সৃজনশীলঃ ‘দশম শ্রেণির একদল…’ কুমিল্লা বোর্ড ২০২৪ – রসায়ন ও শক্তি, রসায়ন (এসএসসি)

যে বিক্রিয়া একবার শুরু হলে তা সক্রিয় রাখার জন্য অতিরিক্ত কোনো শক্তির প্রয়োজন হয় না তাকে নিউক্লিয়ার চেইন বিক্রিয়া বলে।

${}_{92}^{235}U+{}_0^{1}n⟶{}_{56}^{141}\mathrm{Ba}+{}_{36}^{92}\mathrm{Kr}+3{}_0^{1}n+$ প্রচুর শক্তি

উপরিউক্ত বিক্রিয়াটি হলো নিউক্লিয়ার চেইন বিক্রিয়া। কারণ এ বিক্রিয়ায় উৎপন্ন নিউট্রনের (3টি) গতি কমানো সম্ভব হলে সেইগুলোর একটি অংশ আবার অন্য ${}_{92}^{235}U$ আইসোটোপকে আঘাত করে। এভাবে আরো নিউট্রন উৎপন্ন হয়। অনুরূপভাবে উৎপন্ন নিউট্রনের একটি অংশ পর্যায়ক্রমে ${}_{92}^{235}U$ আইসোটোপকে আঘাত করে। ফলে নিউট্রন উৎপন্ন হতে থাকে। আর এই চলমান বিক্রিয়াটিই হলো নিউক্লিয়ার চেইন বিক্রিয়া। 

উদ্দীপকের ১ম দলের শিক্ষার্থীর এসিড মিশ্রিত পানির মধ্যে দিয়ে তড়িৎ চালনার পরীক্ষণটি বিক্রিয়াসহ নিম্নে ব্যাখ্যা করা হলো-

এসিড মিশ্রিত পানির তড়িৎ বিশ্লেষণ:

বিশুদ্ধ পানিকে তড়িৎ বিশ্লেষণ করতে তড়িৎ বিশ্লেষণ কোষে নিষ্ক্রিয় ধাতুর অ্যানোড ও ক্যাথোড ব্যবহার করা হয়। এক্ষেত্রে প্লাটিনাম ধাতুর পাত অ্যানোড ও ক্যাথোড হিসেবে ব্যবহার করা হয়। পানি সামান্য পরিমাণে নিম্নরূপে আয়নিত অবস্থায় থাকে :

$4H_{2}O\rightleftharpoons 4H^{+}+4{\mathrm{OH}}^{-}$

পানির বিয়োজন বৃদ্ধি করার জন্য পানিতে কয়েক ফোঁটা সালফিউরিক এসিড যোগ করা হয়।

এখন ব্যাটারির মাধ্যমে বিদ্যুৎ প্রবাহিত করলে অ্যানোড হাইড্রোক্সিল আয়ন $\left({\mathrm{OH}}^{-}\right)$কে আকর্ষণ করে আর ক্যাথোড হাইড্রোজেন আয়নকে $\left(H^{+}\right)$ আকর্ষণ করে। তড়িদ্বার দুইটিতে নিম্নরূপ বিক্রিয়া ঘটে। 

ক্যাথোড তড়িদ্বারে বিক্রিয়া : $4H^{+}+4e^{-}⟶2H_2$ (বিজারণ বিক্রিয়া)

অ্যানোড তড়িৎদ্বারে বিক্রিয়া : $4{\mathrm{OH}}^{-}⟶O_2+2H_{2}O+4e^{-}$(জারণ বিক্রিয়া)

অর্থাৎ ক্যাথোডে হাইড্রোজেন গ্যাস আর অ্যানোডে অক্সিজেন গ্যাস উৎপন্ন হয় ।

উদ্দীপকের ২য় দলের শিক্ষার্থীরা দস্তা ও তামার তড়িৎদ্বার এবং প্রয়োজনীয় উপকরণ ব্যবহার করে তড়িৎ উৎপাদনের কৌশল নিম্নে বিশ্লেষণ করা হলো-

উদ্দীপকের অপর দলের শিক্ষার্থীদের তথ্যকে বিক্রিয়া আকারে সম্পূর্ণ করে পাই,

$\mathrm{Zn}+{\mathrm{CuSO}}_4⟶{\mathrm{ZnSO}}_4+\mathrm{Cu}$

বা, $\mathrm{Zn}\left(s\right)+{\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)⟶{\mathrm{Zn}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{Cu}\left(s\right)$

প্রদত্ত বিক্রিয়াটির বিক্রিয়ক ও উৎপাদ পদার্থসমূহকে ব্যবহার করে বিদ্যুৎশক্তি উৎপন্ন করা যায়।

ক্যাথোড হিসেবে একটি পাত্রে কপার দণ্ড কপার সালফেটের জলীয় দ্রবণে ডুবানো থাকে। একে $\mathrm{Cu}/{\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ দ্বারা প্রকাশ করা হয়। অন্য পাত্রে অ্যানোড হিসেবে জিংক দণ্ড জিংক সালফেটের জলীয় দ্রবণে ডুবানো থাকে। একে Zn/Zn ${}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ হিসেবে প্রকাশ করা হয়। $\mathrm{Zn}/{\mathrm{Zn}}^{2+}$ ও ${\mathrm{Cu}}^{2+}/\mathrm{Cu}$ তড়িৎদ্বার দুটির পরোক্ষ সংযোগে ড্যানিয়েল কোষ গঠনের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপাদনের কৌশল বর্ণনা করা হলো :

ড্যানিয়েল কোষে ক্যাথোড হিসেবে সাধারণত $\mathrm{Cu}\mid {\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ ধাতু/ধাতব আয়ন তড়িৎদ্বার ও অ্যানোড হিসেবে $\mathrm{Zn}\mid {\mathrm{Zn}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ ধাতু/ধাতব আয়ন তড়িৎদ্বার ব্যবহৃত হয়। পাত্রদ্বয়ের দ্রবণের মধ্যে সংযোগ স্থাপনের জন্য নিষ্ক্রিয় তড়িৎবিশ্লেষ্য $\left(KCl\right)$ দ্রবণপূর্ণ $U-$ আকৃতির টিউব দ্রবণদ্বয়ের মধ্যে ডুবানো হয়। এবার যদি তারের সাহায্যে তড়িৎদ্বার দুটিকে সংযুক্ত করা হয়, তাহলে নিম্নোক্ত জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে ।

অর্থাৎ $Zn$ অ্যানোড নিজে ইলেকট্রন ছেড়ে বিয়োজিত (dissolution) হয়ে দ্রবণে ${\mathrm{Zn}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ আয়ন হিসেবে দ্রবীভূত হবে। অপরদিকে, দ্রবণের ${\mathrm{Cu}}^{2+}\left(\mathrm{aq}\right)$ আয়ন ক্যাথোড থেকে ইলেকট্রন গ্রহণ করে ধাতব $Cu$ হিসেবে ক্যাথোড জমা হবে। প্রকৃতপক্ষে, অ্যানোডে উৎপন্ন ইলেকট্রন তারের মাধ্যমে ক্যাথোডে পৌঁছে ইলেকট্রনের সমতা রক্ষা করে। তাহলে তার দিয়ে তড়িৎদ্বার দুটিকে সংযুক্ত করলেই অ্যানোড থেকে ক্যাথোডে ইলেকট্রন প্রবাহের সৃষ্টি হবে। ইলেকট্রন প্রবাহ মানেই বিদ্যুৎ প্রবাহ। সুতরাং, ড্যানিয়েল কোষের তড়িৎদ্বারদ্বয়কে লবণ সেতু ও তারের মাধ্যমে পরোক্ষভাবে যুক্ত করা হলে কোষে তড়িৎ প্রবাহিত হবে।