রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যেসব রাসায়নিক প্রক্রিয়া বা পদ্ধতির নকশা ও প্রয়োগের মাধ্যমে ক্ষতিকর পদার্থের ব্যবহার বা উৎপাদন হ্রাস বা সম্পূর্ণরূপে দূর করা যায়, তাকে সবুজ রসায়ন (Green Chemistry) বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   ২৫°C তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ পানি অতি সামান্য পরিমাণে বিয়োজিত হয়ে সমপরিমাণ হাইড্রোজেন আয়ন ($H^+$ বা $H_3O^+$) এবং হাইড্রোক্সাইড আয়ন ($OH^-$) তৈরি করে:
   $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$

   ২৫°C তাপমাত্রায় পানির আয়নিক গুণফল, $K_w = [H^+][OH^-] = 1.0 \times 10^{-14} \text{ mol}^2\text{L}^{-2}$।
   যেহেতু বিশুদ্ধ পানিতে $[H^+] = [OH^-]$, তাই:
   $[H^+]^2 = 1.0 \times 10^{-14} \implies [H^+] = 1.0 \times 10^{-7} \text{ mol/L}$

   অতএব, $\text{pH} = -\log[H^+] = -\log(1.0 \times 10^{-7}) = 7$।
   এই কারণে ২৫°C-এ বিশুদ্ধ পানির pH এর মান ৭ (নিরপেক্ষ) হয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে R হলো ২য় পর্যায়ের ১৬ নং গ্রুপের মৌল অক্সিজেন ($O$) এবং S হলো ৩য় পর্যায়ের ১৬ নং গ্রুপের মৌল সালফার ($S$)। সুতরাং R এবং S এর হাইড্রাইড দুটি যথাক্রমে পানি ($H_2O$) এবং হাইড্রোজেন সালফাইড ($H_2S$)।

   কক্ষ তাপমাত্রায় $H_2O$ তরল হলেও $H_2S$ গ্যাসীয়; এর কারণ নিচে ব্যাখ্যা করা হলো:

   ১. তড়িৎ ঋণাত্মকতা ও পোলারিটি: অক্সিজেনের আকার ছোট এবং এর তড়িৎ ঋণাত্মকতার মান অনেক বেশি (৩.৫), যা হাইড্রোজেনের (২.১) তুলনায় যথেষ্ট বেশি। ফলে $H_2O$ অণুর $O-H$ বন্ধনের শেয়ারকৃত ইলেকট্রন অক্সিজেনের দিকে আকৃষ্ট হয়ে অণুটি তীব্র পোলার হয় ($O^{\delta-}$ এবং $H^{\delta+}$)। অপরদিকে সালফারের আকার তুলনামূলকভাবে বড় এবং এর তড়িৎ ঋণাত্মকতা (২.৫) কম হওয়ায় $H_2S$ অণুতে বন্ধন তেমন পোলার হয় না।

   ২. হাইড্রোজেন বন্ধন: তীব্র পোলারিটির কারণে একটি পানির অণুর আংশিক ধনাত্মক হাইড্রোজেন পরমাণু পার্শ্ববর্তী অপর একটি পানির অণুর আংশিক ঋণাত্মক অক্সিজেন পরমাণুর সাথে শক্তিশালী আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করে। এর ফলে পানির অণুগুলো পরস্পরের সাথে যুক্ত হয়ে সংবদ্ধ (associated) অবস্থায় থাকে। কিন্তু $H_2S$ অণুতে দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বল ছাড়া কোনো আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন গঠিত হতে পারে না।

   এ কারণে সাধারণ তাপমাত্রায় পানির অণুগুলোকে পরস্পর থেকে পৃথক করতে অধিক শক্তির প্রয়োজন হয়, ফলে এটি তরল হিসেবে থাকে; পক্ষান্তরে দুর্বল আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বলের কারণে $H_2S$ সাধারণ তাপমাত্রায় গ্যাসীয় অবস্থায় থাকে।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুসারে:
   $P =$ কার্বন ($C$)
   $Q =$ নাইট্রোজেন ($N$)
   $R =$ অক্সিজেন ($O$)
   $Y =$ ক্লোরিন ($Cl$)

   $P$, $Q$ এবং $R$ মৌলের সাথে $Y$ যুক্ত হয়ে যথাক্রমে কার্বন টেট্রাক্লোরাইড ($CCl_4$), নাইট্রোজেন ট্রাইক্লোরাইড ($NCl_3$) এবং ডাইক্লোরিন মনোক্সাইড ($OCl_2$) যৌগ গঠিত হয়।

   যৌগ তিনটির কেন্দ্রীয় পরমাণুর সংকরণ, মুক্তজোড় ইলেকট্রন ও VSEPR তত্ত্বের ভিত্তিতে আকৃতি এবং বন্ধন কোণের ভিন্নতা নিচে বিশ্লেষণ করা হলো:

   ১. $CCl_4$: এখানে কেন্দ্রীয় পরমাণু কার্বনের যোজ্যতা স্তরে ৪টি ইলেকট্রন রয়েছে এবং তা ৪টি ক্লোরিনের সাথে ৪টি সমযোজী বন্ধন তৈরি করে। ফলে কার্বনে ৪টি বন্ধনজোড় (bp = 4) এবং কোনো মুক্তজোড় (lp = 0) থাকে না। কার্বনের $sp^3$ সংকরণ ঘটে। VSEPR তত্ত্ব অনুসারে মুক্তজোড় না থাকায় এর আকৃতি নিয়মিত চতুস্তলকীয় (tetrahedral) হয় এবং $Cl-C-Cl$ বন্ধন কোণ ১০৯.৫° হয়।

   ২. $NCl_3$: এখানে কেন্দ্রীয় পরমাণু নাইট্রোজেনের যোজ্যতা স্তরে ৫টি ইলেকট্রন থাকে। ৩টি ইলেকট্রন ৩টি ক্লোরিনের সাথে বন্ধন তৈরি করে এবং ১ জোড়া মুক্তজোড় ইলেকট্রন হিসেবে অবশিষ্ট থাকে (bp = 3, lp = 1)। নাইট্রোজেনেরও $sp^3$ সংকরণ ঘটে। তবে VSEPR তত্ত্বানুসারে মুক্তজোড়-বন্ধনজোড় বিকর্ষণ ($lp-bp$), বন্ধনজোড়-বন্ধনজোড় ($bp-bp$) বিকর্ষণ অপেক্ষা অধিক শক্তিশালী হওয়ায় বন্ধনজোড়গুলো সংকুচিত হয়। ফলে এর আকৃতি ত্রিকোণীয় পিরামিডীয় (trigonal pyramidal) হয় এবং $Cl-N-Cl$ বন্ধন কোণ হ্রাস পেয়ে প্রায় ১০৭.১° (বা প্রায় ১০৭°) হয়।

   ৩. $OCl_2$: এখানে কেন্দ্রীয় পরমাণু অক্সিজেনের যোজ্যতা স্তরে ৬টি ইলেকট্রন থাকে। ২টি ইলেকট্রন ২টি ক্লোরিনের সাথে বন্ধন গঠন করে এবং ২ জোড়া ইলেকট্রন মুক্তজোড় হিসেবে থাকে (bp = 2, lp = 2)। অক্সিজেনেও $sp^3$ সংকরণ ঘটে। তবে এখানে ২টি মুক্তজোড় ইলেকট্রন বিদ্যমান থাকায় তীব্র মুক্তজোড়-মুক্তজোড় বিকর্ষণ ঘটে। ফলে এর আকৃতি কৌণিক বা V-আকৃতির (bent/V-shaped) হয়। তবে ক্লোরিন পরমাণুসমূহের বড় আকারের কারণে এদের মধ্যে স্থানিক বিকর্ষণের প্রভাবে বন্ধন কোণ সাধারণ পানির চেয়ে কিছুটা বেশি অর্থাৎ প্রায় ১১০.৫° হয়।

   সুতরাং দেখা যায় যে, কেন্দ্রীয় পরমাণুগুলোর সংকরন একই ($sp^3$) হওয়া সত্ত্বেও মুক্তজোড় ইলেকট্রন সংখ্যার ভিন্নতা এবং VSEPR তত্ত্বের বিকর্ষণ বলের তারতম্যের কারণে যৌগগুলোর আকৃতি ও বন্ধন কোণ ভিন্ন ভিন্ন হয়।