অষ্টম শ্রেণী: পরিবেশ ও বিজ্ঞান, অধ্যায় – 2.4 তড়িতের রাসায়নিক প্রভাব, ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর মান 3
অধ্যায় 2.4: তড়িতের রাসায়নিক প্রভাব
(ব্যাখ্যামূলক প্রশ্নোত্তর – 3 নম্বর)
[Image demonstrating the basic mechanism of electrolysis with ions moving towards oppositely charged electrodes]
1. তড়িৎবিশ্লেষণ (Electrolysis) কাকে বলে? তড়িৎবিশ্লেষণ প্রক্রিয়ার মূল নীতিটি সংক্ষেপে ব্যাখ্যা করো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
সংজ্ঞা: গলিত বা জলে দ্রবীভূত অবস্থায় তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থের মধ্য দিয়ে সমপ্রবাহ বা ডাইরেক্ট কারেন্ট (DC) চালনা করে পদার্থটিকে রাসায়নিকভাবে ভেঙে সম্পূর্ণ নতুন ধর্মবিশিষ্ট পদার্থ উৎপন্ন করার পদ্ধতিকে তড়িৎবিশ্লেষণ বলে।
মূল নীতি: তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থটি গলিত বা দ্রবীভূত অবস্থায় ধনাত্মক ক্যাটায়ন (+) এবং ঋণাত্মক অ্যানায়নে (-) ভেঙে যায়। দ্রবণের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ চালনা করলে, ক্যাটায়নগুলি নেগেটিভ পাত বা ক্যাথোডের দিকে যায় এবং সেখান থেকে ইলেকট্রন গ্রহণ করে (বিজারণ) নিস্তরিৎ পরমাণুতে পরিণত হয়। অন্যদিকে, অ্যানায়নগুলি পজিটিভ পাত বা অ্যানোডের দিকে যায় এবং সেখানে ইলেকট্রন বর্জন করে (জারণ) নিস্তরিৎ পরমাণুতে পরিণত হয়। এভাবেই পদার্থটি ভেঙে নতুন পদার্থ তৈরি হয়।
2. অ্যাসিড মিশ্রিত জলের তড়িৎবিশ্লেষণ পদ্ধতিটি ক্যাথোড ও অ্যানোডের রাসায়নিক বিক্রিয়াসহ ব্যাখ্যা করো।
উত্তর দেখো
উত্তর: বিশুদ্ধ জল তড়িতের কুপরিবাহী হওয়ায় এতে সামান্য অ্যাসিড (যেমন লঘু $H_2SO_4$) মেশানো হয়। এর ফলে জল বিশ্লিষ্ট হয়ে $H^+$ এবং $OH^-$ আয়নে পরিণত হয়।
জলের বিয়োজন: $H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-$
ক্যাথোডে বিক্রিয়া (বিজারণ): ধনাত্মক $H^+$ আয়নগুলি ক্যাথোডে গিয়ে ইলেকট্রন গ্রহণ করে হাইড্রোজেন পরমাণু তৈরি করে। দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু যুক্ত হয়ে হাইড্রোজেন গ্যাস ($H_2$) তৈরি করে।
$H^+ + e^- \rightarrow H$
$H + H \rightarrow H_2\uparrow$
অ্যানোডে বিক্রিয়া (জারণ): ঋণাত্মক $OH^-$ আয়নগুলি অ্যানোডে গিয়ে ইলেকট্রন বর্জন করে $OH$ মূলক তৈরি করে। 4 টি $OH$ মূলক যুক্ত হয়ে 2 অণু জল এবং 1 অণু অক্সিজেন গ্যাস ($O_2$) তৈরি করে।
$OH^- \rightarrow OH + e^-$
$4OH \rightarrow 2H_2O + O_2\uparrow$
[Image showing the electroplating of a spoon with silver highlighting the electrolyte and electrodes]
3. তড়িৎলেপন (Electroplating) কাকে বলে? একটি লোহার চামচের ওপর রুপোর প্রলেপ দেওয়ার জন্য ক্যাথোড, অ্যানোড এবং তড়িৎবিশ্লেষ্য হিসেবে কী কী ব্যবহার করবে তা লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর:
সংজ্ঞা: তড়িৎবিশ্লেষণ প্রক্রিয়ার সাহায্যে কোনো সস্তা বা বেশি সক্রিয় ধাতুর তৈরি জিনিসের ওপর অপেক্ষাকৃত কম সক্রিয় বা মূল্যবান ধাতুর (যেমন— সোনা, রুপো) প্রলেপ দেওয়ার পদ্ধতিকে তড়িৎলেপন বলে।
লোহার চামচে রুপোর প্রলেপ দেওয়ার শর্ত:
1. ক্যাথোড (নেগেটিভ মেরু): লোহার চামচটিকে (যাতে প্রলেপ দেওয়া হবে) ক্যাথোড হিসেবে ব্যবহার করতে হবে।
2. অ্যানোড (পজিটিভ মেরু): বিশুদ্ধ রুপোর পাতটিকে (যার প্রলেপ দেওয়া হবে) অ্যানোড হিসেবে ব্যবহার করতে হবে।
3. তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণ: পটাশিয়াম আর্জেন্টোসায়ানাইডের ($K[Ag(CN)_2]$) জলীয় দ্রবণ ব্যবহার করতে হবে।
4. তড়িৎবিশ্লেষণ পদ্ধতিতে অবিশুদ্ধ তামাকে (Copper) কীভাবে পরিশোধন (Purification) করা হয় তা ক্যাথোড ও অ্যানোডের বিক্রিয়াসহ লেখো।
উত্তর দেখো
উত্তর: তামা পরিশোধনের জন্য:
ক্যাথোড: বিশুদ্ধ তামার একটি খুব পাতলা পাত।
অ্যানোড: অবিশুদ্ধ তামার একটি মোটা পাত।
তড়িৎবিশ্লেষ্য: সামান্য সালফিউরিক অ্যাসিড ($H_2SO_4$) মিশ্রিত কপার সালফেটের ($CuSO_4$) দ্রবণ।
বিক্রিয়া:
অ্যানোডে (জারণ): তড়িৎ চালনা করলে অবিশুদ্ধ পাত থেকে তামার পরমাণুগুলি 2 টি করে ইলেকট্রন ছেড়ে দিয়ে $Cu^{2+}$ আয়ন হিসেবে দ্রবণে মিশতে থাকে।
$Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$
ক্যাথোডে (বিজারণ): দ্রবণ থেকে $Cu^{2+}$ আয়নগুলি ক্যাথোডের দিকে যায় এবং সেখান থেকে 2 টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে বিশুদ্ধ ধাতব তামা ($Cu$) হিসেবে ক্যাথোডের গায়ে জমা হতে থাকে।
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$
এর ফলে অ্যানোড পাতটি ক্রমশ ক্ষয়ে যায় এবং ক্যাথোড পাতটি ক্রমশ মোটা ও বিশুদ্ধ হয়।
5. ধাতব পরিবাহী (Metallic conductor) এবং তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থের (Electrolyte) তড়িৎ পরিবহনের মধ্যে তিনটি মূল পার্থক্য সারণির সাহায্যে লেখো।
উত্তর দেখো
| বিষয় | ধাতব পরিবাহী (যেমন তামা, লোহা) | তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থ (যেমন $NaCl$ দ্রবণ) |
|---|---|---|
| ১. তড়িৎ পরিবহনকারী কণা | ধাতুর মধ্য দিয়ে কেবল মুক্ত ইলেকট্রনগুলি তড়িৎ পরিবহন করে। | দ্রবণের মধ্য দিয়ে মুক্ত আয়নগুলি (ক্যাটায়ন ও অ্যানায়ন) তড়িৎ পরিবহন করে। |
| ২. ভৌত অবস্থা | এরা সাধারণত কঠিন অবস্থায় (ব্যতিক্রম পারদ) তড়িৎ পরিবহন করে। | এরা কেবল গলিত বা জলীয় দ্রবণে দ্রবীভূত অবস্থাতেই তড়িৎ পরিবহন করে। |
| ৩. রাসায়নিক পরিবর্তন | তড়িৎ পরিবহনের ফলে ধাতব পরিবাহীর কোনো রাসায়নিক পরিবর্তন হয় না। | তড়িৎ পরিবহনের ফলে পদার্থটি রাসায়নিকভাবে ভেঙে সম্পূর্ণ নতুন পদার্থ উৎপন্ন করে। |
[Image showing practical applications of electrolysis: electroplating, metal extraction, and metal refining]
6. দৈনন্দিন জীবনে এবং শিল্পক্ষেত্রে তড়িৎবিশ্লেষণের (Electrolysis) প্রধান তিনটি ব্যবহারিক প্রয়োগ (Applications) উল্লেখ করো।
উত্তর দেখো
উত্তর: শিল্পক্ষেত্রে ও দৈনন্দিন জীবনে তড়িৎবিশ্লেষণের প্রধান তিনটি প্রয়োগ হলো:
1. তড়িৎলেপন (Electroplating): লোহা বা তামার মতো সস্তা ধাতুর জিনিসের ওপর মর্চে পড়া রোধ করতে এবং উজ্জ্বলতা বাড়াতে সোনা, রুপো, নিকেল বা ক্রোমিয়ামের মতো কম সক্রিয় ধাতুর প্রলেপ দেওয়া হয়।
2. ধাতু নিষ্কাশন (Extraction of metals): অ্যালুমিনিয়াম ($Al$), সোডিয়াম ($Na$), পটাশিয়াম ($K$)-এর মতো অত্যন্ত সক্রিয় ধাতুগুলিকে কার্বন বিজারণ পদ্ধতিতে নিষ্কাশন করা যায় না। এদের আকরিক গলিয়ে তড়িৎবিশ্লেষণের মাধ্যমে এদের নিষ্কাশন করা হয়।
3. ধাতু পরিশোধন (Purification of metals): আকরিক থেকে নিষ্কাশিত অবিশুদ্ধ তামা ($Cu$), রুপো ($Ag$), সোনা ($Au$) ইত্যাদি ধাতুকে তড়িৎবিশ্লেষণ পদ্ধতিতে 100% বিশুদ্ধ করা হয়।
[Image comparing the concentration of free ions in strong versus weak electrolytes in an aqueous solution]
7. তীব্র (Strong) এবং মৃদু (Weak) তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থের মধ্যে প্রধান তিনটি পার্থক্য সারণির সাহায্যে লেখো।
উত্তর দেখো
| বিষয় | তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্য (Strong Electrolyte) | মৃদু তড়িৎবিশ্লেষ্য (Weak Electrolyte) |
|---|---|---|
| ১. বিয়োজন মাত্রা | এরা জলীয় দ্রবণে প্রায় সম্পূর্ণভাবে (100%) বিশ্লিষ্ট হয়ে আয়নে পরিণত হয়। | এরা জলীয় দ্রবণে খুব আংশিকভাবে বিশ্লিষ্ট হয়ে আয়নে পরিণত হয়। |
| ২. তড়িৎ পরিবাহিতা | দ্রবণে আয়নের সংখ্যা প্রচুর থাকায় এরা খুব ভালোভাবে তড়িৎ পরিবহন করে। | দ্রবণে আয়নের সংখ্যা কম থাকায় এরা খুব মৃদুভাবে তড়িৎ পরিবহন করে। |
| ৩. উদাহরণ | খাদ্যলবণ ($NaCl$), সালফিউরিক অ্যাসিড ($H_2SO_4$)। | অ্যাসিটিক অ্যাসিড ($CH_3COOH$), অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($NH_4OH$)। |
8. তড়িৎবিশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় সর্বদা সমপ্রবাহ (DC) ব্যবহার করা হয়, কিন্তু পরিবর্তী প্রবাহ (AC) ব্যবহার করা হয় না কেন? বৈজ্ঞানিক কারণ ব্যাখ্যা করো।
উত্তর দেখো
উত্তর: তড়িৎবিশ্লেষণ সফলভাবে ঘটার জন্য দ্রবণের ক্যাটায়নগুলিকে নির্দিষ্টভাবে একটি তড়িৎদ্বারে (ক্যাথোড) এবং অ্যানায়নগুলিকে অপর একটি নির্দিষ্ট তড়িৎদ্বারে (অ্যানোড) যেতে হয়।
সমপ্রবাহ বা ব্যাটারির কারেন্ট (DC) ব্যবহার করলে তড়িৎদ্বার দুটির মেরু (পজিটিভ এবং নেগেটিভ) সব সময় নির্দিষ্ট থাকে, ফলে আয়নগুলি একটি নির্দিষ্ট দিকে প্রবাহিত হতে পারে।
কিন্তু পরিবর্তী প্রবাহ (AC) ব্যবহার করলে তড়িৎদ্বার দুটির মেরু বা পোলারিটি প্রতি মুহূর্তে খুব দ্রুত (যেমন সেকেন্ডে 50 বার) বদলাতে থাকে। এর ফলে দ্রবণের আয়নগুলি দিকভ্রষ্ট হয়ে কোনো নির্দিষ্ট তড়িৎদ্বারের দিকে পৌঁছাতে পারে না। ফলস্বরূপ, কোনো নির্দিষ্ট তড়িৎদ্বারে গ্যাস বা ধাতু জমা হয় না এবং তড়িৎবিশ্লেষণ প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণ ব্যর্থ হয়।
9. গ্যালভানাইজেশন (Galvanization) কী? এর প্রধান উদ্দেশ্য কী? এই প্রক্রিয়ায় ক্যাথোড ও অ্যানোড হিসেবে কী কী ব্যবহার করা হয়?
উত্তর দেখো
উত্তর:
সংজ্ঞা: তড়িৎলেপন পদ্ধতির সাহায্যে লোহা বা ইস্পাতের তৈরি জিনিসের ওপর জিংক ($Zn$) বা দস্তার একটি প্রতিরক্ষামূলক প্রলেপ দেওয়ার বিশেষ পদ্ধতিকে গ্যালভানাইজেশন বলে।
উদ্দেশ্য: এর প্রধান উদ্দেশ্য হলো লোহাকে জল এবং বাতাসের অক্সিজেনের হাত থেকে রক্ষা করে মর্চে ধরা (Rusting) নিবারণ করা। জিংক একটি শক্ত আবরণ তৈরি করে লোহার ক্ষয় রোধ করে।
তড়িৎদ্বার:
1. ক্যাথোড: যে লোহার জিনিসটির ওপর প্রলেপ দেওয়া হবে (যেমন— লোহার বালতি বা পাইপ)।
2. অ্যানোড: বিশুদ্ধ জিংক ($Zn$) বা দস্তার পাত।
10. কঠিন অবস্থায় সোডিয়াম ক্লোরাইড ($NaCl$) তড়িৎ পরিবহন করে না, কিন্তু জলে দ্রবীভূত করলে তা সুপরিবাহী হয় কেন?
উত্তর দেখো
উত্তর: সোডিয়াম ক্লোরাইড ($NaCl$) হলো একটি আয়নীয় যৌগ, যা সোডিয়াম ক্যাটায়ন ($Na^+$) এবং ক্লোরাইড অ্যানায়ন ($Cl^-$) দ্বারা গঠিত।
কঠিন অবস্থায় এই আয়নগুলি একটি সুনির্দিষ্ট কেলাসের মধ্যে তীব্র স্থির-তাড়িতিক আকর্ষণ বলের (Electrostatic force) প্রভাবে একে অপরের সাথে খুব শক্তভাবে আবদ্ধ থাকে। এদের কোনো স্বাধীন বা মুক্ত চলাচল থাকে না। যেহেতু তড়িৎ পরিবহনের জন্য মুক্ত আয়নের প্রয়োজন, তাই এরা কঠিন অবস্থায় তড়িৎ পরিবহন করে না।
কিন্তু যখন $NaCl$ কে জলে দ্রবীভূত করা হয়, তখন জলের অণুগুলির প্রভাবে ওই আয়নগুলি নিজেদের মধ্যকার আকর্ষণ বল ছিন্ন করে সম্পূর্ণ মুক্ত অবস্থায় দ্রবণে ছড়িয়ে পড়ে ($Na^+$ এবং $Cl^-$ হিসেবে)। এই স্বাধীন ও মুক্ত আয়নগুলিই দ্রবণের মধ্য দিয়ে সহজে তড়িৎ পরিবহন করতে সক্ষম হয়।
শেয়ার