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

ইথাইন $(\mathrm{CH}\equiv \mathrm{CH})$ অণুতে কার্বন-কার্বন ত্রিবন্ধন বিদ্যমান, যার ফলে কার্বন পরমাণুদ্বয় $sp$ সংকরিত অবস্থায় থাকে।

$sp$ সংকর অরবিটালে '$s$' বৈশিষ্ট্যের পরিমাণ সবচেয়ে বেশি $\left(50\%\right)$, যা $s{p}^2$$\left(33.3\%\right)$ এবং $s{p}^3$$\left(25\%\right)$ এর চেয়ে অধিক। '$s$' অরবিটাল নিউক্লিয়াসের সবচেয়ে কাছাকাছি থাকায়, $sp$ সংকরিত কার্বন পরমাণু এর সাথে যুক্ত হাইড্রোজেন পরমাণুর শেয়ারকৃত ইলেকট্রন যুগলকে নিজের দিকে প্রবলভাবে আকর্ষণ করে। এর ফলে $C-H$ বন্ধনটি অত্যন্ত পোলার হয়ে পড়ে। তাই ইথাইন তীব্র ক্ষার (যেমন: সোডিয়াম বা সোডামাইড) এর সাথে বিক্রিয়াকালে সহজেই প্রোটন ${\text{(H}}^{+})$ দান করতে পারে। প্রোটন ত্যাগের এই প্রবণতার কারণেই ইথাইন মৃদু অম্লধর্মীতা প্রদর্শন করে।

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

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

অতএব, ১নং পাত্রের $\text{A}-$গ্যাসটি হলো কার্বন ডাইঅক্সাইড ${\text{(CO}}_2)$।

দেওয়া আছে,

১নং পাত্রে ${\text{CO}}_2$ গ্যাসের ভর, $\text{W}=20\text{ g}$

তাপমাত্রা, $\text{T}={25}^{\circ }\text{C}=(25+273)\text{K}=298\text{K}$

${\text{CO}}_2$ এর মোলার ভর, $\text{M}=12+(16\times 2)=44{\text{ g mol}}^{-1}$

মোলার গ্যাস ধ্রুবক, $\text{R}=8.314{\text{ J K}}^{-1}{\text{mol}}^{-1}$

আমরা জানি, কোনো গ্যাসের মোট গতিশক্তি,

$E_k=\frac{3}{2}\mathrm{nRT}=\frac{3}{2}\left(\frac{W}{M}\right)\mathrm{RT}$

মান বসিয়ে পাই,

$E_k=\frac{3}{2}\times \left(\frac{20}{44}\right)\times 8.314\times 298$

$E_k=1.5\times 0.4545\times 8.314\times 298$

$E_k=1688.75\text{ J}$

অতএব, ১নং পাত্রের গ্যাসের গতিশক্তি $1688.75\text{ J}$।

উদ্দীপক হতে পাই, $\text{B}$-গ্যাসটি পটাশিয়াম ক্লোরেট ${\text{(KClO}}_3)$ এর তাপীয় বিয়োজনে পাওয়া যায়।

বিক্রিয়া: $2{\text{KClO}}_3\left(s\right)\stackrel{\Delta }{\to }2\text{KCl}\left(s\right)+3{\text{O}}_2\left(g\right)$

অতএব, ২নং পাত্রের $\text{A}-$গ্যাসটি হলো অক্সিজেন ${\text{(O}}_2)$, যা একটি বাস্তব গ্যাস।

আদর্শ গ্যাসের সমন্বয় সমীকরণটি হলো $\mathrm{PV}=\mathrm{nRT}$। কিন্তু ২নং পাত্রের অক্সিজেন গ্যাস এই সমীকরণটি পুরোপুরি মেনে চলে না, কারণ গ্যাসের গতিতত্ত্বে দুটি ত্রুটিপূর্ণ স্বীকার্য ছিল:

১. গ্যাস অণুগুলোর নিজস্ব আয়তন পাত্রের মোট আয়তনের তুলনায় নগণ্য।

২. গ্যাস অণুগুলোর মধ্যে কোনো আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বা বিকর্ষণ বল নেই।

বাস্তব গ্যাস অক্সিজেনের ক্ষেত্রে অণুগুলোর নিজস্ব একটি আয়তন আছে এবং এদের মধ্যে ভ্যান ডার ওয়ালস আকর্ষণ বল বিদ্যমান। তাই বিজ্ঞানী ভ্যান ডার ওয়ালস আয়তন ও চাপ সংশোধনের মাধ্যমে আদর্শ গ্যাস সমীকরণের পরিবর্তিত রূপ প্রদান করেন, যা ২নং পাত্রের গ্যাসের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য হবে।

১. আয়তন সংশোধন:

অক্সিজেন অণুগুলোর নিজস্ব আয়তন থাকায় এদের অবাধ বিচরণের জন্য পাত্রের মোট আয়তন $\text{(V)}$ পুরোপুরি পাওয়া যায় না। $\text{n}$ মোল গ্যাসের জন্য অণুগুলোর নিজস্ব আয়তন $\text{nb}$ হলে, গ্যাসের সংশোধিত বা কার্যকরী আয়তন হবে $(V-\mathrm{nb})$। (এখানে $b$ হলো ১ মোল গ্যাসের পরিহার্য আয়তন)।

২. চাপ সংশোধন:

অক্সিজেন অণুগুলোর মধ্যে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল থাকায়, অণুগুলো পাত্রের দেয়ালে আদর্শ গ্যাসের তুলনায় কম চাপ প্রয়োগ করে। তাই আদর্শ চাপ নির্ণয়ে পরিমাপকৃত চাপের $\text{(P)}$ সাথে একটি সংশোধনী মান যোগ করতে হয়, যা গ্যাসের ঘনমাত্রার বর্গের সমানুপাতিক। $\text{n}$ মোল গ্যাসের জন্য সংশোধিত চাপ হবে $(P+\frac{{\mathrm{an}}^2}{V^2})$। (এখানে $a$ হলো আন্তঃআণবিক আকর্ষণের ধ্রুবক)।

সংশোধিত আয়তন ও সংশোধিত চাপকে আদর্শ গ্যাস সমীকরণে $(\mathrm{PV}=\mathrm{nRT})$ বসালে ২নং পাত্রের বাস্তব গ্যাস অক্সিজেনের জন্য পরিবর্তিত সমীকরণটি পাওয়া যায়:

$(P+\frac{{\mathrm{an}}^2}{V^2})(V-\mathrm{nb})=\mathrm{nRT}$

এটিই ভ্যান ডার ওয়ালস সমীকরণ, যা ২নং পাত্রের গ্যাসের ক্ষেত্রে আদর্শ গ্যাসের সমন্বয় সমীকরণের পরিবর্তিত ও সঠিক রূপ।