রসায়ন ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   অনার্দ্র জিংক ক্লোরাইড ($\text{ZnCl}_2$) এবং গাঢ় হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডের ($\text{HCl}$) দ্রবণকে লুকাস বিকারক বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   সাধারণ তাপমাত্রায় $\text{H}_2$ গ্যাসে জুল-থমসন সম্প্রসারণ ঘটালে শীতলীকরণের পরিবর্তে গ্যাসের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, অর্থাৎ গ্যাসটি উত্তপ্ত হয়।

   ব্যাখ্যা: প্রতিটি বাস্তব গ্যাসের একটি নির্দিষ্ট বিপরীত তাপমাত্রা (Inversion Temperature, $T_i$) থাকে। কোনো গ্যাসকে তার বিপরীত তাপমাত্রার নিচে জুল-থমসন প্রক্রিয়ায় সম্প্রসারিত করলে তাপমাত্রা হ্রাস পায় এবং এর উপরে সম্প্রসারিত করলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। হাইড্রোজেন গ্যাসের বিপরীত তাপমাত্রা অত্যন্ত কম (প্রায় $-80^\circ\text{ C}$ বা $193\text{ K}$)। সাধারণ তাপমাত্রা (প্রায় $25^\circ\text{ C}$ বা $298\text{ K}$) এর বিপরীত তাপমাত্রা অপেক্ষা বেশি হওয়ায় জুল-থমসন সম্প্রসারণের ফলে হাইড্রোজেন গ্যাস শীতল না হয়ে উত্তপ্ত হয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপক অনুযায়ী, 'A' গ্যাসটি হলো গ্রিনহাউসের প্রধান গ্যাস, অর্থাৎ কার্বন ডাই-অক্সাইড ($\text{CO}_2$) গ্যাস।

   আমরা জানি,
   মূল গড় বর্গবেগ (rms বেগ), $c = \sqrt{\frac{3RT}{M}}$

   এখানে,
   উদ্দীপক অনুসারে তাপমাত্রা, $T = 0^\circ\text{ C} = (273 + 0)\text{ K} = 273\text{ K}$ (বা $273.15\text{ K}$)
   $\text{CO}_2$-এর আণবিক ভর, $M = 12 + (16 \times 2) = 44\text{ g mol}^{-1} = 44 \times 10^{-3}\text{ kg mol}^{-1}$
   সার্বজনীন গ্যাস ধ্রুবক, $R = 8.314\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}$

   অতএব,
   $c = \sqrt{\frac{3 \times 8.314 \times 273}{44 \times 10^{-3}}} = \sqrt{\frac{6809.166}{0.044}} = \sqrt{154753.77} \approx 393.39\text{ m s}^{-1}$

   সুতরাং, উদ্দীপকের 'A' গ্যাসটির rms বেগ হলো $393.39\text{ m s}^{-1}$।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে উল্লিখিত 'A' গ্যাসটি হলো কার্বন ডাই-অক্সাইড ($\text{CO}_2$) এবং 'B' গ্যাসটি হলো হাইড্রোজেন ($\text{H}_2$)।

   আদর্শ গ্যাসের ক্ষেত্রে সংকোচনশীলতা গুণক, $Z = \frac{PV}{nRT} = 1$
   যেহেতু প্রতি মোল গ্যাসের ক্ষেত্রে $n = 1$ এবং আদর্শ রেখায় $PV$ এর মান ধ্রুবক $= 22.386\text{ L atm}$ (অথবা $(PV)_{\text{ideal}} = RT = 22.386$),
   সুতরাং, $Z = \frac{PV}{(PV)_{\text{ideal}}} = \frac{PV}{22.386}$

   ১. 'A' ($\text{CO}_2$) গ্যাসের বিচ্যুতির বিশ্লেষণ:
   লেখচিত্র অনুযায়ী, চাপ বৃদ্ধির প্রারম্ভে নির্দিষ্ট চাপে 'A' গ্যাসের ক্ষেত্রে $PV$ এর মান হ্রাস পেয়ে সর্বনিম্ন $18$-এ নামে।
   উক্ত চাপে সংকোচনশীলতা গুণক,
   $Z_A = \frac{18}{22.386} \approx 0.804$
   যেহেতু $Z < 1$, সেহেতু এই নিম্ন চাপে $\text{CO}_2$ গ্যাসটি আদর্শ গ্যাসের তুলনায় অধিক সংকোচনশীল এবং এখানে গ্যাস অণুগুলোর মধ্যে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল কার্যকর থাকে।
   পরবর্তীতে চাপ আরো বৃদ্ধি পেলে $PV$ এর মান বৃদ্ধি পেতে থাকে এবং একপর্যায়ে $PV > 22.386$ অর্থাৎ $Z > 1$ হয়। উচ্চ চাপে গ্যাসটির অণুসমূহের নিজস্ব আয়তন কার্যকর হওয়ায় এটি কম সংকোচনশীল হয়ে পড়ে এবং ধনাত্মক বিচ্যুতি প্রদর্শন করে।

   ২. 'B' ($\text{H}_2$) গ্যাসের বিচ্যুতির বিশ্লেষণ:
   লেখচিত্র অনুযায়ী, 'B' গ্যাসের ক্ষেত্রে চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে $PV$ এর মান সর্বদা বৃদ্ধি পেতে থাকে। নির্দিষ্ট চাপ রেখায় এর $PV$ এর মান $26$ নির্দেশিত হয়েছে।
   উক্ত চাপে সংকোচনশীলতা গুণক,
   $Z_B = \frac{26}{22.386} \approx 1.161$
   যেহেতু সর্বদা $Z > 1$, সেহেতু 'B' ($\text{H}_2$) গ্যাসের ক্ষেত্রে সংকোচনশীলতা গুণকের মান সর্বদা ১ অপেক্ষা বড় থাকে। হাইড্রোজেন অণু অত্যন্ত হালকা ও ক্ষুদ্র হওয়ায় এতে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল অত্যন্ত নগণ্য এবং এর নিজস্ব আয়তন প্রভাব বিস্তার করায় এটি আদর্শ গ্যাস অপেক্ষা কম সংকোচনশীল হয় ও সর্বদা ধনাত্মক বিচ্যুতি দেখায়।

   অতএব, 'A' গ্যাস প্রথমে ঋণাত্মক বিচ্যুতি ($Z < 1$) ও পরবর্তীতে ধনাত্মক বিচ্যুতি ($Z > 1$) দেখায়, কিন্তু 'B' গ্যাস সর্বদা ধনাত্মক বিচ্যুতি ($Z > 1$) প্রদর্শন করে।