বিক্রিয়ার ধরন, দ্রাব্যতার নির্দেশিকা ও নিট আয়নিক সমীকরণ

জলীয় বিক্রিয়ার তিনটি চালিকা শক্তি

দুটি দ্রবণ মেশালে বিক্রিয়া ঘটে কেবল তখনই, যখন কিছু একটি দ্রবণ থেকে আয়ন সরিয়ে নেয় বা ইলেকট্রন স্থানান্তর করে। তিনটি প্রশ্ন করুন। এক দ্রবণের কোনো ক্যাটায়ন ও অন্য দ্রবণের কোনো অ্যানায়ন কি কম দ্রাব্যতার যৌগ গঠন করে? কোনো অ্যাসিড কি ক্ষারকে প্রোটন দিয়ে পানি বা অন্য কোনো দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্য গঠন করে? কোনো পরমাণুর জারণ সংখ্যা কি বদলায়, ফলে এক প্রজাতি থেকে অন্যটিতে ইলেকট্রন যায়?

প্রথম প্রশ্নের উত্তর হ্যাঁ হলে অধঃক্ষেপণ বিক্রিয়া, দ্বিতীয়টির হ্যাঁ হলে অ্যাসিড–ক্ষারক বিক্রিয়া এবং তৃতীয়টির হ্যাঁ হলে রেডক্স বিক্রিয়া। HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g)-এর মতো গ্যাস গঠনকারী বিক্রিয়া সাধারণত অ্যাসিড–ক্ষারকের অধীনে ফেলা হয়, কারণ প্রথম ধাপ প্রোটন স্থানান্তর। দহন এবং এক ধাতু দ্বারা অন্য ধাতুর প্রতিস্থাপন রেডক্স বিক্রিয়া।

পরিবারগুলো একে অপরকে বাদ দেয় না। জলীয় বেরিয়াম হাইড্রক্সাইড সালফিউরিক অ্যাসিডকে প্রশমিত করলে, Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l), একই বিক্রিয়ায় পানি গঠিত হয় এবং একটি অদ্রবণীয় সালফেট অধঃক্ষিপ্ত হয়।

কোন প্রজাতি আয়ন হিসেবে লিখবেন তা ঠিক করা

নিট আয়নিক সমীকরণ নির্ভর করে পানিতে কোন পদার্থগুলো আলাদা আলাদা আয়ন হিসেবে থাকে তা জানার ওপর। তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্য প্রায় সম্পূর্ণ বিয়োজিত হয়: দ্রবণীয় আয়নিক যৌগ, তীব্র অ্যাসিড ও তীব্র ক্ষার। এগুলো (aq) লেবেলযুক্ত হলে আয়ন হিসেবে লিখুন। বাকি সবকিছু নিজের সংকেতে থাকে: কঠিন, তরল, গ্যাস, দুর্বল অ্যাসিড, দুর্বল ক্ষার এবং গ্লুকোজের মতো আণবিক দ্রব।

প্রচলিত তীব্র অ্যাসিড হলো HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ এবং H₂SO₄ (এর প্রথম প্রোটনের জন্য)। সাধারণ রসায়নে আপনার সামনে আসা প্রায় অন্য সব অ্যাসিডকে, HF, অ্যাসিটিক অ্যাসিড (CH₃COOH) ও কার্বনিক অ্যাসিডসহ, দুর্বল ধরুন এবং অণু হিসেবে রাখুন। তীব্র ক্ষার হলো গ্রুপ 1-এর হাইড্রক্সাইড এবং ভারী গ্রুপ 2-এর হাইড্রক্সাইড। অ্যামোনিয়া দুর্বল ক্ষার এবং NH₃(aq) হিসেবেই থাকে।

যৌগ বিয়োজিত হলে বহুপরমাণুক আয়ন অক্ষত থাকে। জলীয় পটাসিয়াম ক্রোমেট দেয় 2K⁺(aq) ও CrO₄²⁻(aq), আলাদা পটাসিয়াম, ক্রোমিয়াম ও অক্সিজেন আয়ন নয়।

দ্রাব্যতার নির্দেশিকা প্রয়োগ

দ্রাব্যতার নির্দেশিকা ঘরের তাপমাত্রার কাছাকাছি পানিতে আয়নিক যৌগের পর্যবেক্ষিত প্রবণতার সারসংক্ষেপ। দ্রবণীয় মানে কার্যকর পরিমাণ দ্রবীভূত হয়; অদ্রবণীয় মানে দ্রাব্যতা এতটাই কম যে সাধারণ পরীক্ষাগার ঘনমাত্রায় আয়নগুলো মিলিত হলে কঠিন পদার্থ গঠিত হয়। কোনো আয়নিক যৌগের দ্রাব্যতা ঠিক শূন্য নয়। নিচের তালিকা OpenStax Chemistry 2e-এর 4.2 অংশের সারণি 4.1-এর ওপর ভিত্তি করে।

অধঃক্ষেপ অনুমান করতে মেশানোর পর উপস্থিত প্রতিটি আয়ন তালিকাভুক্ত করুন, তারপর প্রতিটি ক্যাটায়নকে সেই অ্যানায়নগুলোর সঙ্গে জোড়া দিন যেগুলোর সঙ্গে সে শুরুতে ছিল না। কোনো নতুন জোড়া অদ্রবণীয় শ্রেণিতে পড়লে সেই যৌগ অধঃক্ষিপ্ত হয়। সম্ভাব্য প্রতিটি জোড়া দ্রবণীয় হলে, যেমন পটাসিয়াম নাইট্রেট ও সোডিয়াম ক্লোরাইড দ্রবণ মেশালে, আয়নগুলো কেবল সহাবস্থান করে এবং কোনো নিট বিক্রিয়া হয় না।

• গ্রুপ 1-এর ক্যাটায়ন (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) এবং NH₄⁺-এর যৌগ দ্রবণীয়।
• নাইট্রেট, অ্যাসিটেট, হাইড্রোজেন কার্বনেট ও ক্লোরেট দ্রবণীয়।
• ক্লোরাইড, ব্রোমাইড ও আয়োডাইড দ্রবণীয়, তবে Ag⁺, Hg₂²⁺ ও Pb²⁺-এর যৌগ ছাড়া।
• ফ্লোরাইড দ্রবণীয়, তবে Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺ ও Fe³⁺-এর যৌগ ছাড়া।
• সালফেট দ্রবণীয়, তবে Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺ ও Sr²⁺-এর যৌগ ছাড়া।
• কার্বনেট, ক্রোমেট, ফসফেট ও সালফাইড অদ্রবণীয়, তবে গ্রুপ 1-এর ক্যাটায়ন ও NH₄⁺-এর সঙ্গে ছাড়া।
• হাইড্রক্সাইড অদ্রবণীয়, তবে গ্রুপ 1-এর ক্যাটায়ন ও Ba²⁺-এর সঙ্গে ছাড়া; Ca(OH)₂ ও Sr(OH)₂ সামান্য দ্রবণীয়।

ধাপে ধাপে নিট আয়নিক সমীকরণ তৈরি

প্রতিটি ধাপের একটি কারণ আছে। আগে আণবিক সমীকরণ সমতা করলে পরমাণুর সংখ্যা নিশ্চিত হয়। তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্য ভাঙলে বিকারে সত্যিই কী আছে তা দেখা যায়। দর্শক আয়ন কেটে ফেললে সেই প্রজাতিগুলো বাদ যায় যেগুলো দুই পাশেই অপরিবর্তিত দেখা যায় এবং পরিবর্তনে অংশ নেয় না।

চার্জ যাচাই এমন ভুল ধরে যা পরমাণু গণনায় ছুটে যায়। নিট আয়নিক সমীকরণে মোট চার্জ অশূন্য হতে পারে, কিন্তু সেই চার্জ দুই পাশেই সমান হতে হবে, কারণ পরমাণুর মতো চার্জও সংরক্ষিত থাকে।

• প্রতিটি সংকেতে অবস্থা-প্রতীকসহ সমতাকৃত আণবিক সমীকরণ লিখুন।
• প্রতিটি (aq) তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্যকে আলাদা আয়ন হিসেবে আবার লিখুন, সাবস্ক্রিপ্ট ও সহগ দুটি দিয়েই গুণ করে।
• যে আয়নগুলো দুই পাশেই অপরিবর্তিত থাকে সেগুলো কেটে দিন। এগুলোই দর্শক আয়ন।
• অবশিষ্ট সহগগুলোকে ক্ষুদ্রতম পূর্ণসংখ্যায় নামিয়ে আনুন।
• যাচাই করুন প্রতিটি মৌল এবং মোট চার্জ সমতা হয়েছে।

সমাধান করা উদাহরণ: সিলভার ক্রোমেট অধঃক্ষেপণ

আপনি 18.0 mL 0.0850 mol/L পটাসিয়াম ক্রোমেট অতিরিক্ত জলীয় সিলভার নাইট্রেটের সঙ্গে মেশালেন। নতুন জোড়া হলো CrO₄²⁻-এর সঙ্গে Ag⁺ এবং NO₃⁻-এর সঙ্গে K⁺। সিলভার গ্রুপ 1-এর ক্যাটায়ন নয়, তাই লালচে-বাদামি সিলভার ক্রোমেট অধঃক্ষিপ্ত হয়; পটাসিয়াম নাইট্রেট দ্রবীভূত থাকে। আণবিক সমীকরণ: 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq)। পূর্ণ আয়নিক সমীকরণ: 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)। K⁺ ও NO₃⁻ কেটে দিলে নিট আয়নিক সমীকরণ হয় 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s)। চার্জ যাচাই: বাম পাশে 2(+1) + (−2) = 0, এবং ডান পাশেও 0।

অধঃক্ষেপের ভর বের করতে দুই দশমিক স্থানে রাউন্ড করা IUPAC আদর্শ পারমাণবিক ভর ব্যবহার করুন: Ag 107.87, Cr 52.00, O 16.00। Ag₂CrO₄-এর মোলার ভর 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol। ক্রোমেটের মোল = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol, এবং নিট আয়নিক সমীকরণ প্রতি 1 mol CrO₄²⁻-এ 1 mol Ag₂CrO₄ দেয়। ভর = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g। দুটি মাপা রাশিতেই তিনটি সার্থক অঙ্ক আছে, তাই উত্তরেও তিনটি।

সমাধান করা উদাহরণ: একটি দুর্বল অ্যাসিড এবং দ্রবণে একটি ধাতু

জলীয় অ্যাসিটিক অ্যাসিড জলীয় সোডিয়াম হাইড্রক্সাইডের সঙ্গে বিক্রিয়া করে: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)। অ্যাসিটিক অ্যাসিড দুর্বল, তাই আণবিক থাকে, আর NaOH ও সোডিয়াম অ্যাসিটেট তীব্র তড়িৎবিশ্লেষ্য। Na⁺ কেটে গেলে নিট আয়নিক সমীকরণ হয় CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l)। এর সঙ্গে নাইট্রিক অ্যাসিড ও পটাসিয়াম হাইড্রক্সাইডের তুলনা করুন, যেখানে দুটি বিক্রিয়কই তীব্র এবং নিট আয়নিক সমীকরণ ছোট হয়ে দাঁড়ায় H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)।

সিলভার নাইট্রেট দ্রবণে রাখা নিকেলের একটি ফালি সিলভার কেলাসে ঢেকে যায়। নিকেল 0 থেকে +2 এবং সিলভার +1 থেকে 0 হয়, তাই এটি রেডক্স; নাইট্রেট দর্শক। নিট আয়নিক সমীকরণ Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s)। 2 সহগটি চার্জের জন্য প্রয়োজন, পরমাণুর জন্য নয়: Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) প্রতিটি মৌল সমতা করে, কিন্তু বাম পাশে মোট চার্জ +1 এবং ডান পাশে +2।

আয়নিক সমীকরণের সাধারণ ভুল এবং সেগুলো কীভাবে ধরবেন

বেশিরভাগ ভুল আসে ভুল প্রজাতি লেখা থেকে, গাণিতিক হিসাব থেকে নয়। কিছু কাটার আগে জিজ্ঞাসা করুন প্রতিটি সংকেত সত্যিই পানিতে আলাদা আয়ন হিসেবে থাকে কি না।

শেষ যাচাই হিসেবে নিট আয়নিক সমীকরণটিকে একটি ভৌত ঘটনা হিসেবে পড়ুন। দুটি সিলভার আয়ন ও একটি ক্রোমেট আয়ন মিলে কঠিন পদার্থ গঠন করা এমন কিছু যা আপনি দেখতে পারতেন; যে সমীকরণ কেবল দ্রবীভূত আয়নগুলোকে সঙ্গীদের মধ্যে অদলবদল করে, তা কিছুই বর্ণনা করে না।

• দুর্বল অ্যাসিড ভাঙা: HF(aq) আণবিক থাকে। যেকোনো অ্যাসিডকে ছয়টি তীব্র অ্যাসিডের সঙ্গে মিলিয়ে দেখুন।
• অধঃক্ষেপ ভাঙা: (s) লেবেলযুক্ত সংকেত আস্ত থাকে, কঠিনটি আয়নিক হলেও।
• বহুপরমাণুক আয়ন ভেঙে ফেলা: NO₃⁻, SO₄²⁻ ও CrO₄²⁻ অক্ষত রাখুন।
• সাবস্ক্রিপ্ট ভুল জায়গায় বসানো: K₂CrO₄ দেয় 2K⁺; K₂⁺ নামে কোনো আয়ন নেই।
• মার্কারি(I)-কে Hg⁺ ধরা: এটি দ্বিপরমাণুক Hg₂²⁺ ক্যাটায়ন হিসেবে থাকে।
• সহগ না কমিয়ে রেখে দেওয়া, যেমন 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄।
• প্রতিটি জোড়া দ্রবণীয়, পানি, দুর্বল তড়িৎবিশ্লেষ্য বা গ্যাস গঠিত হয় না এবং কিছুই জারিত বা বিজারিত হয় না, তবু নিট আয়নিক সমীকরণ লেখা। সঠিক উত্তর হলো কোনো বিক্রিয়া নেই।