তড়িৎ রসায়ন আলোচনা প্রশ্নের উদাহরণ
তড়িৎ রসায়ন হলো রসায়নের একটি শাখা যা রাসায়নিক বিক্রিয়া এবং বৈদ্যুতিক শক্তির পরিবর্তনের মধ্যে সম্পর্ক নিয়ে আলোচনা করে। তড়িৎ রসায়নে দুটি প্রধান ধারণা রয়েছে: জারণ (ইলেকট্রন নির্গমন) এবং বিজারণ (ইলেকট্রন গ্রহণ)। এই প্রক্রিয়াগুলো দুই ধরনের তড়িৎ রাসায়নিক কোষে পর্যবেক্ষণ করা যায়: ভোল্টাইক কোষ (গ্যালভানিক কোষ) এবং তড়িৎ বিশ্লেষ্য কোষ। তড়িৎ রসায়ন বুঝতে আপনাকে সাহায্য করার জন্য নিচে কিছু উদাহরণমূলক সমস্যা এবং সেগুলোর ব্যাখ্যা দেওয়া হলো।
উদাহরণ প্রশ্ন ১: ভোল্টাইক কোষ
প্রশ্ন:
একটি সল্ট ব্রিজের মাধ্যমে সংযুক্ত জিঙ্ক (Zn) এবং কপার (Cu) ইলেকট্রোডযুক্ত একটি ভোল্টাইক সেল দেওয়া আছে। Zn-কে একটি 1 M ZnSO4 দ্রবণে এবং Cu-কে একটি 1 M CuSO4 দ্রবণে ডুবানো হলো। প্রতিটি ইলেকট্রোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো লিখুন এবং ভোল্টাইক সেলটির বিভব পার্থক্য (EMF) গণনা করুন। প্রমাণ ইলেকট্রোড বিভবের তথ্য:
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
আলোচনা:
প্রথম ধাপ হলো সংঘটিত জারণ-বিজারণ বিক্রিয়াটি নির্ধারণ করা। একটি ভোল্টাইক কোষে, একটি স্বতঃস্ফূর্ত জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া ঘটে যেখানে
– জিঙ্ক (Zn) জারিত হয়:
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– তামা (Cu) বিজারিত হয়:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)} \]
একটি ভোল্টাইক কোষে মোট জারণ-বিজারণ বিক্রিয়াটি হলো:
\[ \text{Zn (s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + \text{Cu (s)} \]
এরপরে, আমরা কোষের বিভব পার্থক্য গণনা করব:
\[ E_{\text{cell}} = E^o_{\text{cathode}} – E^o_{\text{anode}} \]
কোথায়:
– ক্যাথোড হলো সেই ইলেকট্রোড যেখানে বিজারণ (Cu) ঘটে।
অ্যানোড হলো সেই ইলেকট্রোড যেখানে জারণ (জিঙ্ক) ঘটে।
যাতে,
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Kesimpulan:
– অ্যানোড (জিঙ্ক)-এ যে বিক্রিয়াটি ঘটে:
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– ক্যাথোড (Cu)-তে যে বিক্রিয়াটি ঘটে:
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)} \]
– কোষ বিভব পার্থক্য (EMF): ১.১০ ভোল্ট
-
উদাহরণ প্রশ্ন ২: তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ
প্রশ্ন:
NaCl দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে, প্ল্যাটিনাম (Pt)-এর মতো একটি নিষ্ক্রিয় তড়িৎদ্বার ব্যবহার করা হলে ক্যাথোড এবং অ্যানোডে যে বিক্রিয়াগুলো ঘটে তা উল্লেখ করুন। ১ গ্রাম Cl2 উৎপন্ন করতে প্রয়োজনীয় মোট চার্জ গণনা করুন। (Ar Cl = 35.5)
আলোচনা:
প্রথম ধাপ হলো NaCl লবণ দ্রবণে প্রতিটি ইলেকট্রোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো লিখে রাখা।
– ক্যাথোডে (বিজারণ):
এই প্রক্রিয়ায়, পানি থেকে H+ আয়ন বিজারিত হবে:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– অ্যানোডে (জারণ):
Cl- আয়ন জারিত হয়ে Cl2 গ্যাসে পরিণত হবে:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
মোট প্রতিক্রিয়া:
সুতরাং, NaCl দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে যে সম্পূর্ণ বিক্রিয়াটি ঘটে তা হলো:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
১ গ্রাম Cl2 তৈরি করতে প্রয়োজনীয় চার্জ গণনা করার জন্য, আমাদের Cl2-এর মোল সংখ্যা নির্ণয় করতে হবে:
\[ \text{Cl}_2 এর ভর = ১ গ্রাম} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 \times 35.5 = 71 \text{ গ্রাম/মোল} \]
\[ \text{Cl2 এর মোল সংখ্যা}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
অ্যানোডের বিক্রিয়া সমীকরণ অনুসারে, ২ মোল ইলেকট্রন থেকে ১ মোল Cl2 উৎপন্ন হয়:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
অন্য কথায়, ১ মোল Cl2 এর জন্য ২ মোল ইলেকট্রন প্রয়োজন।
ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা:
\[ \text{ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ মোল} \]
ফ্যারাডের মান (F = 96485 C/mol e^-) ব্যবহার করে প্রয়োজনীয় চার্জ গণনা করা যেতে পারে:
\[ Q = n \times F \]
\[ Q = \left(\frac{2}{71} \text{ mol}\right) \times 96485 \text{ C/mol} \]
\[ Q = 2718 \text{ C} \]
Kesimpulan:
– ক্যাথোডে প্রতিক্রিয়া:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– অ্যানোডের বিক্রিয়া:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
১ গ্রাম Cl2 উৎপাদন করতে মোট ২৭১৮ কুলম্ব চার্জের প্রয়োজন হয়।
-
উদাহরণ ৩: নার্নস্ট সম্পর্ক এবং অ-মানক শর্তাবলী
প্রশ্ন:
0.1 M সিলভার আয়ন ঘনত্বের Ag/Ag+ ইলেকট্রোড এবং 0.01 M ঘনত্বের Zn/Zn2+ ইলেকট্রোড দ্বারা গঠিত একটি ভোল্টাইক কোষের বিভব গণনা করুন। প্রমাণ ইলেকট্রোড বিভব হলো:
\[ E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
আলোচনা:
প্রথম ধাপ হলো সংঘটিত প্রতিক্রিয়াগুলো লিখে ফেলা:
– অ্যানোডে জারণ (জিঙ্ক):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– ক্যাথোডে বিজারণ (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag (s)} \]
মোট প্রতিক্রিয়া:
\[ \text{Zn (s)} + 2\text{Ag}^{+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2\text{Ag (s)} \]
নার্নস্ট সমীকরণের উপর ভিত্তি করে:
\[ E_{\text{Cell}} = E^o_{\text{Cell}} – \left( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{product}]}{[\text{reactant}]} \right) \]
কোথায়:
\[ n = 2 \]
প্রথমে, E^o_{\text{Sel}} গণনা করুন:
\[ E^o_{\text{Sel}} = E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} – E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} \]
\[ E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E^o_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
এরপর, প্রদত্ত ঘনমাত্রায় প্রকৃত কোষ বিভব গণনা করুন:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{0.01}{(0.1)^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Cell}} = 1.56 \, \text{V} \]
Kesimpulan:
– অ্যানোড এবং ক্যাথোডে যে বিক্রিয়াগুলো ঘটে তা একই থাকে
– একটি নির্দিষ্ট ঘনত্বের ক্ষেত্রে কোষ বিভব হলো 1.56 V
এই নিবন্ধে তড়িৎ রসায়নের বিভিন্ন ধরণের সমস্যার সমাধান পদ্ধতি দেখানো হয়েছে, যার মধ্যে ভোল্টাইক কোষ, তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ সম্পর্কিত সমস্যা এবং নার্নস্ট সমীকরণ ব্যবহার করে গণনা অন্তর্ভুক্ত। এই ধরণের সমস্যা সমাধানে সফলতার জন্য জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার মূলনীতি সম্পর্কে গভীর জ্ঞান এবং তড়িৎ-রাসায়নিক তথ্য ব্যবহারের দক্ষতা অপরিহার্য।
