Chemistry chapter 9: Balance of Acid-Base

নবম অধ্যায়

এসিড-ক্ষারক সমতা

(Balance of Acid-Base)

Figure: অনেক ফলই খানিকটা এসিডধর্মী

রসায়ন গবেষণাগারে আমরা নানা ধরনের যৌগ ব্যবহার করে থাকি। তাদের মধ্যে এসিড, ক্ষারক আর লবণ অন্যতম। রসায়নের শিক্ষার্থী হিসেবে তোমাদেরকেও এসিড, ক্ষারক এবং লবণ সম্পর্কে জানতে হবে। ল্যাবরেটরিতে আমরা পরীক্ষা-নিরীক্ষা করার জন্য গাঢ় এসিড বা গাঢ় ক্ষারের পরিবর্তে লঘু এসিড বা লঘু ক্ষারই বেশি ব্যবহার করে থাকি। খাদ্যের মাধ্যমে আমরা এসিড, ক্ষারক ও লবণ পেয়ে থাকি, যা আমাদের শরীরের জন্য আবশ্যক। এসিডকে ক্ষারক দ্বারা প্রশমিত করে লবণ তৈরি করা হয় অথবা ক্ষারককে এসিড দ্বারা প্রশমিত করে লবণ তৈরি করা হয়। কোনো দ্রবণ এসিডধর্মী না ক্ষারধর্মী তা আমরা ল্যাবরেটরিতে বিভিন্ন পরীক্ষার মাধ্যমে জানতে পারি। এদের মধ্যে লিটমাস পরীক্ষা, $\text{pH}$ মান পরীক্ষা সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়। প্রয়োজনীয় এসব এসিড, ক্ষারক এবং লবণ আমাদের পরিবেশকে আবার বিভিন্নভাবে দূষিতও করছে। এসব বিষয়ই এই অধ্যায়ে আলোচনা করা হবে।

Printed page 207

এ অধ্যায় পাঠ শেষে আমরা

• অম্ল, ক্ষার ও লবণের বৈশিষ্ট্য ব্যাখ্যা করতে পারব।
• পরিচিত পরিবেশের পদার্থগুলোর মধ্য থেকে অম্ল, ক্ষার ও লবণকে শনাক্ত করতে পারব।
• ক্ষারক ও ক্ষার জাতীয় পদার্থের পার্থক্য করতে পারব।
• ব্যবহার্য পদার্থের ওপর অম্ল ও ক্ষারের প্রভাব বর্ণনা করতে পারব।
• গৃহস্থালি পদার্থের ওপর অম্ল ও ক্ষার জাতীয় দ্রব্যের প্রভাবের আর্থিক গুরুত্ব মূল্যায়ন করতে পারব।
• $\text{pH}$ এর ধারণা ব্যাখ্যা করতে পারব।
• $\text{pH}$ পরিমাপের গুরুত্ব ব্যাখ্যা করতে পারব।
• পরিবেশের ভারসাম্য রক্ষায় অম্ল-ক্ষার সমতার গুরুত্ব অনুধাবন করতে পারব।
• এসিড বৃষ্টির কারণ, ক্ষতিকর দিকসমূহ এবং তা থেকে রক্ষার উপায় ব্যাখ্যা করতে পারব।
• পানিচক্র ব্যাখ্যা করতে পারব।
• পানির খরতা ব্যাখ্যা করতে পারব।
• খর পানি ব্যবহারের সুবিধাসমূহ উল্লেখ করতে পারব।
• খর পানি ব্যবহারের আর্থিক ক্ষতি ব্যাখ্যা করতে পারব।
• পানি দূষণের কারণ ও পরিশোধনের উপায়সমূহ বর্ণনা করতে পারব।
• আর্সেনিকযুক্ত পানি পানের ক্ষতিকর দিক উল্লেখ করতে পারব।
• $\text{pH}$ পরিমাপের মাধ্যমে গৃহের/ল্যাবের/লবণাক্ত পানির প্রকৃতি নির্ণয় করতে পারব।
• যৌগসমূহের দ্রবণের $\text{pH}$ মান নির্ণয় করে বা লিটমাস বা ইউনিভার্সাল ইন্ডিকেটর ব্যবহার করে যৌগের প্রকৃতি তুলনা (এসিড, ক্ষার) করতে পারব।
• দূষণমুক্ত পানি ব্যবহারে আগ্রহ প্রদর্শন করতে পারব।
• এসিড সন্ত্রাসের ভয়াবহ দিক সম্পর্কে সচেতনতার পরিচয় দিতে পারব এবং অন্যদের সচেতন করতে করতে পারব।
• ব্যবহার্য পদার্থের ওপর অম্ল ও ক্ষারের প্রভাব পরীক্ষার মাধ্যমে দেখাতে পারব।
• অম্ল ও ক্ষার জাতীয় পদার্থ ব্যবহারের ক্ষেত্রে যথাযথ ব্যবহারের পূর্ব সতর্কতামূলক ব্যবস্থা গ্রহণ করতে পারব।

Printed page 208

৯.১ এসিড (Acid)

রাসায়নিক দ্রব্যাদির মধ্যে এসিড খুবই গুরুত্বপূর্ণ। এসিড এক ধরনের গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক দ্রব্য যা পানিতে দ্রবীভূত করলে এসিডের অণু বিয়োজিত হয়ে (ভেঙে) হাইড্রোজেন আয়ন বা প্রোটন ($\text{H}^+$) দান করে। যেমন— হাইড্রোক্লোরিক এসিড ($\text{HCl}$), সালফিউরিক এসিড ($\text{H}_2\text{SO}_4$) এরা তীব্র এসিড অতএব, এরা জলীয় দ্রবণে নিম্নরূপে বিয়োজিত হয়:

$\mathrm{HCl(aq)} \longrightarrow \mathrm{H^+(aq)} + \mathrm{Cl^-(aq)}$

$\mathrm{H_2SO_4(aq)} \longrightarrow \mathrm{2H^+(aq)} + \mathrm{SO_4^{2-}(aq)}$

কার্বনিক এসিড ($\mathrm{H_2CO_3}$), এসিটিক এসিড ($\mathrm{CH_3COOH}$) এরা মৃদু এসিড। এরা জলীয় দ্রবণে নিম্নরূপে বিয়োজিত হয়।

$\mathrm{H_2CO_3(aq)} \rightleftharpoons \mathrm{2H^+(aq)} + \mathrm{CO_3^{2-}(aq)}$

$\mathrm{CH_3COOH(aq)} \rightleftharpoons \mathrm{H^+(aq)} + \mathrm{CH_3COO^-(aq)}$

$\mathrm{HCl}$ ও $\mathrm{H_2SO_4}$ এর ক্ষেত্রে বিয়োজন বোঝাতে একটিমাত্র তির চিহ্ন ব্যবহার করা হয়েছে। এর অর্থ হলো $\mathrm{HCl}$ ও $\mathrm{H_2SO_4}$ পানিতে সম্পূর্ণ ($100\%$) বিয়োজিত হয়। তাই এ ধরনের এসিডকে তীব্র এসিড বা সবল এসিড বলে। অন্য দুইটি এসিড $\mathrm{CH_3COOH}$ ও $\mathrm{H_2CO_3}$ এর বিয়োজন বোঝাতে উভমুখী তির চিহ্ন ($\rightleftharpoons$) ব্যবহার করা হয়েছে। অর্থাৎ এরা পানিতে আংশিক বিয়োজিত হয়। তাই এ ধরনের এসিডকে মৃদু এসিড বা দুর্বল এসিড বলে। উদাহরণ হিসেবে বলা যায়, $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় $1000$টি $\mathrm{CH_3COOH}$ অণুর মধ্যে পানিতে মাত্র $4$টি অণু বিয়োজিত হয়। বাকি $996$টি অণু অবিয়োজিত অবস্থায়ই পানিতে থেকে যায়। এসিড ও পানির দ্রবণে এসিডের পরিমাণ যদি বেশি থাকে তবে তাকে গাঢ় এসিড বলে। আবার, এসিডের জলীয় দ্রবণে পানির পরিমাণ যদি এসিডের তুলনায় অনেক বেশি হয় তবে তাকে লঘু এসিড বলে। এসিড টক স্বাদযুক্ত। তোমরা নিশ্চয় তেঁতুল খেয়েছ, যা খুব টক। তেঁতুলের ভিতরে টারটারিক এসিড থাকে। তাই তেঁতুল এত টক। এসিড দ্রবণ নীল রঙের লিটমাস পেপারকে লাল রঙের লিটমাস পেপারে রূপান্তরিত করে।

এসিড ধাতব অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ ও পানি উৎপন্ন করে।

$\mathrm{CaO} + 2\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{CaCl_2} + \mathrm{H_2O}$

ক্যালসিয়াম অক্সাইড (ধাতব অক্সাইড) + হাইড্রোক্লোরিক এসিড (এসিড) ⟶ ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (লবণ) + পানি

Printed page 209

এসিড সক্রিয় ধাতুর সাথে বিক্রিয়া করে লবণ ও হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করে।

$2\mathrm{Na} + 2\mathrm{HCl} \longrightarrow 2\mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2}$

সোডিয়াম (ধাতু) + হাইড্রোক্লোরিক এসিড (এসিড) ⟶ সোডিয়াম ক্লোরাইড (লবণ) + হাইড্রোজেন গ্যাস

আমরা প্রতিদিন অনেক খাবার গ্রহণ করি যেগুলোর মাঝে বিভিন্ন ধরনের এসিড থাকে। যেমন—দুধের মধ্যে ল্যাকটিক এসিড, সফট ড্রিংকসে কার্বনিক এসিড, কমলালেবু বা লেবুতে সাইট্রিক এসিড, তেঁতুলে টারটারিক এসিড, ভিনেগারে ইথানয়িক এসিড, চায়ে ট্যানিক এসিড ইত্যাদি। এই খাদ্যগুলো যখন আমরা খাই তখন খাদ্যের মাধ্যমে সংশ্লিষ্ট এসিডগুলো আমাদের শরীরে প্রবেশ করে। এসিডগুলো আমাদের খাদ্য পরিপাকে সাহায্য করে এবং শরীরের রোগ প্রতিরোধ করে। আবার, আচারজাতীয় অনেক এসিডযুক্ত খাদ্য আছে যেগুলো আমাদের খাওয়ার রুচি বৃদ্ধি করে। এসব এসিড খুবই দুর্বল প্রকৃতির হওয়ায় এগুলো আমাদের শরীরের ক্ষতি করে না। আবার, এগুলো খেতে টক স্বাদযুক্ত। আমাদের পাকস্থলীর দেয়াল থেকে হাইড্রোক্লোরিক এসিড উৎপন্ন হয়। এটি অত্যন্ত শক্তিশালী এসিড। এটি পাকস্থলীতে খাদ্যকণা ভাঙতে ব্যবহৃত হয়। কিন্তু অনেক সময় দেখা যায় পাকস্থলীর দেয়াল থেকে অতিরিক্ত হাইড্রোক্লোরিক এসিড ($\mathrm{HCl}$) নিঃসরিত হয়ে তা পাকস্থলীর দেয়ালের কোষগুলোকে ভাঙতে শুরু করে। আবার, খাদ্য গ্রহণ না করে ক্ষুধার্ত অবস্থায় থাকলে অর্থাৎ পাকস্থলী খালি রাখলে নিঃসরিত হাইড্রোক্লোরিক এসিড ($\mathrm{HCl}$) পাকস্থলীর দেয়ালের কোষগুলোকে ভেঙে সেখানে ক্ষতের সৃষ্টি করে। ফলে পেটে ব্যথা শুরু হয়। এ অবস্থাকে আমরা পেপটিক আলসার বলি। কাজেই যেসব খাদ্য খেলে অতিরিক্ত এসিড নিঃসরিত হয় সেগুলো পরিহার করতে হবে। আবার, বেশি সময় ধরে পেট খালি রাখাও পরিহার করতে হবে। এ অধ্যায়ে এসিডের আরও ধর্ম এবং তাদের ব্যবহার সম্পর্কে জানতে পারবে।

৯.১.১ লঘু এসিডের ধর্মসমূহ ও এদের পরীক্ষামূলক প্রমাণ

(i) স্বাদ: সকল লঘু এসিড টক স্বাদযুক্ত। আমরা ইতঃপূর্বে দেখেছি এসিডযুক্ত খাবারগুলো টক। তবে সাবধান ল্যাবরেটরিতে কোনো এসিডের স্বাদ মুখে নেওয়া যাবে না। কেননা এগুলো জিহ্বায় লাগলে সঙ্গে সঙ্গে জিহ্বায় ক্ষত সৃষ্টি করে ফেলবে। তবে তেঁতুলের মধ্যে টারটারিক এসিড থাকে। যদি তেঁতুল মুখে নাও তবে তেঁতুল টক স্বাদযুক্ত পাবে।

(ii) ক্ষয়কারী: এসিডগুলো ক্ষয়কারী পদার্থ হিসেবে পরিচিত। যেমন—এসিডের মধ্যে এক খন্ড লোহার পাত রাখলে লোহার পাতটির পৃষ্ঠতল ক্ষয়ে ঝাঁজরা হয়ে যায়।

(iii) লিটমাস পরীক্ষা: এসিড নীল বর্ণের লিটমাসকে লাল বর্ণে পরিণত করে। একটি পরীক্ষা নলে $2$-$3$ মিলি হাইড্রোক্লোরিক এসিড নিয়ে এতে এক টুকরা নীল লিটমাস কাগজ যোগ করো। দেখবে

Printed page 210

নীল রঙের লিটমাস কাগজটি লাল বর্ণে পরিণত হয়েছে। একইভাবে, $\mathrm{H_2SO_4}$, $\mathrm{HNO_3}$ বা অন্য যেকোনো এসিড নিয়ে এই পরীক্ষা করতে পারো। এমনকি তেঁতুল বা আচারের মধ্যেও পানিতে ভেজা নীল লিটমাস যোগ করলে নীল লিটমাস কাগজ লাল বর্ণে পরিণত হবে।

(iv) সক্রিয় ধাতুর সাথে এসিডের বিক্রিয়া: এসিড সক্রিয় ধাতুর (যেমন- $\mathrm{K}$, $\mathrm{Na}$, $\mathrm{Mg}$ ইত্যাদি) সাথে বিক্রিয়া করে সংশ্লিষ্ট ধাতুটির লবণ এবং হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। যেমন- $\mathrm{Mg}$ ধাতু, সালফিউরিক এসিডের সাথে বিক্রিয়া করে $\mathrm{MgSO_4}$ এবং $\mathrm{H_2}$ গ্যাস উৎপন্ন করে। বিক্রিয়াটি হচ্ছে:

$\mathrm{Mg + H_2SO_4 \longrightarrow MgSO_4 + H_2\uparrow}$

(v) ধাতব কার্বনেটের সাথে লঘু এসিডের বিক্রিয়া: লঘু এসিড ধাতব কার্বনেটের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ, পানি ও কার্বন ডাই-অক্সাইড উৎপন্ন করে। যেমন- ক্যালসিয়াম কার্বনেটের সাথে লঘু $\mathrm{HCl}$ বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড লবণ, পানি আর কার্বন ডাই-অক্সাইড গ্যাস উৎপন্ন করে। এখানে $\mathrm{CO_2}$ গ্যাস বুদ্‌বুদ্ আকারে বেরিয়ে আসে।

$\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow}$

উৎপন্ন কার্বন ডাই-অক্সাইড ($\mathrm{CO_2}$) কে চুনের পানির মধ্যে চালনা করলে চুনের পানি প্রথমে ঘোলা হয়। সংশ্লিষ্ট বিক্রিয়াটি হচ্ছে:

$\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O}$

এখানে অদ্রবণীয় $\mathrm{CaCO_3}$ উৎপন্ন হওয়ার জন্য চুনের পানিকে ঘোলা দেখায়। এই ঘোলা চুনের পানিতে অতিরিক্ত $\mathrm{CO_2}$ গ্যাসকে চালনা করলে সেটি আবার স্বচ্ছ হয়ে যায়। এক্ষেত্রে অদ্রবণীয় $\mathrm{CaCO_3}$ এর সাথে $\mathrm{CO_2}$ এবং $\mathrm{H_2O}$ বিক্রিয়া করে দ্রবণীয় ক্যালসিয়াম বাইকার্বনেট $[\mathrm{Ca(HCO_3)_2}]$ উৎপন্ন করার কারণে ঘোলা চুনের পানিকে স্বচ্ছ দেখায়।

$\mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \longrightarrow Ca(HCO_3)_2}$

একইভাবে ধাতব কার্বনেটগুলো লঘু সালফিউরিক এসিড কিংবা লঘু নাইট্রিক এসিডের সাথে একই ধরনের বিক্রিয়া করে সালফেট লবণ বা নাইট্রেট লবণ উৎপন্ন করে।

$\mathrm{Na_2CO_3 + H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2}$ $\mathrm{CaCO_3 + 2HNO_3 \longrightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2}$

Printed page 211

(vi) ধাতব বাইকার্বনেটের সাথে লঘু এসিডের বিক্রিয়া: ধাতব হাইড্রোজেন কার্বনেট বা ধাতব বাইকার্বনেটগুলোও লঘু এসিডের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ, পানি এবং কার্বন ডাই-অক্সাইড উৎপন্ন করে। যেমন:

$\mathrm{Ca(HCO_3)_2 + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + 2H_2O + 2CO_2}$ $\mathrm{2NaHCO_3 + H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O + 2CO_2}$ $\mathrm{NaHCO_3 + HNO_3 \longrightarrow NaNO_3 + H_2O + CO_2}$

(vii) ধাতুর হাইড্রোক্সাইডের (ক্ষারের) সাথে এসিডের বিক্রিয়া: ধাতুর হাইড্রোক্সাইড তথা ক্ষারের সাথে এসিড বিক্রিয়া করে লবণ এবং পানি উৎপন্ন করে। এটি একটি প্রশমন বিক্রিয়া। যেমন- লঘু $\mathrm{NaOH}$ দ্রবণে ধীরে ধীরে লঘু $\mathrm{HCl}$ দ্রবণ যোগ করলে $\mathrm{NaCl}$ (লবণ) এবং পানি উৎপন্ন হয়।

$\mathrm{NaOH + HCl \longrightarrow NaCl + H_2O}$

(viii) ধাতুর অক্সাইডের সাথে এসিডের বিক্রিয়া: ধাতুর অক্সাইডের সাথে এসিড বিক্রিয়া করে লবণ এবং পানি উৎপন্ন করে। ধাতুর অক্সাইডগুলো সাধারণত ক্ষারীয় প্রকৃতির হয়। তাই এ ক্ষেত্রেও বিক্রিয়াটি প্রশমন প্রকৃতির হয়।

$\mathrm{CaO + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + H_2O}$

একইভাবে লঘু সালফিউরিক এসিডের সাথে কপার অক্সাইড বিক্রিয়ায় কপার সালফেট ও পানি উৎপন্ন হয়।

$\mathrm{H_2SO_4 + CuO \longrightarrow CuSO_4 + H_2O}$

কিংবা লঘু নাইট্রিক এসিডের সাথে ক্যালসিয়াম অক্সাইড বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম নাইট্রেট এবং পানি উৎপন্ন করে।

$\mathrm{2HNO_3 + CaO \longrightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O}$