সবল ইলেকট্রোলাইট, দুর্বল ইলেকট্রোলাইট এবং নন-ইলেকট্রোলাইট নিয়ে আলোচনামূলক উদাহরণ প্রশ্ন।

সবল ইলেকট্রোলাইট, দুর্বল ইলেকট্রোলাইট এবং নন-ইলেকট্রোলাইট নিয়ে আলোচনামূলক উদাহরণ প্রশ্ন।

ইলেকট্রোলাইট রসায়নের একটি মৌলিক ধারণা যা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে দ্রবণ-সম্পর্কিত বিক্রিয়া অধ্যয়নের ক্ষেত্রে। ইলেকট্রোলাইট হলো এমন যৌগ যা পানিতে দ্রবীভূত হলে আয়ন তৈরি করে, যা দ্রবণটিকে বিদ্যুৎ পরিবাহী করে তোলে। আয়নে বিভক্ত হওয়ার ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে ইলেকট্রোলাইটকে তিন ভাগে ভাগ করা হয়: সবল ইলেকট্রোলাইট, দুর্বল ইলেকট্রোলাইট এবং নন-ইলেকট্রোলাইট। এই প্রবন্ধে এই তিন প্রকার ইলেকট্রোলাইট সম্পর্কিত বিভিন্ন উদাহরণমূলক সমস্যা এবং সহজবোধ্য ব্যাখ্যা নিয়ে আলোচনা করা হবে।

শক্তিশালী ইলেক্ট্রোলাইট

শক্তিশালী ইলেকট্রোলাইট হলো এমন যৌগ যা পানিতে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয়। এর মানে হলো, যখন কোনো শক্তিশালী ইলেকট্রোলাইট পানিতে দ্রবীভূত হয়, তখন এর প্রায় সমস্ত অণু আয়নে বিভক্ত হয়ে যায়। শক্তিশালী ইলেকট্রোলাইটের সাধারণ উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে সোডিয়াম ক্লোরাইড (NaCl)-এর মতো লবণ, হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (HCl)-এর মতো শক্তিশালী অ্যাসিড এবং সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড (NaOH)-এর মতো শক্তিশালী ক্ষার।

প্রশ্ন ১:

একটি 0,1 M HCl দ্রবণে আয়নসমূহের মোলারিটি কীভাবে নির্ণয় করতে হয়?

আলোচনা:

HCl একটি তীব্র অ্যাসিড যা পানিতে নিম্নলিখিত সমীকরণ অনুসারে সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত হয়:

\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]

যেহেতু HCl একটি শক্তিশালী তড়িৎবিশ্লেষ্য, তাই আমরা HCl-এর প্রাথমিক ঘনত্বকে (0,1 M) উৎপন্ন H+ এবং Cl- আয়নের ঘনত্ব হিসাবে নিতে পারি। সুতরাং, একটি 0,1 M HCl দ্রবণে:

[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M

দুর্বল ইলেক্ট্রোলাইট

দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণে কেবল আংশিকভাবে আয়নিত হয়। এর অর্থ হলো, পানিতে দ্রবীভূত হলে একটি দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্যের অণুগুলোর মাত্র একটি ক্ষুদ্র অংশ আয়ন গঠন করে। দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্যের উদাহরণ হলো দুর্বল অ্যাসিড, যেমন অ্যাসিটিক অ্যাসিড (CH3COOH) এবং দুর্বল ক্ষার, যেমন অ্যামোনিয়া (NH3)।

প্রশ্ন ১:

0,1 M CH3COOH-এর আয়নীকরণের মাত্রা এবং আয়নের ঘনত্ব নির্ণয় করুন। CH3COOH-এর অ্যাসিড বিয়োজন ধ্রুবক (\(K_a\)) হলো 1,8 × 10^-5।

আলোচনা:

জলে CH3COOH-এর বিয়োজন বিক্রিয়াটি নিম্নরূপে লেখা যায়:

\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]

বিয়োজনের মাত্রা (\(\alpha\))-কে অ্যাসিডের সেই ভগ্নাংশ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা আয়নে বিয়োজিত হয়। \(K_a\)-এর মান ব্যবহার করে, আমরা একটি 0,1 M CH3COOH দ্রবণের জন্য নিম্নলিখিত সম্পর্কটি লিখতে পারি:

\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]

যেহেতু CH3COOH-এর আয়নায়ন আংশিক, তাই উৎপন্ন আয়নগুলির ঘনত্ব হলো cα, যেখানে c হলো CH3COOH-এর প্রাথমিক ঘনত্ব (0,1 M)। তাহলে সমীকরণটি দাঁড়ায়:

\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]

সরল করুন:

\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]

ধরে নিন α এতটাই ছোট যে আমরা হরের α-কে উপেক্ষা করতে পারি:

\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx 0,01\alpha^2 / 0,1 \]

\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx \alpha^2 \]

\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]

\[ \alpha \approx 4,24 \times 10^{-3} \]

সুতরাং, আয়নীকরণের মাত্রা হলো ৪.২৪ × ১০^-৩ বা ০.৪২৪%।

দ্রবণে H+ এবং CH3COO- আয়নের ঘনত্ব হলো:

\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]

\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]

নন-ইলেকট্রোলাইট

নন-ইলেকট্রোলাইট হলো এমন যৌগ যা জলীয় দ্রবণে আয়নিত হয় না। এর অর্থ হলো, নন-ইলেকট্রোলাইট দ্রবণ আয়ন উৎপন্ন করে না এবং তাই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না। নন-ইলেকট্রোলাইটের উদাহরণ হলো চিনি (সুক্রোজ), ইউরিয়া এবং অ্যালকোহল।

প্রশ্ন ১:

কেন ০.১ মোলার ইথানল (C2H5OH) দ্রবণ বিদ্যুৎ পরিবহন করে না?

আলোচনা:

ইথানল দ্রবণ একটি নন-ইলেকট্রোলাইট। ইথানল জলে দ্রবীভূত হলে আয়নে বিভক্ত হয় না। জলীয় দ্রবণে ইথানলের আণবিক গঠন অক্ষত থাকে। দ্রবণে আয়নের অনুপস্থিতির কারণে ইথানল বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না। তাই, যদিও ইথানল জলে সহজে দ্রবণীয়, কিন্তু কোনো আয়ন তৈরি না হওয়ায় ইথানল দ্রবণ ০.১ M সহ যেকোনো ঘনত্বের ক্ষেত্রেই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না।

উপসংহার

সবল তড়িৎবিশ্লেষ্য, দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্য এবং অ-তড়িৎবিশ্লেষ্যের বৈশিষ্ট্য বোঝা দ্রবণ রসায়নের একটি অপরিহার্য ভিত্তি। সবল তড়িৎবিশ্লেষ্য পানিতে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয় এবং তাই ভালোভাবে বিদ্যুৎ পরিবহন করে, অপরদিকে দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্য কেবল আংশিকভাবে আয়নিত হয়, যা কম বিদ্যুৎ পরিবাহিতা নির্দেশ করে। অন্যদিকে, অ-তড়িৎবিশ্লেষ্য একেবারেই আয়নিত হয় না এবং তাই বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না। এই ধারণাটি শিক্ষার্থীদের দ্রবণে যৌগের আচরণের উপর ভিত্তি করে তা শনাক্ত করতে এবং সম্পর্কিত প্রশ্নের সঠিক উত্তর দিতে সাহায্য করে।