সৃজনশীলঃ ‘(A গ্যাসটি চুনাপাথরের…’ Combined ২০২৬ – পরিবেশ রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

লেড স্টোরেজ ব্যাটারি অপেক্ষা লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি বেশি সুবিধাজনক হওয়ার প্রধান কারণগুলো হলো:

১. উচ্চ শক্তি ঘনত্ব ($\text{Energy density}$): লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব অনেক বেশি, ফলে এটি আকারে ছোট ও হালকা হয়েও অনেক বেশি পরিমাণ শক্তি সরবরাহ করতে পারে।

২. উচ্চ কোষ বিভব: লেড স্টোরেজ ব্যাটারির প্রতিটি কোষের বিভব প্রায় $2.0\text{ V}$ হয়ে থাকে, যেখানে লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির কোষ বিভব প্রায় $3.7\text{ V}$ পর্যন্ত হয়।

৩. দীর্ঘায়ু ও কার্যকারিতা: লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির চার্জ ধারণ ক্ষমতা বেশি এবং এটি লেড স্টোরেজ ব্যাটারির তুলনায় অধিকবার চার্জ-ডিসচার্জ ($\text{Life cycle}$) করা যায়। এর রক্ষণাবেক্ষণ খরচও তুলনামূলক কম।

উদ্দীপক হতে পাই, $\text{B}$ গ্যাসটি $\text{FeS}$$[$আয়রন $\left(\mathrm{II}\right)$ সালফাইড$]$ এর জারণে পাওয়া যায়।

বিক্রিয়াটি হলো:

$4\text{FeS}+7{\text{O}}_2⟶2{\text{Fe}}_2{\text{O}}_3+4{\text{SO}}_2$

অতএব, $\text{B}$ গ্যাসটি হলো সালফার ডাইঅক্সাইড ${\text{(SO}}_2)$ এবং উৎপন্নকারী মাতৃযৌগটি হলো $\text{FeS}$।

$($উল্লেখ্য : যেহেতু প্রশ্নে গ্যাস উৎপাদনের কোনো নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপের উল্লেখ নেই, তাই প্রমাণ অবস্থা বা $\text{STP}$ ধরে হিসাব করা হলো।$)$

$\text{FeS}$ এর মোলার ভর $=55.85+32=87.85{\text{ g mol}}^{-1}$

${\text{SO}}_2$ এর মোলার ভর $=32+(16\times 2)=64{\text{ g mol}}^{-1}$

বিক্রিয়ার সমতাকৃত সমীকরণ হতে দেখা যায়, $4\text{ mol FeS}\equiv 4{\text{ mol SO}}_2$

অর্থাৎ, $1\text{ mol FeS}\equiv 1{\text{ mol SO}}_2$

এসটিপি $\text{(STP)}-$তে $1{\text{ mol SO}}_2$ গ্যাসের আয়তন $=22.4\text{ L}=22400\text{ mL}$

অতএব, $22400{\text{ mL SO}}_2$ গ্যাস উৎপন্ন করতে $\text{FeS}$ প্রয়োজন $=87.85\text{ g}$

সুতরাং, $250{\text{ mL SO}}_2$ গ্যাস উৎপন্ন করতে $\text{FeS}$ প্রয়োজন $=\frac{87.85\times 250}{22400}\text{ g}=0.9805\text{ g}$

অতএব, $\text{250 mL B}$ গ্যাস উৎপন্ন করতে প্রয়োজনীয় মাতৃযৌগের পরিমাণ $0.9805\text{ g}$।

উদ্দীপক হতে পাই, $\text{A}$ গ্যাসটি চুনাপাথর (${\text{CaCO}}_3$) এর বিয়োজনে পাওয়া যায়।

${\text{CaCO}}_3\left(s\right)\stackrel{\Delta }{\to }\text{CaO}\left(s\right)+{\text{CO}}_2\left(g\right)$

অতএব, $\text{A}$ গ্যাসটি হলো কার্বন ডাইঅক্সাইড (${\text{CO}}_2$)। এর আণবিক ভর, $M_A=44{\text{ g mol}}^{-1}$

'গ' হতে পাই, $\text{B}$ গ্যাসটি হলো সালফার ডাইঅক্সাইড (${\text{SO}}_2$)। এর আণবিক ভর, $M_B=64{\text{ g mol}}^{-1}$

আমরা জানি, সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক, $Z=\frac{PV}{nRT}=\frac{PVM}{WRT}$ (যেহেতু মোল সংখ্যা $n=\frac{W}{M}$)

মোলার গ্যাস ধ্রুবক, $R=0.0821{\text{ L atm K}}^{-1}{\text{mol}}^{-1}$

$\text{A}$ গ্যাসের ক্ষেত্রে (পাত্র-১ হতে):

চাপ, $P_A=24.63\text{ atm}$

আয়তন, $V_A=1.0{\text{ dm}}^3=1.0\text{ L}$

তাপমাত্রা, $T_A={27}^{\circ }\text{C}=(27+273)\text{ K}=300\text{ K}$

ভর, $W_A=11.0\text{ g}$

$\text{A}$ গ্যাসের সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক,

$Z_A=\frac{24.63\times 1.0\times 44}{11.0\times 0.0821\times 300}$

$=\frac{1083.72}{270.93}$

$=4.0$

$\text{B}$ গ্যাসের ক্ষেত্রে (পাত্র-২ হতে):

চাপ, $P_B=50\text{ atm}$

আয়তন, $V_B=0.35\text{ L}$

তাপমাত্রা, $T_B=300\text{ K}$

ভর, $W_B=64.0\text{ g}$

$\text{B}$ গ্যাসের সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক,

$Z_B=\frac{50\times 0.35\times 64}{64.0\times 0.0821\times 300}$

$=\frac{1120}{1576.32}$

$=0.7105$

গাণিতিক বিশ্লেষণ ও মতামত:

কোনো বাস্তব গ্যাসের সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক $Z<1$ হলে বুঝতে হবে গ্যাসটিতে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বলের প্রভাব বেশি। ফলে গ্যাসটি আদর্শ গ্যাসের চেয়ে বেশি সংকুচিত হয় এবং একে সহজে তরলে পরিণত করা যায়। অন্যদিকে, $Z>1$ হলে গ্যাসটিতে আন্তঃআণবিক বিকর্ষণ বলের প্রভাব বেশি থাকে, ফলে গ্যাসটি সহজে সংকুচিত হতে চায় না এবং তরলে পরিণত করা কঠিন হয়। যেহেতু গাণিতিক বিশ্লেষণ হতে প্রাপ্ত $Z_B$ ($0.7105$) $<1$ এবং $Z_A$ ($4.0$) $>1$, তাই স্পষ্টতই $\text{A}$ গ্যাস (${\text{CO}}_2$) অপেক্ষা $\text{B}$ গ্যাস (${\text{SO}}_2$)-কে অধিক সহজে তরলে পরিণত করা যাবে।

সুতরাং তরলীকরণের সম্ভাব্যতার ক্রম হবে: $\text{B}>\text{A}$।