রসায়ন ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   298 K (বা 25°C) তাপমাত্রা এবং 1 atm চাপে 1 M H⁺ আয়ন বিশিষ্ট দ্রবণে প্ল্যাটিনাম ব্ল্যাকের প্রলেপযুক্ত একটি প্ল্যাটিনাম পাত আংশিক নিমজ্জিত রেখে তার ওপর দিয়ে বিশুদ্ধ ও শুষ্ক হাইড্রোজেন গ্যাস চালনা করে যে তড়িৎদ্বার গঠিত হয়, তাকে প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বার (SHE) বলে। এর প্রমাণ বিভব ধরা হয় 0.00 V।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   BOD (বায়োলজিক্যাল অক্সিজেন ডিমান্ড) দ্বারা পানিতে উপস্থিত কেবল জৈব ভঙ্গুর (biodegradable) দূষকসমূহকে অনুজীবের সাহায্যে জারিত করতে প্রয়োজনীয় অক্সিজেনের পরিমাণ বোঝায়।

   অন্যদিকে COD (কেমিক্যাল অক্সিজেন ডিমান্ড) হলো পানিতে বিদ্যমান মোট জৈব দূষক (জৈব ভঙ্গুর ও অজৈব ভঙ্গুর উভয় ধরনের) জারিত করার জন্য শক্তিশালী রাসায়নিক জারক (যেমন- K2Cr2O7 ও H2SO4) দ্বারা ব্যবহৃত অক্সিজেনের পরিমাণ।

   যেহেতু COD এর ক্ষেত্রে জীবাণু-অসহনশীল জটিল জৈব পদার্থসহ সব ধরনের জৈব পদার্থ জারিত হয়, তাই দূষিত পানির নমুনার COD এর মান সর্বদা BOD এর মান অপেক্ষা বেশি হয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে সোডিয়াম বেনজোয়েটকে সোডালাইম [NaOH(CaO)] সহযোগে উত্তপ্ত করলে ডিকার্বক্সিলেশন ঘটে বেনজিন (Y) উৎপন্ন হয়।
   C6H5COONa + NaOH(CaO) --Δ--> C6H6 (Y) + Na2CO3

   অতঃপর বেনজিনকে (Y) অনার্দ্র AlCl3 এর উপস্থিতিতে CH3Cl এর সাথে বিক্রিয়া করালে ফ্রিডেল-ক্র্যাফটস অ্যালকাইলেশন প্রক্রিয়ায় টলুইন (Z) উৎপন্ন হয়।
   C6H6 + CH3Cl --(অনার্দ্র AlCl3)--> C6H5CH3 (Z) + HCl

   Y থেকে Z তৈরির ইলেকট্রোফিলিক অ্যারোমেটিক প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ার কৌশল নিচে তিনটি ধাপে ব্যাখ্যা করা হলো:

   ১ম ধাপ: ইলেকট্রোফাইল সৃষ্টি
   অনার্দ্র লুইস এসিড AlCl3 মিথাইল ক্লোরাইড (CH3Cl) থেকে ক্লোরাইড আয়ন গ্রহণ করে মিথাইল কার্বোক্যাটায়ন (ইলেকট্রোফাইল, CH3⁺) তৈরি করে।
   CH3-Cl + AlCl3 ⇌ CH3⁺ + AlCl4⁻

   ২য় ধাপ: সিগমা (σ) কমপ্লেক্স বা কার্বোক্যাটায়ন মধ্যবর্তী গঠন
   বেনজিন বলয়ের ডিলোক্যালাইজড পাই (π) ইলেকট্রন ইলেকট্রোফাইল CH3⁺ কে আক্রমণ করে, ফলে বেনজিনের অ্যারোমেটিসিটি সাময়িকভাবে বিনষ্ট হয়ে একটি রেজোন্যান্স-স্থিতিশীল সিগমা কমপ্লেক্স (কার্বোনিয়াম আয়ন) গঠিত হয়:
   C6H6 + CH3⁺ ⇌ [C6H6(CH3)]⁺ (সিগমা কমপ্লেক্স)

   ৩য় ধাপ: প্রোটন অপসারণ ও অ্যারোমেটিসিটি পুনরুদ্ধার
   সৃষ্ট সিগমা কমপ্লেক্স থেকে AlCl4⁻ একটি প্রোটন (H⁺) গ্রহণ করে। ফলে বলয়ের পাই-ইলেকট্রন কাঠামো পুনর্গঠিত হয়ে অ্যারোমেটিসিটি পুনরুদ্ধার পায় এবং উৎপাদ হিসেবে টলুইন (Z) তৈরি হয়, সাথে AlCl3 অনুঘটক হিসেবে পুনরায় ফিরে আসে।
   [C6H6(CH3)]⁺ + AlCl4⁻ ⟶ C6H5-CH3 (টলুইন) + HCl + AlCl3

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের Y যৌগটি হলো বেনজিন (C6H6) এবং Z যৌগটি হলো টলুইন (C6H5CH3)।

   Y ও Z যৌগদ্বয়ের মধ্যে Z যৌগটির (টলুইন) নাইট্রেশন বেনজিন অপেক্ষা অধিক সহজে ঘটবে। নিচে কারণ বিশ্লেষণ করা হলো:

   ১. বলয় সক্রিয়কারী মূলকের উপস্থিতি:
   বেনজিনে কোনো প্রতিস্থাপক মূলক নেই, ফলে এর পাই-ইলেকট্রন ঘনত্ব সুষমভাবে বণ্টিত থাকে। পক্ষান্তরে, টলুইনে বেনজিন বলয়ের সাথে একটি মিথাইল মূলক (-CH3) যুক্ত থাকে। মিথাইল মূলক একটি ইলেকট্রন প্রদানকারী মূলক। এটি আবেশীয় ফলাফল (+I effect) এবং অতি-সংযুগমন বা হাইপারকনজুগেশন (Hyperconjugation) প্রক্রিয়ার মাধ্যমে বেনজিন বলয়ে ইলেকট্রন সরবরাহ করে।

   ২. ইলেকট্রন ঘনত্বের বৃদ্ধি:
   মিথাইল মূলকের ইলেকট্রন প্রদানকারী প্রভাবের কারণে টলুইনের বেনজিন বলয়ে সার্বিক পাই-ইলেকট্রন ঘনত্ব বেনজিনের তুলনায় বৃদ্ধি পায় (বিশেষ করে অর্থো ও প্যারা অবস্থানে)। এ কারণে মিথাইল মূলককে 'বলয় সক্রিয়কারী মূলক' (Ring Activating Group) বলা হয়।

   ৩. ইলেকট্রোফাইলের প্রতি আকর্ষণ:
   নাইট্রেশন বিক্রিয়া একটি ইলেকট্রোফিলিক অ্যারোমেটিক প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া, যেখানে ইলেকট্রোফাইল হিসেবে নাইট্রোনিয়াম আয়ন (NO2⁺) বলয়কে আক্রমণ করে। যে বলয়ে ইলেকট্রন ঘনত্ব যত বেশি, সেই বলয়ের প্রতি ধনাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রোফাইল তত বেশি আকর্ষিত হয় এবং বিক্রিয়ার সক্রিয়ণ শক্তি (Activation energy) কমে যায়।

   সুতরাং, টলুইনের বলয়ে ইলেকট্রন ঘনত্ব বেশি থাকায় নাইট্রোনিয়াম আয়ন (NO2⁺) বেনজিনের চেয়ে টলুইনকে অনেক দ্রুত আক্রমণ করে। এজন্য বেনজিন (Y) অপেক্ষা টলুইনের (Z) নাইট্রেশন অধিক সহজে ঘটে (তুলনামূলক মৃদু শর্তে, যেমন কম তাপমাত্রায়)।