সৃজনশীলঃ ‘Fe/Fe++(0.13M)‖Ag+(0.0004M)∣AgT=25∘C,EFe++/Fe∘=−0.44 VE∘Ag++Ag=+0.80 V…’ কুমিল্লা বোর্ড ২০১৭ – তড়িৎ রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

শিল্প কারখানার ময়লা ও গন্ধযুক্ত পানি ব্যাপকভাবে পরিবেশ দূষণ ঘটায় এবং নানান রকমের রোগব্যাধি ছড়ায়। তাই জনগণের স্বাস্থ্য রক্ষা এবং পরিবেশ সংরক্ষণের জন্য এসব তরল শিল্প বর্জ্যকে নির্গত হতে দেওয়ার আগে নানা প্রক্রিয়ায় দূষণমুক্ত করা প্রয়োজন। আমরা তরল বা গ্যাস অর্থাৎ প্রবাহমান পদার্থকে Effluent বলে থাকি। এসব তরল বর্জ্য তথা Effluent কে দূষণমুক্ত করার জন্যই শিল্পে ETP বা Effluent Treatment Plant ব্যবহার করা হয়।

প্রদত্ত কোষ বিক্রিয়া :
অ্যানোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া : $\mathrm{Fe}⟶{\mathrm{Fe}}^{2+}+2e$
ক্যাথোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া : $2{\mathrm{Ag}}^{+}+2e⟶2\mathrm{Ag}$

কোষ বিক্রিয়া : $\mathrm{Fe}+2{\mathrm{Ag}}^{+}⟶{\mathrm{Fe}}^{2+}+2\mathrm{Ag}$ 

প্রদত্ত ${\mathrm{Fe}}^{2+}$ আয়নের ঘনমাত্রা $\left[{\mathrm{Fe}}^{2+}\right]=0.13M$

${\mathrm{Ag}}^{+}$ আয়নের ঘনমাত্রা $\left[{\mathrm{Ag}}^{+}\right]=0.0004M$

অ্যানোডের প্রমাণ জারণ বিভব $E_{\mathrm{Fe}/{\mathrm{Fe}}^{2+}}=0.44V$

ক্যাথোডের প্রমাণ বিজারণ বিভব $E_{{\mathrm{Ag}}^{+}/{\mathrm{Ag}}_g}=+0.80V$

বিক্রিয়ায় স্থানান্তরিত ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা $n=2$

তাপমাত্রা $T=25+273=298K$

কোষের তড়িচ্চালক বল, $E_{\text{cell }}=$ ?
নার্নস্ট এর সমীকরণ থেকে আমরা জানি,

$E_{\text{cell }}=E_{\text{cell }}^{\circ }-\frac{\mathrm{RT}}{\mathrm{nF}}\ln \frac{\left[{\mathrm{Fe}}^{2+}\right]}{{\left[{\mathrm{Ag}}^{+}\right]}^2}$
$=(E^{\circ }{\mathrm{FefFe}}^{2+}+E_{{\mathrm{Ag}}^{+}/\mathrm{Ag}})-\frac{2.303\times 8.316\times 298}{2\times 96500}\log \frac{\left[{\mathrm{Fe}}^{2+}\right]}{{\left[{\mathrm{Ag}}^{+}\right]}^2}$
$=(0.44+0.80)-\frac{0.0591}{2}\log \frac{\left(0.13\right)}{(0.0004{)}^2}$
$=1.24-0.02955\times 5.91=1.065V$
$E_{\text{cell }}=1.06V$

$\therefore$ কোষটির তড়িচ্চালক বল $1.06V$ ।

উদ্দীপকের অর্ধকোষ দুইটি প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িদ্দ্বারের সাথে যুক্ত করে তাতে পরিলক্ষিত পরিবর্তন চিত্রসহ বর্ণনা করা হলো-

১. $\mathrm{Fe}/{\mathrm{Fe}}^{2+}$ এর ক্ষেত্রে :

অ্যানোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া : $\mathrm{Fe}⟶{\mathrm{Fe}}^{2+}+2e^{-}$
ক্যাথোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া : $2H^{+}+2e^{-}⟶H_2$

${\mathrm{Fe}}^{2+}$ এর ঘনমাত্রা $=0.13M$

$H^{+}$এর ঘনমাত্রা $=1M$

চিত্র : তড়িৎকোষ প্রদত্ত কোষে স্থানান্তরিত ইলেকট্রনের সংখ্যা n=2
$\therefore E_{\text{cell }}=E^{\circ }\text{ cell }-\frac{\mathrm{RT}}{\mathrm{nF}}\ln \frac{\left[1\right]}{\left[0.13\right]}$
$=-0.44-\frac{8.314\times 298}{2\times 96500}\ln \frac{\left[1\right]}{\left[0.13\right]}$

[যেহেতু প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িদ্ দ্বার বিভব শূন্য]
$=-0.44-0.026$
$\therefore E_{\text{cell }}=-0.414V$

২. ${Ag}^{+}/Ag$এর ক্ষেত্রে :

অ্যানোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া $\frac{1}{2}{H}_2\left(g\right)\rightleftharpoons H^{+}\left(\mathrm{aq}\right)+e$
ক্যাথোড অর্ধকোষ বিক্রিয়া ${\mathrm{Ag}}^{+}+e⟶\mathrm{Ag}$
${\mathrm{Ag}}^{+}$এর ঘনমাত্রা $=0.0004M$
$H^{+}$এর ঘনমাত্রা =1 M

প্রদত্ত কোষে স্থানান্তরিত ইলেকট্রনের সংখ্যা n = 1
$\therefore E_{\text{cell }}=E_{\text{cell }}^{\circ }-\frac{\mathrm{RT}}{\mathrm{nF}}\ln \frac{\left[0.0004\right]}{\left[1\right]}$
$=0.80-\frac{8.314\times 298}{1\times 96500}\ln \frac{\left[0.0004\right]}{\left[1\right]}$
$=0.80+0.20$
$\therefore E_{\text{cell }}=+1V$
উপরোক্ত কোষদ্বয় হতে বলা যায় যে, ১ম কোষের তড়িচ্চালক বল হলো $0.414V$ এবং ২য় কোষের তড়িচ্চালক বল হলো $1V$। ১ম কোষের অ্যানোড হলো আয়রন এবং ক্যাথোড হলো হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বার। আবার ২য় কোষের ক্ষেত্রে অ্যানোড হলো হাইড্রোজেন এবং ক্যাথোড হলো সিলভার তড়িৎদ্বার। ১ম কোষের ক্ষেত্রে তড়িৎ প্রবাহিত হবে হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বার হতে আয়রন তড়িৎদ্বারের দিকে এবং ২য় কোষের ক্ষেত্রে বিপরীত ঘটনা ঘটবে।