সৃজনশীলঃ ‘…’ যশোর বোর্ড ২০১৯ – তড়িৎ রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

লেড স্টোরেজ ব্যাটারি অপেক্ষা লিথিয়াম আয়ন রিচার্জেবল ব্যাটারি সহজে বহনযোগ্য। পক্ষান্তরে লেড স্টোরেজ ব্যাটারির সমপরিমাণ ভোল্টেজ লিথিয়াম স্টোরেজ ব্যাটারি থেকে পাওয়া যায়। তাই যান্ত্রিক গঠন কৌশল অপরিবর্তিত রেখে লেড স্টোরেজ ব্যাটারির পরিবর্তে লিথিয়াম স্টোরেজ ব্যাটারি ব্যবহার করা অনেক বেশি সুবিধাজনক 

প্রদত্ত উদ্দীপকের ক-পাত্রে $250\mathrm{mL}0.5M{M}^{\prime }{\mathrm{SO}}_4$ দ্রবণ বিদ্যমান । ক-পাত্রটি একটি তড়িৎ বিশ্লেষণ কোষকে নির্দেশ করেছে, যেখানে অ্যানোড হিসেবে গ্রাফাইট ব্যবহৃত হয়েছে। গ্রাফাইট অ্যানোড হিসেবে নিষ্ক্রিয় হওয়ায় এটি ক্ষয়প্রাপ্ত হয় না, অর্থাৎ বিক্রিয়ায় অংশ গ্রহণ করে না। কোষটিতে $5000mA$ তড়িৎ প্রবাহ $0.5$ ঘণ্টা যাবৎ চালনা করায় নিম্নোক্তভাবে তড়িৎ বিশ্লেষণ বিক্রিয়া সংঘটিত হয় । 

এখানে
M' এর পারমাণবিক ভর, $M=58.7$
ইলেকট্রনের মোল সংখ্যা, $n=2$
ফ্যারাডে ধ্রুবক, $F=96500C$
তড়িৎ প্রবাহ, $I=5000mA$

$=5A$

সময়, $t=0.5$ ঘণ্টা

$\begin{array}{cc}& =(0.5\times 3600)\sec \\ & =1800\sec \end{array}$

সঞ্চিত ভর, $W=?$ 

আমরা জানি ক্যাথোডে সঞ্চিত ভর, 

$\begin{array}{cc}W& =\mathrm{ZIt}\\ & =\frac{M}{\mathrm{nF}}\mathrm{It}\end{array}$ 

$\begin{array}{cc}& =\frac{58.7\times 5\times 1800}{2\times 96500}g\\ & =2.74g\end{array}$ 

$M^{\prime }{\mathrm{SO}}_4$ যৌগের আণবিক ভর $=(58.7+32+16\times 4)g{\mathrm{mol}}^{-1}$

$=154.7g{\mathrm{mol}}^{-1}$ 

 এখন, 

$58.7g{M}^{\prime }$ থাকে $=154.7g$ ভরের M'SO ${}_4$-এ 

$\therefore 2.74g{M}^{\prime }$ থাকে $=\left(\frac{154.7\times 2.74}{58.7}\right)g{M}^{\prime }{\mathrm{SO}}_4-$ এ 

$\begin{array}{cc}& =7.22g\\ & =\frac{7.22}{154.7}\mathrm{mol}\\ & =0.0466\mathrm{mol}\end{array}$ 

$250\mathrm{mL}0.5M{M}^{\prime }{\mathrm{SO}}_4$ দ্রবণে $M^{\prime }{\mathrm{SO}}_4$ এর পরিমাণ 

$\begin{array}{cc}& =(0.250\times 0.5)\mathrm{mol}\\ & =0.125\mathrm{mol}\end{array}$ 

$\therefore$ দ্রবণে M'SO ${}_4$ এর পরিবর্তিত ঘনমাত্রা $=\frac{0.125-0.0466}{\frac{250}{1000}}$ 

$=0.3136M$ 

উদ্দীপকের পাত্র-ক এ তড়িৎ বিশ্লেষণ প্রক্রিয়াকে বোঝানো হয়েছে; যেখানে পাত্রটি M ধাতু নির্মিত। M ধাতু নির্মিত পাত্রে $M^{\prime }{\mathrm{SO}}_4$  দ্রবণ রাখার ক্ষেত্রে দুটি বিষয়কে বিবেচনায় রাখতে হবে।
i. M ধাতু নির্মিত পাত্রটি অ্যানোড হিসেবে ব্যবহৃত হচ্ছে কিনা।
ii. কোষ বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্ত হচ্ছে কিনা।
এখন (i) ও (ii) নং শর্তমতে কোষ বিক্রিয়াটিকে নিম্নোক্তভাবে প্রকাশ করা যায়। 

$M+M^{\prime 2+}⟶M^{2+}+M^{\prime }$ 

দেওয়া আছে- 

$E_{M^{2+}/M}^{\circ }=-0.77V$ 

বা $E_{M/M^{2+}}^{\circ }=0.77V$
এবং $E_{M^{\prime }/M^{\prime 2+}}^{\circ }=0.23V$
বা $E_{M^{\prime 2+}{M}^{\prime }}^{\circ }=-0.23V$ 

$\therefore$ কোষের তড়িচ্চালক বল, 

$\begin{array}{cc}{E}_{\text{cell }}^{\circ }& =E_{M/M^{2+}}^{\circ }+E_{M^{\prime 2+}/M^{\prime }}^{\circ }\\ & =0.77+(-0.23)\\ & =0.77-0.23\\ & =0.54V\end{array}$ 

যেহেতু $E_{\text{cell }}^{\circ }>0;$ কাজেই কোষ বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে।
অর্থাৎ $M$ ধাতু নির্মিত পাত্রটি অ্যানোড হিসেবে ক্রিয়া করবে। অতএব, পাত্রটি ক্ষয় হতে থাকবে। সুতরাং, ক-পাত্রটি দীর্ঘ সময় ব্যবহার করা যাবে না। কারণ তড়িৎ বিশ্লেষণ প্রক্রিয়াটি বাধাগ্রস্থ হবে।
অপরদিকে উদ্দীপকের পাত্র-খ এ তড়িৎ রাসায়নিক প্রক্রিয়াকে বোঝানো হয়েছে; যেখানে পাত্রটি $M$ ধাতু নির্মিত এবং তড়িৎবিশ্লেষ্যরূপে $M^{\prime \prime }{\mathrm{SO}}_4$  দ্রবণ ব্যবহৃত হয়েছে। $M^{\prime \prime }{\mathrm{SO}}_4$ দ্রবণকে M ধাতু নির্মিত পাত্রে রাখার ক্ষেত্রে দুটি বিষয়কে বিবেচনা করতে হবে।
i. M ধাতু নির্মিত পাত্রটি অ্যানোড হিসেবে ব্যবহৃত হচ্ছে কিনা।
ii. কোষ বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্ত হচ্ছে কিনা।

এখন (i) ও (ii) নং শর্তমতে কোষ বিক্রিয়াটিকে নিম্নোক্তভাবে প্রকাশ করা যায়। 

$M+M^{\prime \prime 2+}⟶M^{2+}+M^{\prime \prime }$ 

দেওয়া আছে- 

$E_{M/M^{2+}}^{\circ }=+0.77V$ 

এবং $E_{M^{\prime \prime 2+}{M}^{\prime \prime }}^{\circ }=+0.34V$ 

$\therefore$ কোষের তড়িচ্চালক বল, 

$\begin{array}{cc}{E}_{\mathrm{ccll}}^{\circ }& =E_{M/M^{2+}}^{\circ }+E_{M^{\prime \prime 2+}{}^{\prime 2+}{M}^{\prime \prime }}^{\circ }\\ & =(0.77+0.34)V\\ & =1.11V\end{array}$ 

যেহেতু $E_{\text{ccll }}^{\circ }>0$; কাজেই কোষ বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে। অর্থাৎ $M$ নির্মিত পাত্রটি এক্ষেত্রে অ্যানোড হিসেবে ক্রিয়া করবে। অতএব পাত্রটি ক্ষয় হতে থাকবে। সুতরাং, পাত্রটি দীর্ঘ সময় ব্যবহার করা যাবে না। একটি নির্দিষ্ট সময় পর কোষ হতে তড়িৎ উৎপাদন বন্ধ হয়ে যাবে।