প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব উপাত্তের ব্যবহার নিয়ে আলোচনামূলক উদাহরণ প্রশ্নাবলী
প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব (E°) রসায়নে, বিশেষত জারণ-বিজারণ এবং তড়িৎ-রাসায়নিক বিক্রিয়া বোঝার ক্ষেত্রে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার গতিপথ অনুমান করতে এবং জারক ও বিজারক পদার্থের শক্তি তুলনা করার একটি উপায় প্রদান করে। এই প্রবন্ধে বাস্তব পরিস্থিতিতে প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভবের উপাত্তের প্রয়োগ তুলে ধরার জন্য এর ব্যবহারের কয়েকটি উদাহরণ উপস্থাপন করা হবে।
প্রমাণ ইলেকট্রোড বিভবের পরিচিতি
প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব প্রমাণ অবস্থায় (১ মোলার, ১ অ্যাটম এবং ২৫° সেলসিয়াস) কোনো মৌল বা যৌগের ইলেকট্রন গ্রহণ বা বর্জন করার প্রবণতা পরিমাপ করে। প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব ভোল্ট (V) এককে প্রকাশ করা হয় এবং এটিকে প্রায়শই প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বার বিভব (SHE)-এর সাথে তুলনা করা হয়, যাকে ০ ভোল্ট (V) ধরা হয়।
উদাহরণ প্রশ্ন ১: স্বতঃস্ফূর্ত বিক্রিয়া নির্ণয়
প্রশ্ন:
নিম্নলিখিত বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে কিনা তা গণনা করুন:
\[ \text{Zn}^{2+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \]
প্রয়োজনীয় প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভবগুলো হলো:
– \(\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \) \( E° = -0.76 \, \text{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
আলোচনা:
১. অর্ধ-কোষ বিক্রিয়ার সংজ্ঞা দাও:
বিজারণ অর্ধ-কোষ বিক্রিয়া:
– জারণ অর্ধ-বিক্রিয়া: \[\text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Zn} \, \text{(বিজারণ, E° = -0.76 V)} \]
– বিজারণ অর্ধ-বিক্রিয়া: \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(বিজারণ, E° = +0.34 V)} \]
২. বিক্রিয়া শনাক্তকরণ:
যে বিক্রিয়াটির বিভব কম, সেটিকে উল্টে দিন যাতে এটি একটি জারণ বিক্রিয়ায় পরিণত হয়:
– \[\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(জারণ, E° = +0.76 V)} \]
অবশিষ্ট প্রতিক্রিয়া:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(হ্রাস, E° = +0.34 V)} \]
৩. মোট E° (কোষ বিভব) গণনা করুন:
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.34 \, \text{V} + (+0.76 \, \text{V}) = +1.10 \, \text{V} \]
যেহেতু কোষ বিভব (E°cell) ধনাত্মক, তাই এই বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্ত।
উদাহরণ প্রশ্ন ২: সাম্যাবস্থা বিভব নির্ণয়
প্রশ্ন:
প্রমাণ তাপমাত্রায় নিম্নলিখিত বিক্রিয়াটির কোষ বিভব নির্ণয় করুন:
\[ \text{Fe}^{2+} + \text{Ag} \rightarrow \text{Fe} + \text{Ag}^{+} \]
প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব:
– \(\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \) \( E° = -0.44 \, \text{V} \)
– \(\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \) \( E° = +0.80 \, \text{V} \)
আলোচনা:
১. অর্ধ-কোষ বিক্রিয়ার সংজ্ঞা দাও:
বিজারণ অর্ধ-কোষ বিক্রিয়া:
– \[\text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Fe} \, \text{(বিজারণ, E° = -0.44 V)} \]
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(বিজারণ, E° = +0.80 V)} \]
২. অর্ধ-বিক্রিয়া শনাক্ত করুন:
যে বিক্রিয়াটির ঋণাত্মক মান কম (বেশি ধনাত্মক) সেটিকে উল্টে দিন:
– \[\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^{-} \, \text{(জারণ, E° = +0.44 V)} \]
অবশিষ্ট প্রতিক্রিয়া:
– \[\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag} \, \text{(বিজারণ, E° = +0.80 V)} \]
৩. মোট E° (কোষ বিভব) গণনা করুন:
– \[ E°_{\text{cell}} = E°_{\text{reduction}} + E°_{\text{oxidation}} = +0.80 \, \text{V} + (+0.44 \, \text{V}) = +1.24 \, \text{V} \]
একটি ধনাত্মক কোষ বিভব নির্দেশ করে যে এই বিক্রিয়াটি প্রমাণ অবস্থায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে সংঘটিত হয়।
উদাহরণ ৩: গিবস মুক্ত শক্তির গণনা
প্রশ্ন:
নিম্নলিখিত বিক্রিয়াটির জন্য গিবস মুক্ত শক্তির পরিবর্তন (ΔG) নির্ণয় করুন:
\[ \text{Al} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Al}^{3+} + \text{Cu} \]
প্রদত্ত প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব:
– \(\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \) \( E° = -1.66 \, \text{V} \)
– \(\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \) \( E° = +0.34 \, \text{V} \)
আলোচনা:
১. অর্ধ-কোষ বিক্রিয়ার সংজ্ঞা দাও:
বিজারণ অর্ধ-কোষ বিক্রিয়া:
– \[\text{Al}^{3+} + 3e^{-} \rightarrow \text{Al} \, \text{(বিজারণ, E° = -1.66 V)} \]
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(হ্রাস, E° = +0.34 V)} \]
২. বিক্রিয়া শনাক্তকরণ:
যে বিক্রিয়াটির বিভব কম, সেটিকে উল্টে দিন যাতে এটি একটি জারণ বিক্রিয়ায় পরিণত হয়:
– \[\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^{-} \, \text{(জারণ, E° = +1.66 V)} \]
অবশিষ্ট প্রতিক্রিয়া:
– \[\text{Cu}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu} \, \text{(হ্রাস, E° = +0.34 V)} \]
৩. ইলেকট্রন ভারসাম্য:
বিক্রিয়াটির জন্য ইলেকট্রন সংখ্যা সমান করুন:
– 2 \(\text{Al} \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 6e^{-} \) \[\text{(জারণ, E° = +1.66 V)} \]
– 3 \(\text{Cu}^{2+} + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Cu} \) \[\text{(হ্রাস, E° = +0.34 V)} \]
৩. মোট E° (কোষ বিভব) গণনা করুন:
– \[ E°_{\text{cell}} = (+0.34 \, \text{V} \times 3) + (+1.66 \, \text{V} \times 2) \]
এখানে ত্রুটি: গড়:
– \[ E°_{\text{cell}} = +0.34 \, \text{V} + +1.66 \, \text{V} = +2.00 \, \text{V}\]
৫. ΔG গণনা করুন:
সূত্র: \(\Delta G = -nFE_{\text{cell}}\)
– \[n = 6 \, \text{ইলেকট্রন} \]
– \[F = 96485 \, \text{C/mol} \]
– \[ \Delta G = -6 \times 96485 \, \text{C/mol} \times +2.00 \, \text{V}\]
– \[ = -1157820 \, \text{J/mol} \]
– \[ = -1157.82 \, \text{kJ/mol}\]
সুতরাং, ΔG-এর মান ঋণাত্মক হলে বোঝা যায় যে এই বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্ত।
উপসংহার
প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব উপাত্ত একটি জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া কোন দিকে অগ্রসর হবে, এর ঘটার সম্ভাবনা কতটুকু এবং গিবস মুক্ত শক্তির পরিবর্তনের সাথে এর সম্পর্ক কী, তা ভবিষ্যদ্বাণী করার একটি বাস্তবসম্মত উপায় প্রদান করে। উপরের উদাহরণ সমস্যাটি দেখায় যে, কীভাবে এই উপাত্ত ব্যবহার করে একটি জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ততা এবং এর সাথে সম্পর্কিত শক্তির হিসাব নির্ণয় করা যায়। শিক্ষার্থী বা রসায়ন অধ্যয়নরত যে কোনো ব্যক্তির জন্য, প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব উপাত্ত এবং এর প্রয়োগ বোঝা আরও জটিল তড়িৎরাসায়নিক বিক্রিয়া বোঝার একটি অপরিহার্য ভিত্তি।
