অষ্টম শ্রেণী: পরিবেশ ও বিজ্ঞান, অধ্যায় 3: কয়েকটি গ্যাসের পরিচিতি ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর মান 3
অধ্যায় 3: কয়েকটি গ্যাসের পরিচিতি
(10টি ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর – 3 নম্বর)
1. পরীক্ষাগারে সাধারণ উষ্ণতায় অক্সিজেন ($O_2$) গ্যাস প্রস্তুতির নীতি, প্রয়োজনীয় রাসায়নিক দ্রব্য এবং বিক্রিয়ার সমীকরণটি লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
প্রয়োজনীয় রাসায়নিক দ্রব্য: 1. হাইড্রোজেন পারক্সাইড ($H_2O_2$)-এর জলীয় দ্রবণ এবং 2. অনুঘটক হিসেবে ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ($MnO_2$)।
নীতি: সাধারণ উষ্ণতায় $H_2O_2$-এর জলীয় দ্রবণে সামান্য $MnO_2$ মেশালে, $MnO_2$ ধনাত্মক অনুঘটক হিসেবে কাজ করে $H_2O_2$-কে খুব দ্রুত ভেঙে জল ও অক্সিজেন গ্যাস উৎপন্ন করে।
সমীকরণ: $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$
2. পরীক্ষাগারে হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাস প্রস্তুতির নীতি, প্রয়োজনীয় রাসায়নিক দ্রব্য এবং সমীকরণটি লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
প্রয়োজনীয় রাসায়নিক দ্রব্য: 1. বাণিজ্যিক বা অবিশুদ্ধ জিংকের ছিবড়ে ($Zn$) এবং 2. লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড ($H_2SO_4$) বা লঘু হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড ($HCl$)।
নীতি: সাধারণ উষ্ণতায় অবিশুদ্ধ জিংকের সাথে লঘু সালফিউরিক অ্যাসিডের বিক্রিয়া ঘটিয়ে পরীক্ষাগারে হাইড্রোজেন গ্যাস প্রস্তুত করা হয়।
সমীকরণ: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$
3. তাপ প্রয়োগে পটাশিয়াম ক্লোরেট ($KClO_3$) থেকে অক্সিজেন প্রস্তুতির সময় ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ($MnO_2$) কেন মেশানো হয়? এদের ভরের অনুপাত কত রাখা হয়?
উত্তর দেখো
উত্তর:
$MnO_2$ মেশানোর কারণ: শুধুমাত্র $KClO_3$-কে উত্তপ্ত করে অক্সিজেন পেতে প্রায় $650^\circ C$ উষ্ণতার প্রয়োজন হয়, যা বিপজ্জনক এবং এতে কাঁচের পাত্র গলে যাওয়ার ভয় থাকে। কিন্তু এর সাথে $MnO_2$ মেশালে, তা ধনাত্মক অনুঘটক হিসেবে কাজ করে এবং মাত্র $200^\circ C$ থেকে $250^\circ C$ উষ্ণতায় খুব দ্রুত অক্সিজেন গ্যাস নির্গত হয়। এতে জ্বালানি বাঁচে এবং বিপদ এড়ানো যায়।
ভরের অনুপাত: $KClO_3$ এবং $MnO_2$-কে 4:1 ভরের অনুপাতে মেশানো হয়।
4. কিপের যন্ত্র (Kipp’s Apparatus) কী? এই যন্ত্রের প্রধান সুবিধা কী? এই যন্ত্রে প্রস্তুত করা যায় এমন দুটি গ্যাসের নাম লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
কিপের যন্ত্র: এটি তিন-খাঁজ বিশিষ্ট একটি বিশেষ কাঁচের যন্ত্র, যার সাহায্যে সাধারণ উষ্ণতায় কঠিন ও তরলের বিক্রিয়া ঘটিয়ে পরীক্ষাগারে গ্যাস তৈরি করা হয়।
সুবিধা: এই যন্ত্রের সবচেয়ে বড় সুবিধা হলো, এতে প্রয়োজনমতো যে-কোনো সময় স্টপকক খুলে গ্যাস পাওয়া যায় এবং স্টপকক বন্ধ করে দিলে নিজে থেকেই বিক্রিয়া থেমে যায়। ফলে রাসায়নিক দ্রব্যের কোনো অপচয় হয় না।
দুটি গ্যাস: 1. হাইড্রোজেন ($H_2$) এবং 2. হাইড্রোজেন সালফাইড ($H_2S$) বা কার্বন ডাইঅক্সাইড ($CO_2$)।
[Image showing hydrogen gas reducing hot black copper oxide powder into reddish brown copper metal]
5. হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাস যে একটি তীব্র বিজারক (Reducing agent) পদার্থ, তা একটি পরীক্ষার সাহায্যে সমীকরণসহ প্রমাণ করো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
পরীক্ষা ও পর্যবেক্ষণ: একটি কাঁচের নলের মধ্যে উত্তপ্ত কালো রঙের কিউপ্রিক অক্সাইড ($CuO$) রেখে তার ওপর দিয়ে হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাস চালনা করলে দেখা যায়, কালো রঙের $CuO$ ক্রমশ লালচে বাদামি রঙের ধাতব কপারে ($Cu$) পরিণত হচ্ছে এবং নলের গায়ে জলের বিন্দু জমছে।
ব্যাখ্যা: এখানে হাইড্রোজেন, $CuO$ থেকে অক্সিজেনকে কেড়ে নিয়ে নিজে জারিত হয়ে জলে ($H_2O$) পরিণত হয় এবং $CuO$-কে বিজারিত করে ধাতব $Cu$-তে পরিণত করে। এটি হাইড্রোজেনের তীব্র বিজারণ ধর্মের প্রমাণ।
সমীকরণ: $CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$
6. অক্সিজেনের সাথে ম্যাগনেসিয়াম ($Mg$) এবং কার্বন ($C$)-এর বিক্রিয়ায় কী ঘটে তা সমীকরণসহ লেখো। উৎপন্ন অক্সাইডগুলির প্রকৃতি কীরূপ?
উত্তর দেখো
উত্তর:
1. ম্যাগনেসিয়ামের সাথে: ম্যাগনেসিয়াম ফিতাকে অক্সিজেনে পোড়ালে তা চোখ-ধাঁধানো উজ্জ্বল শিখায় জ্বলে সাদা রঙের ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইডের গুঁড়ো তৈরি করে।
সমীকরণ: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ (এটি একটি ক্ষারীয় অক্সাইড)।
2. কার্বনের সাথে: কার্বন বা কয়লাকে অক্সিজেনে পোড়ালে তা পুড়ে কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাস তৈরি করে।
সমীকরণ: $C + O_2 \rightarrow CO_2\uparrow$ (এটি একটি আম্লিক অক্সাইড, যা জলে গুলে কার্বনিক অ্যাসিড তৈরি করে)।
[Image depicting the three isotopes of hydrogen: Protium, Deuterium, and Tritium]
7. হাইড্রোজেনের তিনটি আইসোটোপের (Isotopes) নাম ও সংকেত লেখো। এদের নিউক্লিয়াসের গঠনে কী পার্থক্য দেখা যায়?
উত্তর দেখো
উত্তর: হাইড্রোজেনের 3 টি আইসোটোপ হলো:
1. প্রোটিয়াম বা সাধারণ হাইড্রোজেন ($^1_1H$): এর নিউক্লিয়াসে 1 টি প্রোটন থাকে, কিন্তু কোনো নিউট্রন থাকে না (0)। এটি সবচেয়ে বেশি পাওয়া যায়।
2. ডয়টেরিয়াম বা ভারী হাইড্রোজেন ($^2_1H$): এর নিউক্লিয়াসে 1 টি প্রোটন এবং 1 টি নিউট্রন থাকে।
3. ট্রিটিয়াম ($^3_1H$): এর নিউক্লিয়াসে 1 টি প্রোটন এবং 2 টি নিউট্রন থাকে। এটি একটি তেজস্ক্রিয় (Radioactive) আইসোটোপ।
8. তরল হাইড্রোজেনকে ($H_2$) ‘পরিবেশবান্ধব জ্বালানি’ বা ‘ভবিষ্যতের জ্বালানি’ বলা হয় কেন?
উত্তর দেখো
উত্তর: তরল হাইড্রোজেনকে ভবিষ্যতের জ্বালানি বলার দুটি প্রধান কারণ হলো:
1. দূষণহীনতা: হাইড্রোজেনকে পোড়ালে তা বাতাসের অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে উপজাত পদার্থ হিসেবে কেবল জল ($H_2O$) উৎপন্ন করে। পেট্রল বা কয়লার মতো কোনো ক্ষতিকারক বা দূষক গ্যাস (যেমন $CO_2$, $SO_2$) বা ধোঁয়া তৈরি করে না, তাই এটি 100% পরিবেশবান্ধব।
2. উচ্চ তাপন মূল্য: হাইড্রোজেনের তাপন মূল্য (Calorific value) অন্যান্য যেকোনো প্রচলিত জ্বালানির চেয়ে অনেক বেশি, অর্থাৎ এটি পুড়লে প্রচুর পরিমাণ শক্তি উৎপন্ন হয়। এই কারণে এটি রকেটের জ্বালানি হিসেবেও ব্যবহৃত হয়।
9. অক্সিজেন ($O_2$) এবং হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাসের মধ্যে ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মের তিনটি প্রধান পার্থক্য সারণির সাহায্যে লেখো।
উত্তর দেখো
| বিষয় | অক্সিজেন ($O_2$) | হাইড্রোজেন ($H_2$) |
|---|---|---|
| ১. দহনশীলতা | এটি নিজে জ্বলে না, কিন্তু অপরকে জ্বলতে সাহায্য করে। | এটি নিজে তীব্র দাহ্য (জ্বলে), কিন্তু অপরকে জ্বলতে সাহায্য করে না। |
| ২. ওজন | এটি সাধারণ বাতাসের চেয়ে সামান্য ভারী। | এটি মহাবিশ্বের সবচেয়ে হালকা গ্যাস। |
| ৩. রাসায়নিক প্রকৃতি | এটি একটি তীব্র জারক (Oxidizing) পদার্থ। | এটি একটি তীব্র বিজারক (Reducing) পদার্থ। |
10. শিল্পক্ষেত্রে এবং দৈনন্দিন জীবনে হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাসের তিনটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর: শিল্পক্ষেত্রে হাইড্রোজেনের প্রধান তিনটি ব্যবহার হলো:
1. অ্যামোনিয়া উৎপাদন: হেবার পদ্ধতিতে নাইট্রোজেন ও হাইড্রোজেন গ্যাসের (1:3 অনুপাতে) বিক্রিয়া ঘটিয়ে শিল্পক্ষেত্রে প্রচুর পরিমাণে অ্যামোনিয়া ($NH_3$) তৈরি করা হয়, যা সার কারখানায় এবং রাসায়নিক শিল্পে অপরিহার্য।
2. তেলের হাইড্রোজিনেশন: উদ্ভিজ্জ তেল (যেমন সয়াবিন বা সূর্যমুখী তেল) থেকে বনস্পতি ঘি বা কঠিন ফ্যাট (ডালডা) তৈরি করতে হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহৃত হয়।
3. ধাতু নিষ্কাশন ও ঝালাই: টাংস্টেন, মলিবডেনাম ইত্যাদি ধাতু নিষ্কাশনে হাইড্রোজেনকে বিজারক হিসেবে ব্যবহার করা হয়। এছাড়া অক্সি-হাইড্রোজেন শিখা তৈরিতে (যা ধাতু গলানো ও কাটার কাজে লাগে) হাইড্রোজেন ব্যবহৃত হয়।
11. পরীক্ষাগারে হাইড্রোজেন ($H_2$) গ্যাস প্রস্তুতির সময় গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড (Conc. $H_2SO_4$) অথবা লঘু নাইট্রিক অ্যাসিড (Dil. $HNO_3$) ব্যবহার করা হয় না কেন? বৈজ্ঞানিক কারণ ব্যাখ্যা করো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
1. গাঢ় $H_2SO_4$ ব্যবহার না করার কারণ: গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড একটি তীব্র জারক পদার্থ। এটি জিংকের সাথে বিক্রিয়ায় উৎপন্ন হাইড্রোজেনকে সাথে সাথে জারিত করে জলে ($H_2O$) পরিণত করে এবং নিজে বিজারিত হয়ে সালফার ডাইঅক্সাইড ($SO_2$) গ্যাস উৎপন্ন করে। তাই $H_2$ গ্যাস পাওয়া যায় না।
2. লঘু $HNO_3$ ব্যবহার না করার কারণ: লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডও একটি অত্যন্ত শক্তিশালী জারক দ্রব্য। এটিও জিংকের সাথে বিক্রিয়ায় উৎপন্ন প্রাথমিক হাইড্রোজেনকে জারিত করে জলে পরিণত করে দেয়। তাই গ্যাস হিসেবে হাইড্রোজেনকে সংগ্রহ করা সম্ভব হয় না। এই কারণেই সর্বদা লঘু $H_2SO_4$ বা লঘু $HCl$ ব্যবহার করা হয়।
12. হাইড্রোজেন পারক্সাইড ($H_2O_2$) যে জারক (Oxidizing) এবং বিজারক (Reducing) উভয় দ্রব্য হিসেবেই কাজ করতে পারে, তা রাসায়নিক সমীকরণসহ প্রমাণ করো।
উত্তর দেখো
উত্তর: $H_2O_2$ পরিবেশে পরিস্থিতি অনুযায়ী জারক ও বিজারক উভয় রূপেই কাজ করে:
1. জারক দ্রব্য হিসেবে: হাইড্রোজেন সালফাইড ($H_2S$) গ্যাসের সাথে $H_2O_2$-এর বিক্রিয়া ঘটালে, এটি $H_2S$ থেকে হাইড্রোজেন কেড়ে নিয়ে তাকে সালফারে জারিত করে এবং নিজে জলে পরিণত হয়।
সমীকরণ: $H_2O_2 + H_2S \rightarrow 2H_2O + S\downarrow$ (জারণ)
2. বিজারক দ্রব্য হিসেবে: সিলভার অক্সাইডের ($Ag_2O$) সাথে $H_2O_2$-এর বিক্রিয়া ঘটালে, এটি $Ag_2O$-কে বিজারিত করে ধাতব সিলভারে ($Ag$) পরিণত করে এবং নিজে জারিত হয়ে অক্সিজেন গ্যাস উৎপন্ন করে।
সমীকরণ: $Ag_2O + H_2O_2 \rightarrow 2Ag + H_2O + O_2\uparrow$ (বিজারণ)
13. পটাশিয়াম ক্লোরেট ($KClO_3$) থেকে অক্সিজেন প্রস্তুতির সময় ব্যবহৃত ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ($MnO_2$) সম্পূর্ণ কার্বনমুক্ত (Carbon-free) হওয়া জরুরি কেন? পটাশিয়াম ক্লোরেটের বদলে হাইড্রোজেন পারক্সাইড ($H_2O_2$) থেকে অক্সিজেন তৈরি করা বেশি সুবিধাজনক কেন?
উত্তর দেখো
উত্তর:
কার্বনমুক্ত $MnO_2$ ব্যবহারের কারণ: $MnO_2$-এর মধ্যে যদি কার্বন (কয়লার গুঁড়ো) বা অন্য কোনো দাহ্য অশুদ্ধি মিশে থাকে, তবে উত্তপ্ত করার সময় উৎপন্ন গরম অক্সিজেনের সংস্পর্শে এসে সেই কার্বন তীব্র বিস্ফোরণ ঘটাতে পারে। এতে কাঁচের পাত্র ফেটে বড় দুর্ঘটনা ঘটতে পারে। তাই কার্বনমুক্ত বিশুদ্ধ $MnO_2$ ব্যবহার করা হয়।
$H_2O_2$ ব্যবহারের সুবিধা: $KClO_3$ ব্যবহার করলে বাইরে থেকে তাপ প্রয়োগ করতে হয়, যা বিপজ্জনক হতে পারে। কিন্তু $H_2O_2$ ব্যবহার করলে সাধারণ উষ্ণতাতেই (Room temperature) কোনো তাপ প্রয়োগ ছাড়াই খুব সহজে এবং নিরাপদে অক্সিজেন গ্যাস তৈরি করা যায়।
14. ‘হাইড্রোজেন’ (Hydrogen) শব্দটির অর্থ কী? এই নামকরণ কে এবং কেন করেছিলেন? হাইড্রোজেন গ্যাস সংগ্রহের সময় বায়ুর নিম্ন অপসারণ পদ্ধতি ব্যবহার করা উচিত নয় কেন?
উত্তর দেখো
উত্তর:
অর্থ ও নামকরণ: গ্রিক শব্দ ‘Hydro’ (হাইড্রো) মানে জল এবং ‘gen’ (জেন) মানে উৎপাদক। অর্থাৎ, ‘হাইড্রোজেন’ কথাটির অর্থ হলো জল উৎপাদক (Water-producer)। ফরাসি বিজ্ঞানী ল্যাভয়সিয়ে দেখেন যে এই গ্যাসটি অক্সিজেনের সাথে পুড়ে জল উৎপন্ন করে, তাই তিনি এর নাম দেন হাইড্রোজেন।
সংগ্রহের সতর্কতা: হাইড্রোজেন গ্যাস সাধারণ বাতাসের চেয়ে অনেক হালকা হওয়ায় একে বায়ুর নিম্ন অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা যেত। কিন্তু হাইড্রোজেন বাতাসের অক্সিজেনের সাথে মিশে একটি মারাত্মক বিস্ফোরক মিশ্রণ তৈরি করে। তাই নিরাপত্তার কারণে বায়ুর সংস্পর্শ এড়িয়ে একে সর্বদা জলের নিম্ন অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা হয়।
15. পরীক্ষাগারে হাইড্রোজেন ও অক্সিজেন গ্যাস প্রস্তুতির পদ্ধতির মধ্যে মূল তিনটি পার্থক্য (রাসায়নিক দ্রব্য, উষ্ণতা এবং সংগ্রহ পদ্ধতি) সারণির সাহায্যে আলোচনা করো।
উত্তর দেখো
| বিষয় | অক্সিজেন ($O_2$) প্রস্তুতি | হাইড্রোজেন ($H_2$) প্রস্তুতি |
|---|---|---|
| ১. রাসায়নিক দ্রব্য | পটাশিয়াম ক্লোরেট ($KClO_3$) এবং অনুঘটক ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ($MnO_2$)। | বাণিজ্যিক জিংক ($Zn$) এবং লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড ($H_2SO_4$)। |
| ২. উষ্ণতা | বাইরে থেকে তাপ প্রয়োগ করতে হয় (প্রায় $200^\circ C$ – $250^\circ C$)। | বাইরে থেকে তাপের প্রয়োজন হয় না, সাধারণ উষ্ণতাতেই বিক্রিয়া ঘটে। |
| ৩. গ্যাস সংগ্রহ | জলের নিম্ন অপসারণ দ্বারা গ্যাসজারে সংগ্রহ করা হয়। | এটিও জলের নিম্ন অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা হয় (তবে প্রয়োজনে কিপের যন্ত্র ব্যবহৃত হয়)। |
শেয়ার