এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান বিষয়ের একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন — “CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে কপার ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al₂(SO₄)₃ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al মুক্ত হয় না কেন? অথবা, CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Cu ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al লবণের আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al ধাতু মুক্ত হয় না কেন?” — নিয়ে আলোচনা করব। এই প্রশ্নটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের অষ্টম অধ্যায় “পদার্থের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মসমূহ” -এর “তড়িৎপ্রবাহ ও রাসায়নিক বিক্রিয়া” অংশ থেকে নেওয়া হয়েছে। মাধ্যমিক পরীক্ষা এবং বিভিন্ন চাকরির পরীক্ষায় এই প্রশ্নটি প্রায়ই আসে, তাই এটি শিক্ষার্থীদের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।
CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে কপার ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al₂(SO₄)₃ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al মুক্ত হয় না কেন?
অথবা, CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Cu ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al লবণের আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al ধাতু মুক্ত হয় না কেন?
কপার সালফেটের জলীয় দ্রবণে নিম্নলিখিত বিয়োজন হয়—
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻; H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
এখন কপার তড়িৎদ্বারের সাহায্যে ওই দ্রবণে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে ক্যাথোডে একই সঙ্গে Cu²⁺ এবং H⁺ আয়ন আকর্ষিত হয়। কিন্তু H⁺ অপেক্ষা Cu²⁺ আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা বেশি হওয়ায় Cu²⁺ আয়ন ক্যাথোডে গিয়ে দুটি ইলেকট্রন গ্রহণ করে Cu পরমাণুরূপে মুক্ত হয়।
ক্যাথোড বিক্রিয়া – Cu²⁺ + 2e → Cu (ধাতু)
আবার Al₂(SO₄)₃ -এর জলীয় দ্রবণে নিম্নলিখিত বিয়োজন ঘটে
Al₂(SO₄)₃ → Al³⁺ + SO₄²⁻; H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
Al₂(SO₄)₃ দ্রবণে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে এক্ষেত্রেও ক্যাথোডে একই সঙ্গে Al³⁺ এবং H⁺ আয়ন আকর্ষিত হয়। কিন্তু Al³⁺ অপেক্ষা H⁺ আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা বেশি হওয়ায় H⁺ আয়ন ক্যাথোডে গিয়ে ইলেকট্রন গ্রহণ করে H পরমাণুতে পরিণত হয়। আবার দুটি H পরমাণু পরস্পর যুক্ত হয়ে ক্যাথোডে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। তাই এক্ষেত্রে ক্যাথোডে Al মুক্ত হয় না।
ক্যাথোড বিক্রিয়া – H⁺ + e → H; H + H → H₂(g)
কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নোত্তর
“ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা” বলতে কী বোঝায়?
এটিকে সাধারণত “রিডাকশন বিভব” (Reduction Potential) বা “বৈদ্যুতিক রাসায়নিক শ্রেণি” (Electrochemical Series) এর মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা হয়। যে ধাতুর আয়নের রিডাকশন বিভবের মান বেশি (ধনাত্মক), তার ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতাও বেশি। Cu²⁺/Cu এর রিডাকশন বিভব (E° = +0.34 V) H⁺/H₂ (E° = 0.00 V) এর চেয়ে বেশি ধনাত্মক। তাই Cu²⁺ আয়ন H⁺ আয়নের চেয়ে সহজে ও অগ্রাধিকার সহকারে ইলেকট্রন গ্রহণ করে। অন্যদিকে, Al³⁺/Al এর রিডাকশন বিভব (E° = -1.66 V) H⁺/H₂ এর চেয়ে অনেক বেশি ঋণাত্মক, তাই H⁺ আয়ন Al³⁺ আয়নের চেয়ে অগ্রাধিকার পায়।
CuSO₄ দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে কি একেবারেই হাইড্রোজেন গ্যাস মুক্ত হয় না?
সাধারণত হয় না, কারণ Cu²⁺ আয়নের রিডাকশন বিভব H⁺ আয়নের চেয়ে বেশি ধনাত্মক। তবে, যদি দ্রবণে Cu²⁺ আয়নের ঘনত্ব খুবই কমে যায় এবং তড়িৎ প্রবাহ চালু রাখা হয়, তাহলে শেষ পর্যন্ত H⁺ আয়নও ইলেকট্রন গ্রহণ করে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করতে পারে। কিন্তু প্রাথমিক ও প্রধান বিক্রিয়া হিসেবে কপারই জমা হয়।
Al₂(SO₄)₃ দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে যদি ক্যাথোডে Al মুক্ত না হয়, তাহলে তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে কী হয়?
তড়িৎপ্রবাহ চালনা করলে নিম্নোক্ত বিক্রিয়াগুলো ঘটে —
1. ক্যাথোডে – H⁺ আয়ন কমে গিয়ে H₂ গ্যাস উৎপন্ন হয়। এর ফলে ক্যাথোডের চারপাশের দ্রবণটি ক্ষারকীয় হয়ে ওঠে (OH⁻ আয়নের আধিক্য হয়)।
2. অ্যানোডে – OH⁻ আয়ন জারিত হয়ে অক্সিজেন গ্যাস (O₂) উৎপন্ন হয়।
অর্থাৎ, সার্বিকভাবে দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে জলেরই (H₂O) ভাঙন ঘটে এবং H₂ ও O₂ গ্যাস উৎপন্ন হয়। Al³⁺ আয়ন দ্রবণেই থেকে যায়।
তড়িৎ বিশ্লেষণের সময় ক্যাথোডে কোন আয়নটি প্রথমে মুক্ত হয়?
ক্যাথোডে যে আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা বেশি, সেই আয়নটি প্রথমে বিজারিত হয়ে মুক্ত হয়। CuSO₄-এর ক্ষেত্রে Cu²⁺ আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা H⁺ -এর চেয়ে বেশি, তাই তামা মুক্ত হয়। কিন্তু Al₂(SO₄)₃ -এর ক্ষেত্রে H⁺ আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণের প্রবণতা Al³⁺ -এর চেয়ে বেশি, তাই হাইড্রোজেন গ্যাস মুক্ত হয়।
CuSO₄ দ্রবণের তড়িৎ বিশ্লেষণে ক্যাথোডে হাইড্রোজেন গ্যাস না বেরিয়ে তামা জমা হয় কেন?
কারণ Cu²⁺/Cu জুটির ইলেক্ট্রোড বিভব (+0.34 V) H⁺/H₂ জুটির বিভব (0.00 V) এর চেয়ে বেশি। তাই Cu²⁺ আয়ন H⁺ আয়নের চেয়ে অগ্রাধিকার সহকারে (Preferentially) ইলেকট্রন গ্রহণ করে এবং ক্যাথোডে জমা হয়।
অ্যালুমিনিয়াম লবণের দ্রবণ থেকে তড়িৎ বিশ্লেষণ দ্বারা কীভাবে বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম পাওয়া যায়?
জলীয় দ্রবণে নয়, গলিত অ্যালুমিনা (Al₂O₃) -এর তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে (Hall-Héroult প্রক্রিয়া) বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম পাওয়া যায়। জলীয় দ্রবণে H⁺ আয়নের উপস্থিতির কারণে ক্যাথোডে অ্যালুমিনিয়াম মুক্ত হয় না।
এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান বিষয়ের একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন — “CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে কপার ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al₂(SO₄)₃ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al মুক্ত হয় না কেন? অথবা, CuSO₄ -এর আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Cu ধাতু মুক্ত হয়। কিন্তু Al লবণের আম্লিক দ্রবণের তড়িৎবিশ্লেষণে ক্যাথোডে Al ধাতু মুক্ত হয় না কেন?” — নিয়ে আলোচনা করেছি। এই প্রশ্নটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের অষ্টম অধ্যায় “পদার্থের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মসমূহ” -এর “তড়িৎপ্রবাহ ও রাসায়নিক বিক্রিয়া” অংশ থেকে নেওয়া হয়েছে। মাধ্যমিক পরীক্ষা এবং বিভিন্ন চাকরির পরীক্ষায় এই প্রশ্নটি প্রায়ই আসে, তাই এটি শিক্ষার্থীদের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। আশা করি এই আর্টিকেলটি আপনাদের জন্য উপকারী হয়েছে। আপনাদের কোনো প্রশ্ন বা অসুবিধা থাকলে, আমাদের সাথে টেলিগ্রামে যোগাযোগ করতে পারেন, আমরা উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করব। তাছাড়া, নিচে আমাদের এই পোস্টটি আপনার প্রিয়জনের সাথে শেয়ার করুন, যাদের এটি প্রয়োজন হতে পারে। ধন্যবাদ।
মন্তব্য করুন