রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কোনো দুর্বল এসিড বা ক্ষারের জলীয় দ্রবণে বিয়োজিত অংশ ও অবিয়োজিত অংশের মধ্যে যে সাম্যাবস্থা প্রতিষ্ঠিত হয়, ভরক্রিয়া সূত্রানুসারে তার সাম্যধ্রুবককে বিয়োজন ধ্রুবক বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   HCl অণুতে হাইড্রোজেন ও ক্লোরিনের মধ্যে তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্যের (Cl = 3.0, H = 2.1; পার্থক্য = 0.9) কারণে বন্ধনজোড় ইলেকট্রন ক্লোরিন পরমাণুর দিকে অধিক আকৃষ্ট থাকে। ফলে Cl আংশিক ঋণাত্মক (δ-) এবং H আংশিক ধনাত্মক (δ+) চার্জযুক্ত হয়ে পোলার অণুতে পরিণত হয়।

   পানি একটি পোলার দ্রাবক হওয়ায় এর ঋণাত্মক প্রান্ত ($O^{\delta-}$) HCl-এর ধনাত্মক প্রান্তকে ($H^{\delta+}$) এবং পানির ধনাত্মক প্রান্ত ($H^{\delta+}$) HCl-এর ঋণাত্মক প্রান্তকে ($Cl^{\delta-}$) আকর্ষণ করে জলযোজিত (hydrated) করে এবং সহজেই দ্রবীভূত করে। তাই সমযোজী হওয়া সত্ত্বেও HCl পানিতে দ্রবণীয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের শক্তিচিত্র অনুসারে $A_2 + 3B_2 \rightarrow 2AB_3$ একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া, যা নাইট্রোজেন ও হাইড্রোজেনের সংযোগে অ্যামোনিয়া ($NH_3$) গ্যাস তৈরির প্রক্রিয়ার অনুরূপ। অতএব, উদ্দীপকের যৌগটি হলো অ্যামোনিয়া ($NH_3$ বা $AB_3$) এবং এর কেন্দ্রীয় পরমাণু নাইট্রোজেন ($N$ বা $A$)।

   নাইট্রোজেনের ইলেকট্রন বিন্যাস:
   $_7N \rightarrow 1s^2 \ 2s^2 \ 2p_x^1 \ 2p_y^1 \ 2p_z^1$

   যোজ্যতা স্তরের একটি $2s$ এবং তিনটি $2p$ অরবিটালের মিশ্রণে চারটি সমশক্তির $sp^3$ সংকর অরবিটাল তৈরি হয়। এর মধ্যে তিনটি অরবিটালে একটি করে অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকে এবং একটি অরবিটালে একজোড়া নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন (lone pair) বিদ্যমান থাকে। তিনটি অযুগ্ম ইলেকট্রনযুক্ত সংকর অরবিটাল তিনটি হাইড্রোজেন পরমাণুর ($1s^1$) সাথে মুখোমুখি অধিক্রমণের মাধ্যমে তিনটি সমযোজী সিগমা ($\sigma$) বন্ধন গঠন করে।

   $sp^3$ সংকরায়ন অনুযায়ী যৌগের জ্যামিতিক আকৃতি হওয়ার কথা সুষম চতুস্থলকীয় এবং বন্ধন কোণ $109.5^\circ$। কিন্তু VSEPR তত্ত্ব অনুসারে, অ্যামোনিয়া অণুর কেন্দ্রীয় পরমাণুতে ১টি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় (lone pair) থাকে। নিঃসঙ্গ জোড়-বন্ধন জোড় (lp-bp) বিকর্ষণ বন্ধন জোড়-বন্ধন জোড় (bp-bp) বিকর্ষণের চেয়ে বেশি শক্তিশালী হওয়ায় $N-H$ বন্ধনজোড়গুলো কিছুটা ভেতরের দিকে চেপে যায়। ফলে $H-N-H$ বন্ধন কোণ হ্রাস পেয়ে $107^\circ$ (বা প্রায় $107.5^\circ$) হয় এবং অণুর আকৃতি ত্রিকোণাকার পিরামিডীয় (Trigonal Pyramidal) রূপ ধারণ করে।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে বর্ণিত শক্তি লেখচিত্র থেকে দেখা যায় বিক্রিয়কের শক্তি উৎপাদের শক্তির চেয়ে বেশি, অর্থাৎ এটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া:
   $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g); \ \Delta H = -92 \text{ kJ/mol}$

   লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে $AB_3$ ($NH_3$) যৌগের সর্বোচ্চ পরিমাণ উৎপাদ প্রাপ্তির অনুকূল শর্তসমূহ নিচে বিশ্লেষণ করা হলো:

   ১. তাপমাত্রার প্রভাব:
   বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী হওয়ায় তাপমাত্রা হ্রাস করলে সাম্যাবস্থা ডানদিকে সরে যাবে এবং $NH_3$-এর উৎপাদন বৃদ্ধি পাবে। তবে খুব কম তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার গতি অত্যন্ত ধীর হয়ে যায়। তাই অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক করার জন্য শিল্পক্ষেত্রে সর্বোত্তম তাপমাত্রা বা পরিমিত তাপমাত্রা হিসেবে প্রায় $450^\circ\text{C} - 550^\circ\text{C}$ বজায় রাখা হয়।

   ২. চাপের প্রভাব:
   বিক্রিয়ায় বিক্রিয়ক গ্যাসের মোট মোল সংখ্যা $(1+3)=4$ এবং উৎপাদের মোল সংখ্যা $2$। যেহেতু বিক্রিয়ার ফলে মোল সংখ্যা বা আয়তন হ্রাস পায়, সেহেতু চাপ বৃদ্ধি করলে সাম্য ডানদিকে ধাবিত হবে এবং $NH_3$-এর পরিমাণ বাড়বে। এ কারণে শিল্পক্ষেত্রে উচ্চচাপ প্রায় $200 \text{ atm}$ প্রয়োগ করা হয়।

   ৩. বিক্রিয়কের ঘনমাত্রা বৃদ্ধি ও উৎপাদ অপসারণ:
   বিক্রিয়া পাত্রে অবিরাম $N_2$ ও $H_2$-এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করলে এবং উৎপন্ন $NH_3$ কে তরলীকরণ করে দ্রুত অপসারণ করলে বিক্রিয়াটি সম্মুখমুখী থাকে এবং উৎপাদের পরিমাণ সর্বোচ্চ হয়। সাধারণত $1:3$ আয়তন অনুপাতে $N_2$ ও $H_2$ সরবরাহ করা হয়।

   ৪. প্রভাবকের ব্যবহার:
   কম সময়ে অধিক উৎপাদ লাভের জন্য প্রভাবক হিসেবে সূক্ষ্ম চূর্ণীকৃত আয়রন ($Fe$) এবং প্রভাবক সহায়ক হিসেবে মলিবডেনাম ($Mo$) বা $Al_2O_3$ ও $K_2O$-এর মিশ্রণ ব্যবহার করা হয়।

   অতএব, $450^\circ-550^\circ\text{C}$ তাপমাত্রা, $200\text{ atm}$ চাপ, $Fe$ প্রভাবক এবং উৎপাদ অপসারণের মাধ্যমেই $AB_3$-এর সর্বোচ্চ উৎপাদন নিশ্চিত করা সম্ভব।