সৃজনশীলঃ ‘N2(g)+H2( g)→200 atm450∘C,FeX→CO2Y…’ ঢাকা সিটি কলেজ ২০২৬ – অর্থনৈতিক রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

ফুয়েল সেল হচ্ছে এমন একটি তড়িৎ রাসায়নিক কোষ যার মাধ্যমে হাইড্রোজেন অথবা হাইড্রোজেনঘটিত জ্বালানিকে সরাসরি বৈদ্যুতিক শক্তি ও তাপে পরিণত করা হয়। এখানে উৎপাদ হিসেবে জলীয়বাষ্প ছাড়া আর কোনো পরিবেশ দূষণকারী ক্ষতিকর বর্জ্য উৎপাদিত হয় না। এজন্য ফুয়েল সেলকে পরিবেশবান্ধব বলা হয়।

X ও Y যৌগটি চিহ্নিত করতে উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি সম্পূর্ণ করি।

এ গ্যাস মিশ্রণকে কার্বনেট দ্রবণে শোষণ করে CO₂ অপসারিত করা হয়। অবশিষ্ট গ্যাসকে ( N₂, H₂, CO) কপার লিকারের ভিতর দিয়ে চালনা করে CO অপসারিত হয়। অবশিষ্ট গ্যাসে  1:3 অণুপাতে N₂ ও H₂ বর্তমান থাকে যা 1000 atm চাপে ফিল্টার বক্সের মধ্যে চালনা করা হয়। ফলে ভেজাল পৃথক হয়ে যায়। বিশুদ্ধ গ্যাস মিশ্রণকে 3000 atm চাপে প্রভাবক উদ্দীপকসহ 500°C তাপমাত্রায় চালনা করলে NH3 উৎপন্ন হয়। একে ঘনীভূত করা হয়।

$N_2+3H_2\underset{{500}^{\circ }C,\mathrm{Fe}}{\stackrel{300\mathrm{atm}}{⟶}}2{\mathrm{NH}}_3$

CO₂ শোষিত কার্বোনেট দ্রবণকে উত্তপ্ত করে CO₂ কে পৃথক করে নেয়া হয়। তরল CO₂ ও তরল NH₃ বিক্রিয়ার মাধ্যমে ইউরিয়া উৎপন্ন হয়।

$2{\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{CO}}_2\leftrightarrows {\mathrm{NH}}_4{\mathrm{CO}}_2{\mathrm{NH}}_2$

$N{H}_2\stackrel{\stackrel{O}{\parallel }}{C}ON{H}_4\rightleftharpoons N{H}_2\stackrel{\stackrel{O}{\parallel }}{C}H{N}_2+H_{2}O$

উদ্দীপকের X হলো ${\mathrm{NH}}_3$ (গ থেকে পাই)। নিচে সর্বোচ্চ ${\mathrm{NH}}_3$ উৎপাদনের শর্তসমূহ বিশ্লেষণ করা হলো-

এক মোল নাইট্রোজেন $\left(N_2\right)$ ও তিন মোল হাইড্রোজেন $\left(H_2\right)$ এর বিক্রিয়ায় দুই মোল অ্যামোনিয়া $\left({\mathrm{NH}}_3\right)$ উৎপন্ন হয়।

$N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\rightleftharpoons 2{\mathrm{NH}}_3\left(g\right);\Delta H=-92\mathrm{kJ}$

তাপমাত্রার প্রভাব: বিক্রিয়াটি থেকে দেখা যায় এটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া। এক্ষেত্রে তাপমাত্রা হ্রাস করলে এ. হ্রাসের ফলাফল প্রশমিত করার জন্য লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে সাম্যাবস্থার অবস্থান ডান দিকে সরে গিয়ে ${\mathrm{NH}}_3$ উৎপাদন বৃদ্ধি করবে। কিন্তু নিম্ন তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার গতিবেগের হ্রাস পায় বলে ${\mathrm{NH}}_3$ উৎপাদনের হার কমে যায়।' তাই খুব নিম্ন নয় আবার খুব উচ্চ নয় এমন অত্যানুকূল তাপমাত্রায় (450° - 500°)C বিক্রিয়াটিকে পরিচালনা করা হয়। এ তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার হারকে আরও বৃদ্ধি করার জন্য প্রভাবক হিসেবে Fe এবং প্রভাবক সহায়ক হিসেবে Mo কে ব্যবহার করা হয়।

চাপের প্রভাব:${\mathrm{NH}}_3$ উৎপাদনে সাম্য বিক্রিয়া হতে দেখা যায়, এক মোল $N_2$ ও তিন মোল $H_2$ এর বিক্রিয়ায় দুই মোল ${\mathrm{NH}}_3$ উৎপন্ন হয়েছে। অর্থাৎ বিক্রিয়াটিতে আয়তনের সংকোচন ঘটে। লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে চাপ প্রয়োগের ফলে আয়তনের হ্রাস করে সাম্যের অবস্থান ডান দিকে সরে যায় অর্থাৎ ${\mathrm{NH}}_3$ এর উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। এক্ষেত্রে 200 বায়ুচাপ প্রয়োগ করে সর্বোচ্চ পরিমাণ ${\mathrm{NH}}_3$ উৎপাদন করা সম্ভব হয়।

প্রভাবকের প্রভাব : উভমুখী বিক্রিয়ায় প্রভাবকের সম্মুখ এবং বিপরীত উভয় বিক্রিয়াকেই সমানভাবে প্রভাবিত করে বলে রাসায়নিক সাম্যের কোনো পরিবর্তন ঘটায় না। কিন্তু প্রভাবক বিক্রিয়ার বেগ বাড়িয়ে দ্রুত সাম্যাবস্থা আনে সেজন্য উপযুক্ত চাপে 550°C তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার বেগ যথেষ্ট বাড়ে এবং অ্যামোনিয়ার উৎপাদন দ্রুত হয়।

ঘনমাত্রার প্রভাব : লা শ্যাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী, বিক্রিয়ক পদার্থগুলোর ঘনমাত্রা বাড়ালে এবং বিক্রিয়াজাত পদার্থের ঘনমাত্রা কমালে সম্মুখ বিক্রিয়া হয়। এ বিক্রিয়ায় যদি অ্যামোনিয়ার ঘনমাত্রা কমানো হয় তবে বিক্রিয়াটি সম্মুখের দিকে হয়। সেজন্য অ্যামোনিয়া উৎপন্ন হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে বিক্রিয়া প্রকোষ্ঠ থেকে সরিয়ে ফেলা হয়। ফলে বিক্রিয়া সম্মুখ দিকে হতে থাকে এবং অ্যামোনিয়ার উৎপাদন বৃদ্ধি পায়।