text{\pH} = -\log(1.0 \times 10^{-14}) = 14$ হয়।
অত্যন্ত তীব্র অ্যাসিড বা ক্ষারের ক্ষেত্রে $\text{\pH}$ এর মান ঋণাত্মক বা $14$ এর বেশি হতে পারলেও জলীয় দ্রবণে সাধারণ ব্যবহারিক লঘু সীমার পরিমাপকে সহজ ও সুবিধাজনক রাখার জন্য $\text{\pH}$ স্কেলের সীমা $0$ থেকে $14$ পর্যন্ত ধরা হয়।
গ) P-পাত্রে $\text{Cl}^-$ আয়নের ঘনমাত্রা নির্ণয় করো।
উদ্দীপকের P-পাত্রে শুধুমাত্র বিশুদ্ধ পানি ($\text{H}_2\text{O}$) রয়েছে এবং এতে স্বল্প দ্রাব্য লবণ সিলভার ক্লোরাইড ($\text{AgCl}$) যুক্ত করা হয়েছে।
ধরি, বিশুদ্ধ পানিতে $\text{AgCl}$ লবণের দ্রাব্যতা $= S \text{ mol L}^{-1}$
জলীয় দ্রবণে $\text{AgCl}$ এর সম্পৃক্ত দ্রবণের আংশিক বিয়োজন সমীকরণটি নিম্নরূপ:
$\text{AgCl}(s) \rightleftharpoons \text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)$
সাম্যাবস্থায় আয়নদ্বয়ের মোলার ঘনমাত্রা:
$[\text{Ag}^+] = S \text{ mol L}^{-1}$
$[\text{Cl}^-] = S \text{ mol L}^{-1}$
দেওয়া আছে, $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা গুণফল, $K_{sp} = 1.7 \times 10^{-10}$
দ্রাব্যতা গুণফলের সমীকরণানুসারে:
$K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-]$
$=> K_{sp} = S \times S$
$=> K_{sp} = S^2$
$=> S = \sqrt{K_{sp}}$
$=> S = \sqrt{1.7 \times 10^{-10}}$
$=> S \approx 1.3038 \times 10^{-5} \text{ mol L}^{-1}$
যেহেতু সাম্যাবস্থায় ক্লোরাইড আয়নের ঘনমাত্রা দ্রাব্যতা $S$ এর সমান, সেহেতু:
$[\text{Cl}^-] = S = 1.3038 \times 10^{-5} \text{ M}$
উত্তর: P-পাত্রে $\text{Cl}^-$ আয়নের ঘনমাত্রা $1.3038 \times 10^{-5} \text{ M}$।
ঘ) উদ্দীপকের P ও Q পাত্রে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতার মানের পার্থক্য হওয়ার সম্ভাব্যতা কারণসহ বিশ্লেষণ করো।
উদ্দীপকের P-পাত্রে রয়েছে বিশুদ্ধ পানি এবং Q-পাত্রে রয়েছে $0.1 \text{ M } \text{NaCl}$ এর জলীয় দ্রবণ। উভয় পাত্রেই স্বল্প দ্রাব্য লবণ $\text{AgCl}$ যোগ করা হয়েছে। স্থির তাপমাত্রায় এই দুই পাত্রে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতার মানের মধ্যে এক বিশাল দৃশ্যমান পার্থক্য পরিলক্ষিত হবে। এই পার্থক্যের মূল রাসায়নিক কারণ হলো সমআয়ন প্রভাব (Common Ion Effect)।
নিচে উভয় পাত্রের গাণিতিক দ্রাব্যতা তুলনা ও কারণ পুঙ্খানুপুঙ্খ বিশ্লেষণ করা হলো:
১. P-পাত্রে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা ($S_1$):
'গ' হতে প্রাপ্ত হিসাব অনুযায়ী, বিশুদ্ধ পানিতে সমআয়নের কোনো প্রভাব না থাকায় $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা সর্বোচ্চ হয়।
বিশুদ্ধ পানিতে দ্রাব্যতা, $S_1 = 1.3038 \times 10^{-5} \text{ mol L}^{-1}$
২. Q-পাত্রে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা ($S_2$):
Q-পাত্রে তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্য লবণ $\text{NaCl}$ আগে থেকেই উপস্থিত থাকায় তা জলীয় দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত হয়ে প্রচুর পরিমাণ ক্লোরাইড ($\text{Cl}^-$) আয়ন সরবরাহ করে।
$\text{NaCl}(aq) \rightarrow \text{Na}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)$
যেহেতু $\text{NaCl}$ এর ঘনমাত্রা $0.1 \text{ M}$, তাই বিয়োজন শেষে দ্রবণে:
$[\text{Na}^+] = 0.1 \text{ M}$ এবং $[\text{Cl}^-]_{\text{NaCl}} = 0.1 \text{ M}$
এখন এই দ্রবণে স্বল্প দ্রাব্য $\text{AgCl}$ যোগ করলে তার আংশিক বিয়োজন ঘটে। ধরি, এই অবস্থায় $\text{AgCl}$ এর পরিবর্তিত দ্রাব্যতা $= S_2 \text{ mol L}^{-1}$।
$\text{AgCl}(s) \rightleftharpoons \text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)$
সাম্যাবস্থায় $\text{AgCl}$ থেকে প্রাপ্ত: $[\text{Ag}^+] = S_2$ এবং $[\text{Cl}^-]_{\text{AgCl}} = S_2$
অতএব, Q-পাত্রের মিশ্র দ্রবণে ক্লোরাইড ($\text{Cl}^-$) আয়নের মোট ঘনমাত্রা:
$[\text{Cl}^-]_{\text{Total}} = (S_2 + 0.1) \text{ M}$
যেহেতু $\text{AgCl}$ একটি অত্যন্ত মৃদু বা স্বল্প দ্রাব্য লবণ, তাই এর পরিবর্তিত দ্রাব্যতা $S_2$ এর মান $0.1$ এর তুলনায় অত্যন্ত নগণ্য ($S_2 \ll 0.1$)।
সুতরাং গাণিতিক সুবিধার্থে, $(S_2 + 0.1) \approx 0.1 \text{ M}$ ধরা যায়।
স্থির তাপমাত্রায় দ্রাব্যতা গুণফল ($K_{sp}$) সর্বদাই ধ্রুব থাকে। অতএব, Q-পাত্রের জন্য:
$K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-]_{\text{Total}}$
$=> 1.7 \times 10^{-10} = S_2 \times 0.1$
$=> S_2 = \frac{1.7 \times 10^{-10}}{0.1}$
$=> S_2 = 1.7 \times 10^{-9} \text{ mol L}^{-1}$
৩. দ্রাব্যতার গাণিতিক তুলনা ও সমআয়ন প্রভাবের বিশ্লেষণ:
প্রাপ্ত দ্রাব্যতাদ্বয় তুলনা করে পাই:
$S_1 (1.3038 \times 10^{-5} \text{ mol L}^{-1}) > S_2 (1.7 \times 10^{-9} \text{ mol L}^{-1})$
লা-শাতেলিয়ের নীতি অনুযায়ী, Q-পাত্রে $\text{NaCl}$ থেকে আসা অতিরিক্ত সাধারণ বা সমআয়ন $\text{Cl}^-$ এর উপস্থিতির কারণে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা সাম্যাবস্থার ওপর একটি পশ্চাৎমুখী চাপ সৃষ্টি হয়। মিশ্রণে আয়ন জোড়ের গুণফল যেন $K_{sp}$ কে অতিক্রম না করে, সেই জন্য সাম্যাবস্থা বামে সরে যায় এবং অতিরিক্ত $\text{Ag}^+$ আয়ন $\text{Cl}^-$ এর সাথে যুক্ত হয়ে অধঃক্ষিপ্ত হতে থাকে। এর ফলে দ্রবণে নতুন করে $\text{AgCl}$ এর দ্রবীভূত হওয়ার ক্ষমতা প্রায় ১০,০০০ গুণ হ্রাস পায়।
সিদ্ধান্ত: অতএব, গাণিতিক বিশ্লেষণ থেকে সুনির্দিষ্টভাবে প্রমাণিত হয় যে, সমআয়ন ($\text{Cl}^-$) প্রভাবের কারণে Q-পাত্রে $\text{AgCl}$ এর দ্রাব্যতা বিশুদ্ধ পানির P-পাত্র অপেক্ষা অত্যন্ত হ্রাস পায় এবং এই কারণেই পাত্র দুটির দ্রাব্যতার মানে বিশাল পার্থক্য ঘটে।