নীচের কোন বিক্রিয়াটি হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের ক্যাথোডে ঘটে?

হাইড্রোজেন ফুয়েল সেল হলো এমন একটি তড়িৎ-রাসায়নিক কোষ যা হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনের রাসায়নিক শক্তিকে সরাসরি তড়িৎ শক্তিতে রূপান্তর করে। এই কোষে জারণ (oxidation) অ্যানোড (anode)-এ এবং বিজারণ (reduction) ক্যাথোড (cathode)-এ ঘটে।

ক্যাথোডের বিক্রিয়া:

ক্যাথোডে অক্সিজেন গ্যাস ইলেকট্রন গ্রহণ করে বিজারিত হয়। এটি বিভিন্ন মাধ্যমে ভিন্নভাবে ঘটে। প্রদত্ত অপশনগুলোর মধ্যে, দ্বিতীয় অপশনটি হলো হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের ক্যাথোডে একটি প্রচলিত বিজারণ বিক্রিয়া যা অম্লীয় মাধ্যমে সংঘটিত হয়।

সঠিক বিক্রিয়াটি হলো:

\(O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O\)

এই বিক্রিয়ায়, অক্সিজেন গ্যাস (\(O_2\)), ৪টি প্রোটন (\(H^+\)) এবং ৪টি ইলেকট্রন (\(e^-\)) গ্রহণ করে ২ অণু পানি (\(H_2O\)) উৎপন্ন করে। এই ইলেকট্রনগুলো অ্যানোড থেকে বাহ্যিক বর্তনী হয়ে ক্যাথোডে পৌঁছায়। এটি একটি বিজারণ বিক্রিয়া কারণ অক্সিজেন ইলেকট্রন গ্রহণ করছে এবং এর জারণ সংখ্যা ০ থেকে -২ এ হ্রাস পাচ্ছে। এই ধরনের বিক্রিয়া সাধারণত প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ফুয়েল সেলে (PEMFC) দেখা যায়।

অন্যান্য অপশনগুলো ভুল হওয়ার কারণ:

    
•         

  অপশন ১: \(2CO_2 + O_2 + 4e^- \rightarrow 2CO_3^{2-}\)

          

  এই বিক্রিয়াটি হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের কোনো অংশ নয়। এটি কার্বন ডাই অক্সাইড ও অক্সিজেনের বিক্রিয়া এবং হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলে কার্বন ডাই অক্সাইড সাধারণত বিক্রিয়ায় অংশ নেয় না।

      
    
•         

  অপশন ৩: \(2H_2 \rightarrow 4H^+ + 2e^-\)

          

  এই বিক্রিয়াটি একটি জারণ বিক্রিয়া (ইলেকট্রন ত্যাগ) এবং এটি অ্যানোড-এ ঘটে, ক্যাথোডে নয়। হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের অ্যানোড-এ হাইড্রোজেন জারিত হয়ে প্রোটন ও ইলেকট্রন উৎপন্ন করে: \(H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-\)। প্রদত্ত অপশনটিতে ২ অণু হাইড্রোজেনের জন্য ৪টি ইলেকট্রন নির্গত হওয়া উচিত ছিল (\(2H_2 \rightarrow 4H^+ + 4e^-\))। তবে মূল বিষয় হলো এটি একটি অ্যানোডিক বিক্রিয়া।

      
    
•         

  অপশন ৪: \(\frac{1}{2}O_2 + H_2O + 2e^- \rightarrow 2OH^-\)

          

  এটিও হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের ক্যাথোডের একটি বিজারণ বিক্রিয়া, তবে এটি ক্ষারীয় মাধ্যমে ঘটে। পূর্ণাঙ্গ বিক্রিয়াটি সাধারণত \(O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-\) হিসাবে লেখা হয়। যদিও এটি একটি সঠিক ক্যাথোড বিক্রিয়া, তবে অম্লীয় মাধ্যমের বিক্রিয়াটি (অপশন ২) সাধারণ হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের ক্ষেত্রে অধিক পরিচিত ও ব্যবহৃত উদাহরণ। যখন নির্দিষ্ট করে বলা হয় না, তখন অম্লীয় মাধ্যমের বিক্রিয়াটিই বেশি প্রায়োরিটি পায়।

      
    
•         

  অপশন ৫: \(H_2 + 2OH^- \rightarrow 2H_2O + 2e^-\)

          

  এটি একটি জারণ বিক্রিয়া এবং এটি অ্যানোড-এ ঘটে, ক্যাথোডে নয়। এই বিক্রিয়াটি ক্ষারীয় মাধ্যমে হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের অ্যানোড-এ সংঘটিত হয়, যেখানে হাইড্রোজেন জারিত হয়ে পানি ও ইলেকট্রন উৎপন্ন করে।