ক) ভরক্রিয়া সূত্রটি লেখ।
নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় যেকোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ার হার ওই মুহূর্তে উপস্থিত বিক্রিয়কসমূহের সক্রিয় ভরের (বা মোলার ঘনমাত্রার) সমানুপাতিক। বিক্রিয়াটিতে একাধিক বিক্রিয়ক থাকলে বিক্রিয়ার হার বিক্রিয়কসমূহের সক্রিয় ভরের গুণফলের সমানুপাতিক হয়।
খ) ফ্লোরিন সর্বাধিক তড়িৎ ঋণাত্মক মৌল কেন?
তড়িৎ ঋণাত্মকতার মান পরমাণুর আকার এবং নিউক্লিয়াসের আধান বা প্রোটন সংখ্যার ওপর নির্ভর করে। পর্যায় সারণির একই পর্যায়ে বাম থেকে ডানে গেলে পরমাণুর আকার হ্রাস পায় এবং নিউক্লিয়াসের প্রোটন সংখ্যা বৃদ্ধি পাওয়ায় তড়িৎ ঋণাত্মকতা বৃদ্ধি পায়। আবার একই গ্রুপের ওপর থেকে নিচে গেলে পরমাণুর আকার বৃদ্ধি পাওয়ায় তড়িৎ ঋণাত্মকতা হ্রাস পায়।
ফ্লোরিন পর্যায় সারণির ২য় পর্যায়ের গ্রুপ-১৭ (হ্যালোজেন গ্রুপ) এর প্রথম মৌল। ২য় পর্যায়ের মৌলসমূহের মধ্যে ফ্লোরিনের আকার সবচেয়ে ছোট এবং এর নিউক্লিয়াসে ৯টি প্রোটন থাকায় এটি বন্ধন জোড়ের ইলেকট্রনকে নিজের দিকে সবচেয়ে তীব্রভাবে আকর্ষণ করতে পারে। ক্ষুদ্রতম পারমাণবিক ব্যাসার্ধ এবং উচ্চ আধান ঘনত্বের কারণে পলিং স্কেলে ফ্লোরিনের তড়িৎ ঋণাত্মকতার মান সর্বোচ্চ ($4.0$) হয়। এই কারণেই ফ্লোরিন পর্যায় সারণির সর্বাধিক তড়িৎ ঋণাত্মক মৌল।
গ) উদ্দীপকের বিক্রিয়াটির জন্য $K_p$ এর রাশিমালা প্রতিষ্ঠা কর।
উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি হলো: $\text{A}_2(g) + 3\text{B}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{AB}_3(g)$
ধরি, প্রাথমিক অবস্থায় বিক্রিয়ক $\text{A}_2$ এর মোল সংখ্যা $= 1$ এবং $\text{B}_2$ এর মোল সংখ্যা $= 3$।
সাম্যাবস্থায় $\text{A}_2$ এর বিয়োজনের মাত্রা $= \alpha$
এবং সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়া পাত্রের মোট প্রয়োজনীয় চাপ $= P$
বিক্রিয়াটির প্রাথমিক ও সাম্যাবস্থার মোল সংখ্যার হিসাব নিম্নরূপ:
$\quad\quad\quad\quad\quad\quad \text{A}_2(g) + 3\text{B}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{AB}_3(g)$
প্রাথমিক অবস্থা: $\quad\quad 1 \quad\quad\quad\quad 3 \quad\quad\quad\quad 0$
সাম্যাবস্থা: $\quad\quad\quad 1-\alpha \quad\quad\quad 3-3\alpha \quad\quad\quad 2\alpha$
সাম্যাবস্থায় গ্যাস মিশ্রণের মোট মোল সংখ্যা, $\Sigma n = (1 - \alpha) + (3 - 3\alpha) + 2\alpha$
$=> \Sigma n = 4 - 4\alpha + 2\alpha = 4 - 2\alpha = 2(2 - \alpha)$
ডাল্টনের আংশিক চাপ সূত্রানুসারে সাম্যাবস্থায় উপাদানসমূহের আংশিক চাপ:
$p_{\text{A}_2} = \frac{1 - \alpha}{2(2 - \alpha)} \cdot P$
$p_{\text{B}_2} = \frac{3(1 - \alpha)}{2(2 - \alpha)} \cdot P$
$p_{\text{AB}_3} = \frac{2\alpha}{2(2 - \alpha)} \cdot P = \frac{\alpha}{2 - \alpha} \cdot P$
আমরা জানি, বিক্রিয়াটির সাম্যধ্রুবক ($K_p$):
$K_p = \frac{(p_{\text{AB}_3})^2}{p_{\text{A}_2} \cdot (p_{\text{B}_2})^3}$
আংশিক চাপের মানসমূহ বসিয়ে পাই:
$K_p = \frac{\left( \frac{\alpha}{2 - \alpha} \cdot P \right)^2}{\left( \frac{1 - \alpha}{2(2 - \alpha)} \cdot P \right) \cdot \left( \frac{3(1 - \alpha)}{2(2 - \alpha)} \cdot P \right)^3}$
$=> K_p = \frac{\frac{\alpha^2 P^2}{(2 - \alpha)^2}}{\frac{(1 - \alpha) P}{2(2 - \alpha)} \cdot \frac{27(1 - \alpha)^3 P^3}{8(2 - \alpha)^3}}$
$=> K_p = \frac{\frac{\alpha^2 P^2}{(2 - \alpha)^2}}{\frac{27(1 - \alpha)^4 P^4}{16(2 - \alpha)^4}}$
$=> K_p = \frac{\alpha^2 P^2}{(2 - \alpha)^2} \cdot \frac{16(2 - \alpha)^4}{27(1 - \alpha)^4 P^4}$
$=> K_p = \frac{16\alpha^2(2 - \alpha)^2}{27(1 - \alpha)^4 P^2}$
উত্তর: উদ্দীপকের বিক্রিয়াটির $K_p$ এর রাশিমালা হলো $K_p = \frac{16\alpha^2(2 - \alpha)^2}{27(1 - \alpha)^4 P^2}$।
ঘ) উদ্দীপকের বিক্রিয়ায় উৎপাদের পরিমাণ লা-শাতেলিয়ার নীতি প্রয়োগ করে নিয়ন্ত্রণ করা যায়— বিশ্লেষণ কর।
উদ্দীপকের গ্যাসীয় বিক্রিয়াটি হলো: $\text{A}_2(g) + 3\text{B}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{AB}_3(g); \Delta H = -92.38 \text{ kJ}$
বিক্রিয়াটি একটি উভমুখী তাপোৎপাদী বিক্রিয়া এবং এখানে বিক্রিয়ক ও উৎপাদের মোল সংখ্যার পরিবর্তন ঘটে। লা-শাতেলিয়ারের নীতি (Le Chatelier's Principle) প্রয়োগ করে তাপমাত্রা, চাপ ও ঘনমাত্রা পরিবর্তনের মাধ্যমে এই বিক্রিয়ায় উৎপাদ $\text{AB}_3$ এর পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ ও সর্বোচ্চ করা সম্ভব। নিচে এর বিশ্লেষণ দেওয়া হলো:
১. তাপমাত্রার প্রভাব:
প্রদত্ত বিক্রিয়াটির সম্মুখী অংশটি তাপোৎপাদী ($\Delta H = \text{-ve}$)। লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে, সাম্যাবস্থায় তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে সিস্টেমের অতিরিক্ত তাপ শোষণ করার জন্য বিক্রিয়াটি পশ্চাৎমুখী হবে এবং উৎপাদের পরিমাণ হ্রাস পাবে। বিপরীতক্রমে, যদি বিক্রিয়াস্থল থেকে তাপমাত্রা হ্রাস করা হয়, তবে সাম্যাবস্থা বজায় রাখার জন্য বিক্রিয়াটি সম্মুখ দিকে অগ্রসর হবে এবং আরও উৎপাদ $\text{AB}_3$ তৈরি করবে। তাই উৎপাদের পরিমাণ বাড়াতে কম তাপমাত্রা প্রয়োজন (শিল্পক্ষেত্রে বিক্রিয়ার গতি সচল রাখতে $450^\circ\text{C}-500^\circ\text{C}$ অত্যানুকূল তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয়)।
২. চাপের প্রভাব:
বিক্রিয়াটির বামপক্ষে গ্যাসীয় বিক্রিয়কের মোট মোল সংখ্যা $= 1 + 3 = 4$
ডানপক্ষে গ্যাসীয় উৎপাদের মোট মোল সংখ্যা $= 2$
যেহেতু সম্মুখী বিক্রিয়ায় মোল সংখ্যা হ্রাস পায় ($\Delta n = 2 - 4 = -2 < 0$), সেহেতু লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী সাম্যাবস্থায় চাপ বৃদ্ধি করলে সিস্টেমের আয়তন হ্রাস পাবে এবং চাপ কমানোর লক্ষ্যে বিক্রিয়াটি বেশি মোলের দিক থেকে কম মোলের দিকে অর্থাৎ সম্মুখ অভিমুখে ধাবিত হবে। এর ফলে উৎপাদ $\text{AB}_3$ এর পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পাবে।
৩. ঘনমাত্রার প্রভাব:
সাম্যাবস্থায় বাহির থেকে বিক্রিয়ক $\text{A}_2$ ও $\text{B}_2$ এর ঘনমাত্রা বৃদ্ধি করলে অথবা উৎপন্ন উৎপাদ $\text{AB}_3$ কে ঘনীভূত করে বিক্রিয়া পাত্র থেকে ক্রমাগত অপসারণ করলে লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী সাম্যাবস্থা ডানদিকে স্থানান্তরিত হয়। ফলে অধিক পরিমাণে উৎপাদ পাওয়া যায়।
উপসংহার:
অতএব, গাণিতিক ও তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ থেকে দেখা যায় যে, নিম্ন তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ এবং বিক্রিয়কের আধিক্য বজায় রেখে লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী উদ্দীপকের বিক্রিয়াটিতে উৎপাদের পরিমাণ সফলভাবে নিয়ন্ত্রণ ও বৃদ্ধি করা সম্ভব।