তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ সম্পর্কিত উদাহরণমূলক প্রশ্ন ও আলোচনা
ভোল্টাইক সেল বা গ্যালভানিক সেলের মতো নয়, যেগুলো রাসায়নিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে, ইলেকট্রোলাইটিক সেল হলো এমন একটি যন্ত্র যা বৈদ্যুতিক শক্তিকে একটি অ-স্বতঃস্ফূর্ত রাসায়নিক বিক্রিয়ায় রূপান্তরিত করতে ব্যবহৃত হয়। একটি ইলেকট্রোলাইটিক সেলে, একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটাতে বৈদ্যুতিক প্রবাহ ব্যবহার করা হয়, যা অতিরিক্ত বৈদ্যুতিক শক্তি ছাড়া অন্যথায় ঘটত না। এই ধারণাটি বিভিন্ন শিল্পক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেমন বিশুদ্ধ ধাতু উৎপাদন, হাইড্রোজেন ও অক্সিজেন উৎপাদনের জন্য জলের তড়িৎ বিশ্লেষণ এবং আরও অনেক কিছু।
এই প্রবন্ধে তড়িৎ বিশ্লেষণের বিভিন্ন সমস্যার উদাহরণ ও তার আলোচনা করা হবে, যা শিক্ষার্থীদের তড়িৎ বিশ্লেষ্য কোষের ধারণাটি আরও গভীরভাবে বুঝতে সাহায্য করবে।
উদাহরণ প্রশ্ন ২: NaCl দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ
প্রশ্ন
একটি সোডিয়াম ক্লোরাইড (NaCl) দ্রবণকে নিষ্ক্রিয় ইলেকট্রোড ব্যবহার করে তড়িৎ বিশ্লেষণ করা হয়। ক্যাথোড ও অ্যানোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো এবং প্রতিটি ইলেকট্রোডে উৎপন্ন পদার্থগুলো লেখো।
আলোচনা
একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষে দুটি তড়িৎদ্বার থাকে: ক্যাথোড (ঋণাত্মক তড়িৎদ্বার) এবং অ্যানোড (ধনাত্মক তড়িৎদ্বার)। NaCl দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণ দুটি পর্যায়ে ঘটে: ক্যাথোডের বিক্রিয়া এবং অ্যানোডের বিক্রিয়া।
২. ক্যাথোডের বিক্রিয়া:
ক্যাথোডে সংশ্লিষ্ট আয়নগুলো হলো Na⁺ আয়ন এবং H₂O আয়ন। তবে, H₂O আয়নের বিজারণ বিভব বেশি হওয়ায় এটি Na⁺ আয়নের চেয়ে সহজে বিজারিত হয়।
ক্যাথোডে যে বিক্রিয়াটি ঘটে তা হলো:
"
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (বিজারণ বিভব = -0.83 V)
"
ক্যাথোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂)।
৩. অ্যানোডের বিক্রিয়া:
অ্যানোডে সংশ্লিষ্ট আয়নগুলো হলো Cl⁻ আয়ন এবং H_2O আয়ন। Cl⁻ আয়নের জারণ বিভব কম হওয়ায় এটি H_2O আয়নের চেয়ে সহজে জারিত হয়।
অ্যানোডে যে বিক্রিয়াটি ঘটে তা হলো:
"
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (জারণ বিভব = -1.36 V)
"
অ্যানোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো ক্লোরিন গ্যাস (Cl₂)।
সুতরাং, NaCl দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে ক্যাথোড থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂) এবং অ্যানোড থেকে ক্লোরিন গ্যাস (Cl₂) উৎপন্ন হয়।
উদাহরণ প্রশ্ন ২: তামার ইলেকট্রোড ব্যবহার করে CuSO₄ দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ
প্রশ্ন
তামার ইলেকট্রোড ব্যবহার করে কপার(II) সালফেট (CuSO₄) দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। ক্যাথোড ও অ্যানোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো এবং প্রতিটি ইলেকট্রোডে উৎপন্ন পদার্থগুলো লিখুন।
আলোচনা
এক্ষেত্রে, ইলেকট্রোডটি নিষ্ক্রিয় নয়, বরং একটি তামার ইলেকট্রোড, তাই ইলেকট্রোডটি বিক্রিয়া করবে।
২. ক্যাথোডের বিক্রিয়া:
ক্যাথোডে, অ্যানোডের Cu²⁺ আয়নগুলো বিজারিত হবে।
"
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (হ্রাস সম্ভাবনা = +0.34 V)
"
ক্যাথোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো কঠিন তামা (Cu), যা ইলেকট্রোডের উপর জমা হয়।
৩. অ্যানোডের বিক্রিয়া:
অ্যানোডে তামার ইলেকট্রোডটি নিজেই জারিত হবে।
"
Cu(গুলি) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (অক্সিডেশন সম্ভাব্য = -0.34 V)
"
অ্যানোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো Cu²⁺ আয়ন।
যেহেতু ইলেকট্রোডটি তামার তৈরি, তাই দ্রবণে তড়িৎবিশ্লেষিত Cu²⁺ আয়নগুলো অ্যানোড ইলেকট্রোডে তামার দ্রবীভূত হওয়ার মাধ্যমে প্রতিস্থাপিত হয়।
উদাহরণ ৩: জমা হওয়া ধাতুর ভর
প্রশ্ন
একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষে CuSO₄ দ্রবণের মধ্য দিয়ে 0.2 মোল ইলেকট্রন প্রবাহিত হয়। ক্যাথোডে কত গ্রাম তামা জমা হয়?
আলোচনা
প্রবাহিত ইলেকট্রনের (F) মোল সংখ্যা ব্যবহার করে জমা হওয়া ধাতুর মোল সংখ্যা নির্ণয় করা যায়। ধাতু জমার জন্য ফ্যারাডের সমীকরণটি হলো:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
কোথায়:
– Q = আধানের পরিমাণ (কুলম্ব এককে)
– F = ফ্যারাডের ধ্রুবক (৯৬৫০০ কুলম্ব/মোল)
– z = প্রতি মোল বিক্রিয়ায় ইলেকট্রনের সংখ্যা।
এক্ষেত্রে, Cu²⁺ দুটি ইলেকট্রন শোষণ করে Cu-তে পরিণত হয়, তাই z = 2।
জমা হওয়া তামার মোল সংখ্যা হলো:
\[ n = \frac{0.2 \text{ ইলেকট্রনের মোল}}{2} = 0.1 \text{ Cu-এর মোল} \]
জমা হওয়া তামার ওজন:
\[ \text{Cu-এর ভর} = n \times \text{Mr} \]
যেখানে Mr হলো Cu-এর মোলার ভর (63.5 গ্রাম/মোল)
সুতরাং:
\[ \text{তামার ভর} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ গ্রাম} \]
সুতরাং, ক্যাথোডের উপর ৬.৩৫ গ্রাম তামা জমা হবে।
উদাহরণ প্রশ্ন ৪: KI দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ
প্রশ্ন
নিষ্ক্রিয় ইলেকট্রোড ব্যবহার করে KI দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণ করা হয়। ক্যাথোড ও অ্যানোডে সংঘটিত বিক্রিয়াগুলো এবং প্রতিটি ইলেকট্রোডে উৎপন্ন পদার্থগুলো লিখুন।
আলোচনা
২. ক্যাথোডের বিক্রিয়া:
ক্যাথোডে সংশ্লিষ্ট আয়নগুলো হলো K⁺ এবং H₂O আয়ন। K⁺ আয়নের তুলনায় H₂O আয়ন আরও সহজে বিজারিত হয়।
"
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
"
ক্যাথোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂)।
৩. অ্যানোডের বিক্রিয়া:
অ্যানোডে সংশ্লিষ্ট আয়নগুলো হলো I⁻ এবং H_2O আয়ন। H_2O আয়নের তুলনায় I⁻ আয়ন অধিক সহজে জারিত হয়।
"
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
"
অ্যানোডে উৎপন্ন পদার্থটি হলো আয়োডিন (I₂)।
সুতরাং, KI দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে ক্যাথোড থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂) এবং অ্যানোড থেকে আয়োডিন (I₂) উৎপন্ন হয়।
বন্ধ
রসায়নের ছাত্রছাত্রী এবং ধাতুবিদ্যা, রাসায়নিক উৎপাদন ও শক্তি শিল্পের মতো ক্ষেত্রের পেশাজীবীদের জন্য তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষের মূলনীতি ও প্রয়োগ সম্পর্কে একটি সুস্পষ্ট ধারণা থাকা অপরিহার্য। এই নিবন্ধটিতে এই ধারণাটিকে আরও দৃঢ় করতে তড়িৎবিশ্লেষণের কয়েকটি উদাহরণমূলক সমস্যা এবং সেগুলোর সমাধান উপস্থাপন করা হয়েছে। আশা করা যায় যে, এই মৌলিক ধারণাগুলো আয়ত্ত করা বাস্তব জগতে সম্মুখীন হওয়া বিভিন্ন ব্যবহারিক ও তাত্ত্বিক সমস্যা সমাধানে সাহায্য করবে।
