নবম শ্রেণি: ভৌত বিজ্ঞান অধ্যায় 4.5 মিশ্রণের পৃথকীকরণ – সংক্ষিপ্ত প্রশ্ন মান 2

সংজ্ঞা: কোনো তরলকে তাপ প্রয়োগে বাষ্পে পরিণত করে এবং সেই বাষ্পকে পুনরায় শীতল করে তরলে পরিণত করার পদ্ধতিকে পাতন বলে।

পাতন = বাষ্পীভবন + ঘনীভবন।

ব্যবহার: কোনো তরলে কঠিন পদার্থ দ্রবীভূত থাকলে (যেমন—লবণ-জল) অথবা দুটি তরলের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য যথেষ্ট বেশি হলে (25°C-এর বেশি) এই পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়।

[Image of fractional distillation setup]

সংজ্ঞা: দুই বা ততোধিক মিশ্রণযোগ্য তরলের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য খুব কম (সাধারণত 25°C-এর কম) হলে, আংশিক পাতন স্তম্ভ (Fractionating column) ব্যবহার করে তাদের পৃথক করার পদ্ধতিকে আংশিক পাতন বলে।

উদাহরণ: অশোধিত পেট্রোলিয়াম থেকে পেট্রোল, ডিজেল, কেরোসিন ইত্যাদি পৃথক করা।

[Image of separating funnel diagram]

বিয়োজী ফানেল দুটি পরস্পর অমিশ্রণীয় তরলকে তাদের ঘনত্বের পার্থক্যের ওপর ভিত্তি করে পৃথক করে। ভারী তরলটি ফানেলের নিচে আলাদা স্তর তৈরি করে এবং হালকা তরলটি তার ওপরে ভাসে। স্টপকক খুলে নিচের ভারী তরলটিকে প্রথমে বের করে নেওয়া হয়।

জল (স্ফুটনাঙ্ক 100°C) ও ইথাইল অ্যালকোহলের (স্ফুটনাঙ্ক 78°C) মিশ্রণকে আংশিক পাতন পদ্ধতিতে পৃথক করা যায়। যেহেতু এদের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য কম, তাই আংশিক পাতন স্তম্ভ ব্যবহার করলে প্রথমে কম স্ফুটনাঙ্কের অ্যালকোহল বাষ্পীভূত হয়ে গ্রাহক পাত্রে জমা হবে এবং জল ফ্লাস্কে থেকে যাবে।

1. যন্ত্রপাতি: সাধারণ পাতনে ফ্র্যাকশনিং কলাম বা আংশিক পাতন স্তম্ভ ব্যবহার করা হয় না, কিন্তু আংশিক পাতনে এটি অত্যাবশ্যক।

2. প্রয়োগ: তরল উপাদানগুলির স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য বেশি হলে সাধারণ পাতন এবং পার্থক্য কম হলে আংশিক পাতন ব্যবহার করা হয়।

কেরোসিন ও জল পরস্পর অমিশ্রণীয় এবং এদের ঘনত্ব আলাদা। তাই বিয়োজী ফানেল ব্যবহার করে এদের পৃথক করা হয়। মিশ্রণটি ফানেলে কিছুক্ষণ স্থির রাখলে নিচে জলের স্তর (ভারী) এবং উপরে কেরোসিনের স্তর (হালকা) তৈরি হয়। স্টপকক খুলে জল বের করে নেওয়া হয় এবং কেরোসিন ফানেলে থেকে যায়।

লিবিগ শীতকের কাজ হলো পাতন ফ্লাস্ক থেকে আসা গরম বাষ্পকে ঠান্ডা জলের প্রবাহ দ্বারা শীতল করা। এর ফলে বাষ্প ঘনীভূত হয়ে তরলে (পাতিত) পরিণত হয়, যা গ্রাহক পাত্রে সংগ্রহ করা হয়।

এটি সাধারণ পাতন পদ্ধতিতে পৃথক করা সম্ভব।

কারণ: অ্যাসিটোনের স্ফুটনাঙ্ক 56°C এবং জলের 100°C। এদের স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য (44°C) যথেষ্ট বেশি (25°C-এর বেশি), তাই জটিল আংশিক পাতন স্তম্ভের প্রয়োজন নেই।

বায়ুকে প্রথমে উচ্চ চাপে ও নিম্ন উষ্ণতায় তরলে পরিণত করা হয়। এরপর আংশিক পাতন স্তম্ভে তরল বায়ুকে ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করলে ভিন্ন ভিন্ন স্ফুটনাঙ্ক বিশিষ্ট গ্যাসগুলি (যেমন নাইট্রোজেন, আর্গন, অক্সিজেন) ভিন্ন ভিন্ন উচ্চতায় বা তাপমাত্রায় পৃথক হয়ে যায়।

পাতন ফ্লাস্কে তরল ফোটানোর সময় যাতে হঠাৎ করে জোরে ফুটে বা ছিটকে না ওঠে (Bumping), সেজন্য পোর্সেলিন বা কাচের টুকরো দেওয়া হয়। এটি বুদবুদ সৃষ্টিতে সাহায্য করে এবং সুষম স্ফুটন বজায় রাখে।

যেসব মিশ্রণে একটি উদ্বায়ী (Sublimable) কঠিন পদার্থ এবং একটি অনুদ্বায়ী পদার্থ থাকে, তাদের উত্তপ্ত করলে উদ্বায়ী পদার্থটি সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয়। ঠান্ডা তলে এই বাষ্প জমা হয়ে বিশুদ্ধ কঠিনে পরিণত হয়।
উদাহরণ: বালি ও অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইডের ($NH_4Cl$) মিশ্রণ থেকে অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড পৃথক করা।

কেলাসন: কোনো পদার্থের গাঢ় দ্রবণকে ধীরে ধীরে ঠান্ডা করে বিশুদ্ধ জ্যামিতিক আকারের দানা বা কেলাস তৈরির পদ্ধতি।
সুবিধা: বাষ্পীভবনে তাপ দিলে চিনি বা লবণের মতো কিছু পদার্থ পুড়ে বা নষ্ট হয়ে যেতে পারে, যা কেলাসনে হয় না। এছাড়া কেলাসনে অশুদ্ধিগুলো দ্রবণে থেকে যায়, ফলে বিশুদ্ধ পদার্থ পাওয়া যায়।

সংজ্ঞা: যে পদ্ধতিতে কোনো মিশ্রণের উপাদানগুলি স্থির দশা ও সচল দশার মধ্যে ভিন্ন ভিন্ন অনুপাতে বণ্টিত হয়ে পৃথক হয়ে যায়, তাকে ক্রোমাটোগ্রাফি বলে।
ব্যবহার: কালির বিভিন্ন রঙের রঞ্জক পদার্থ (Dye) পৃথক করতে এবং রক্ত থেকে ড্রাগ শনাক্ত করতে এটি ব্যবহৃত হয়।

সংজ্ঞা: কোনো মিশ্রণকে (মূলত প্রলম্বন বা কলয়ড) দ্রুত ঘূর্ণন গতির সাহায্যে ভারী ও হালকা কণাগুলোকে পৃথক করার পদ্ধতিকে অপকেন্দ্রন বলে।
ব্যবহার: দুধ থেকে ক্রিম বা মাখন আলাদা করতে এবং প্যাথলজি ল্যাবে রক্ত ও মূত্র পরীক্ষায় এটি ব্যবহৃত হয়।

দুটি উপায় আছে:
1. চুম্বক দ্বারা: মিশ্রণের ওপর চুম্বক ধরলে লোহাচূর্ণ আকৃষ্ট হয়ে আলাদা হয়ে যাবে, সালফার পড়ে থাকবে।
2. দ্রাবক দ্বারা: মিশ্রণটিকে কার্বন ডাই-সালফাইড ($CS_2$) দ্রাবকে মেশালে সালফার দ্রবীভূত হয়, কিন্তু লোহা হয় না। পরে ছেঁকে নিলে লোহা আলাদা করা যায়।

অবিশুদ্ধ তুঁতেকে সামান্য অ্যাসিড মিশ্রিত জলে দ্রবীভূত করে গরম সম্পৃক্ত দ্রবণ তৈরি করা হয়। তারপর দ্রবণটি ছেঁকে নিয়ে ধীরে ধীরে ঠান্ডা করলে বিশুদ্ধ কপার সালফেটের কেলাস নিচে জমা হয়। একে কেলাসন পদ্ধতি বলে।

মিশ্রণটিকে একটি বিকার বা বাটিতে নিয়ে উত্তপ্ত করলে উদ্বায়ী ন্যাপথালিন সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয় (ঊর্দ্ধপাতন)। ওপরে রাখা ঠান্ডা ফানেলের গায়ে সেই বাষ্প জমা হয়ে কঠিন ন্যাপথালিন গঠন করে। লবণ পাত্রেই পড়ে থাকে।

না, কালি হলো জল এবং একাধিক রঞ্জক পদার্থের মিশ্রণ।
ক্রোমাটোগ্রাফি কাগজে (ফিল্টার পেপার) অসংখ্য সূক্ষ্ম ছিদ্র থাকে যা কৈশিক নলের মতো কাজ করে। কৈশিক ক্রিয়া (Capillary action)-এর জন্যই জল কাগজের ওপর দিকে উঠে আসে।

সাধারণ জলকে পাতন ফ্লাস্কে ফুটিয়ে বাষ্পে পরিণত করা হয় এবং পরে লিবিগ শীতকের মাধ্যমে সেই বাষ্প ঘনীভূত করে পাতিত জল সংগ্রহ করা হয়।
ব্যবহার: ইনজেকশনের জল তৈরিতে এবং গাড়ির ব্যাটারিতে এটি ব্যবহার করা হয়।

এটি পরিস্রাবণ (Filtration) পদ্ধতি।
না, সাধারণ পরিস্রাবণ পদ্ধতিতে কলয়ডীয় কণা (যেমন দুধ) পৃথক করা যায় না, কারণ কলয়ড কণাগুলো ফিল্টার পেপারের ছিদ্রের চেয়ে ছোট হয় এবং বেরিয়ে যায়।

1. তাপ প্রয়োগ: বাষ্পীভবনে দ্রবণকে ফুটিয়ে শুষ্ক করা হয় (অনেক সময় কঠিন পদার্থ পুড়ে যেতে পারে)। কেলাসনে দ্রবণকে ধীরে ধীরে ঠান্ডা করা হয়।

2. বিশুদ্ধতা: বাষ্পীভবনে অশুদ্ধি কঠিন পদার্থের সাথে মিশে থাকে। কেলাসনে অশুদ্ধিগুলো মাতৃদ্রবণে (Mother liquor) থেকে যায়, ফলে বিশুদ্ধ দানা পাওয়া যায়।

কোনো তরল মিশ্রণকে বা প্রলম্বনকে উচ্চ গতিতে ঘোরালে, মিশ্রণের ভারী কণাগুলি কেন্দ্র থেকে দূরে (নিচের দিকে) সরে যায় এবং হালকা কণাগুলি কেন্দ্রের দিকে (ওপরের দিকে) জমা হয়। দুধ থেকে ক্রিম আলাদা করার সময় হালকা ফ্যাট কণাগুলি ওপরে ভেসে ওঠে।

1. খুব সামান্য পরিমাণ মিশ্রণ থেকেও উপাদানগুলিকে পৃথক ও শনাক্ত করা যায়।

2. যেসব উপাদানের রাসায়নিক ধর্ম প্রায় একই রকম, তাদেরও এই পদ্ধতিতে সহজে আলাদা করা যায়।

ধাপ-১: মিশ্রণে চুম্বক বুলিয়ে লোহার গুড়ো আলাদা করা হবে।

ধাপ-২: অবশিষ্ট মিশ্রণকে (বালি+ন্যাপথালিন) উত্তপ্ত করলে ন্যাপথালিন উবে যাবে (ঊর্দ্ধপাতন) এবং ঠান্ডা তলে জমা হবে।

ধাপ-৩: পাত্রে কেবল বালি পড়ে থাকবে।

1. তরল দুটিকে অবশ্যই পরস্পর অমিশ্রণীয় (Immiscible) হতে হবে (যেমন তেল ও জল)।

2. তরল দুটির ঘনত্বের পার্থক্য থাকতে হবে, যাতে তারা দুটি আলাদা স্তর তৈরি করতে পারে।

বায়ুকে তরলে পরিণত করে আংশিক পাতন স্তম্ভে ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করা হয়। নাইট্রোজেনের স্ফুটনাঙ্ক (-196°C) কম হওয়ায় এটি আগে বাষ্পীভূত হয়ে বেরিয়ে যায় এবং অক্সিজেনের স্ফুটনাঙ্ক (-183°C) বেশি হওয়ায় এটি পরে পৃথক হয়।

সংজ্ঞা: 95.6% ইথাইল অ্যালকোহল এবং 4.4% জলের মিশ্রণকে রেকটিফায়েড স্পিরিট বলে।

পৃথকীকরণ: এতে কলিচুন ($CaO$) যোগ করে পাতন করলে চুন জল শোষণ করে নেয় এবং প্রায় 100% বিশুদ্ধ বা পরম অ্যালকোহল পাওয়া যায়।

বাষ্পীভবন প্রক্রিয়ায় মিশ্রণটিকে তীব্র তাপ দেওয়া হয়। এতে চিনি পুড়ে কালো হয়ে যেতে পারে (Charring of sugar) এবং নষ্ট হয়ে যেতে পারে। তাই এক্ষেত্রে কেলাসন পদ্ধতি বেশি উপযুক্ত।

কাচের গুলিগুলি বাষ্পের সংস্পর্শে আসার জন্য পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল (Surface area) বাড়িয়ে দেয়। ফলে বাষ্প বারবার ঘনীভূত ও বাষ্পীভূত হওয়ার সুযোগ পায়, যা উপাদানগুলোকে বিশুদ্ধভাবে পৃথক করতে সাহায্য করে।

1. পাতিত জলে কোনো আয়ন বা খনিজ লবণ থাকে না, তাই এটি রাসায়নিক বিক্রিয়ায় কোনো বাধা সৃষ্টি করে না।

2. প্রমাণ দ্রবণ (Standard solution) তৈরিতে সঠিক মাত্রা বজায় রাখতে পাতিত জল ব্যবহার করা জরুরি।