তড়িৎ-রাসায়নিক প্রয়োগের নমুনা প্রশ্ন ও আলোচনা
তড়িৎ রসায়ন হলো রসায়নের একটি শাখা যা রাসায়নিক বিক্রিয়া এবং বিদ্যুতের মধ্যকার সম্পর্ক নিয়ে অধ্যয়ন করে। দৈনন্দিন জীবনে ব্যাটারি, সেন্সর, ক্ষয় এবং ইলেকট্রোপ্লেটিং প্রক্রিয়ার মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রে তড়িৎ রসায়নের প্রয়োগ দেখা যায়। এই বিষয়টি আরও ভালোভাবে বোঝার জন্য, আমরা তড়িৎ রসায়নের প্রয়োগ সম্পর্কিত কয়েকটি উদাহরণমূলক সমস্যা এবং আলোচনা উপস্থাপন করছি।
উদাহরণ প্রশ্ন ১: গ্যালভানিক ব্যাটারি (ভোল্টাইক কোষ)
প্রশ্ন:
একটি গ্যালভানিক কোষ Zn (জিঙ্ক) এবং Cu (কপার) ইলেকট্রোড দিয়ে তৈরি করা হয়, যেগুলোকে যথাক্রমে ZnSO₄ এবং CuSO₄ দ্রবণে ডুবানো থাকে। Zn²⁺/Zn এর জন্য প্রমাণ ইলেকট্রোড বিভব -0,76 V এবং Cu²⁺/Cu এর জন্য +0,34 V। গ্যালভানিক কোষটির কোষ ভোল্টেজ (E° cell) গণনা করুন।
আলোচনা:
১. অর্ধকোষ বিক্রিয়াটি নির্ণয় করুন:
– জিঙ্ক (Zn)-এর অর্ধ-কোষ বিক্রিয়া:
\[
Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-
\]
– তামার (Cu) অর্ধ-কোষ বিক্রিয়া:
\[
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
\]
২. অ্যানোড ও ক্যাথোড শনাক্তকরণ:
– অ্যানোড (জারণ): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (আরও ঋণাত্মক, -0.76 V)
– ক্যাথোড (হ্রাস): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (আরো ইতিবাচক, +0.34 V)
৩. সেল ভোল্টেজ (E° সেল) গণনা:
– আদর্শ কোষ ভোল্টেজ সূত্র:
\[
E°_{\text{cell}} = E°_{\text{cathode}} – E°_{\text{anode}}
\]
সাথে:
\[
E°_{\text{ক্যাথোড}} = +0,34 \text{ V}
\]
\[
E°_{\text{anode}} = -0,76 \text{ V}
\]
– সুতরাং, কোষের ভোল্টেজ:
\[
E°_{\text{sel}} = 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V}) = 1.10 \text{ V}
\]
উদাহরণ প্রশ্ন ২: NaCl দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ
প্রশ্ন:
নিষ্ক্রিয় ইলেকট্রোড ব্যবহার করে NaCl (aq) দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে, অ্যানোড এবং ক্যাথোডে উৎপন্ন গ্যাসগুলি নির্ণয় করুন। এছাড়াও, প্রতিটি ইলেকট্রোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলি লিখুন।
আলোচনা:
১. তড়িৎদ্বারে প্রতিক্রিয়া:
– ক্যাথোড (বিজারণ):
যে আয়নগুলো জড়িত থাকতে পারে সেগুলো হলো Na⁺ এবং H₂O।
সাধারণত যে বিজারণ বিক্রিয়াগুলো ঘটে থাকে, সেগুলো হলো:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
সুতরাং, ক্যাথোডে উৎপন্ন গ্যাসটি হলো \( H_2 \)।
– অ্যানোড (জারণ):
যে আয়নগুলো জড়িত থাকতে পারে সেগুলো হলো Cl⁻ এবং H₂O।
সাধারণত যে জারণ বিক্রিয়াগুলো ঘটে থাকে, সেগুলো হলো:
\[
2Cl^- → Cl_2 (g) + 2e^-
\]
সুতরাং, অ্যানোডে উৎপন্ন গ্যাসটি হলো \( Cl_2 \)।
২. সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া:
– ক্যাথোডে প্রতিক্রিয়া:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
– অ্যানোডের বিক্রিয়া:
\[
2Cl^- → Cl_2 (g) + 2e^-
\]
– মোট প্রতিক্রিয়া:
\[
2H_2O + 2Cl^- \rightarrow H_2 (g) + Cl_2 (g) + 2OH^-
\]
উদাহরণ প্রশ্ন ৩: ইলেক্ট্রোপ্লেটিং প্রক্রিয়া
প্রশ্ন:
একটি AgNO₃ দ্রবণে ২ ঘন্টা ধরে ০.৫ অ্যাম্পিয়ার তড়িৎ প্রবাহ প্রয়োগ করে ক্যাথোডে জমা হওয়া রূপার (Ag) ভর নির্ণয় করুন। রূপার মোলার ভর ১০৭.৮৭ গ্রাম/মোল এবং ১ ফ্যারাডে ৯৬,৪৮৫ কুলম্ব/মোল ইলেকট্রনের (e⁻) সমতুল্য।
আলোচনা:
১. মোট বৈদ্যুতিক চার্জ (Q) নির্ণয় করুন:
– তড়িৎ প্রবাহ (I) = ০.৫ অ্যাম্পিয়ার
– সময় (t) = ২ ঘন্টা = ২ × ৩৬০০ সেকেন্ড = ৭২০০ সেকেন্ড
– মোট বৈদ্যুতিক চার্জ (Q) নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়:
\[
Q = I × t
\]
সুতরাং:
\[
Q = 0.5 A × 7200 s = 3600 C
\]
২. ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা (n) গণনা:
– ১ মোল ইলেকট্রন = ৯৬.৪৮৫ কুলম্ব
– সরবরাহকৃত ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা:
\[
n = \frac{3600 \text{ C}}{96.485 \text{ C/mol}} \approx 0.0373 \text{ mol}
\]
৩. জমা হওয়া রূপার ভর নির্ণয়:
– ক্যাথোডে বিজারণ বিক্রিয়া:
\[
Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \text{ (s)}
\]
– ১ মোল ইলেকট্রন ১ মোল Ag উৎপন্ন করে।
– জমা হওয়া Ag-এর মোল সংখ্যা:
\[
০.০৩৭৩ মোল Ag
\]
– Ag-এর মোলার ভর (107,87 গ্রাম/মোল) ব্যবহার করে:
\[
রূপার ভর = 0.0373 মোল × 107.87 গ্রাম/মোল ≈ 4.02 গ্রাম
\]
সুতরাং, ক্যাথোডে জমা হওয়া রূপার ভর প্রায় ৪.০২ গ্রাম।
উদাহরণ প্রশ্ন ৪: ক্ষয়
প্রশ্ন:
আর্দ্র পরিবেশে লোহার ক্ষয় প্রক্রিয়া বর্ণনা করুন এবং সংঘটিত রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলো লিখুন।
আলোচনা:
১. ক্ষয়ের পর্যায়সমূহ:
– অ্যানোডের বিক্রিয়া:
লোহা জারিত হয়ে ফেরিক আয়নে পরিণত হয়:
\[
Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-
\]
– ক্যাথোডে প্রতিক্রিয়া:
বায়ুর অক্সিজেন পানি এবং অ্যানোড থেকে আসা ইলেকট্রনের সাথে বিক্রিয়া করে:
\[
O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O
\]
একটি নিরপেক্ষ-অ-অম্লীয় পরিবেশে, অধিক সম্ভাব্য প্রতিক্রিয়াটি হলো:
\[
O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-
\]
২. আয়রন হাইড্রোক্সাইডের গঠন:
– Fe²⁺ আয়ন OH⁻ আয়নের সাথে মিলিত হয়ে Fe(OH)₂ গঠন করে:
\[
Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂
\]
৩. মরিচা পড়া:
– Fe(OH)₂-এর আরও জারণের ফলে Fe(OH)₃ উৎপন্ন হয় যা শুকিয়ে মরিচা (Fe₂O₃.nH₂O) গঠন করে:
\[
4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3
\]
– Fe(OH)₃ পানি ত্যাগ করে Fe₂O₃-তে রূপান্তরিত হতে পারে:
\[
2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O
\]
এই প্রক্রিয়াটি ধারাবাহিক তড়িৎ-রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে লোহা কীভাবে ক্ষয়প্রাপ্ত হয় তা প্রদর্শন করে। ভবন ও অবকাঠামোতে ব্যবহৃত ধাতব পদার্থের স্থায়িত্ব বজায় রাখার জন্য ক্ষয় প্রক্রিয়া সম্পর্কে জ্ঞান থাকা অপরিহার্য।
উপরের উদাহরণ প্রশ্ন ও আলোচনাগুলো বোঝার মাধ্যমে পাঠকগণ দৈনন্দিন জীবনে তড়িৎ-রাসায়নিক নীতিমালার বাস্তব প্রয়োগ সম্পর্কে একটি সুস্পষ্ট ধারণা পাবেন বলে আশা করা যায়।
