পাত্র-A ও পাত্র-B এর দ্রবণের মিশ্রণে অল্প পরিমাণ এসিড যোগ করলে H⁺ এর ঘনমাত্রা স্থির থাকবে কিনা-গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ কর

(উচ্চতর দক্ষতা)

উত্তরঃ

পাত্র-A-তে ফরমিক অ্যাসিড (HCOOH) এর দ্রবণ রয়েছে, যা একটি দুর্বল অ্যাসিড। দ্রবণের pH নির্ণয় করার জন্য প্রথমে এর মোলার ঘনমাত্রা নির্ণয় করতে হবে, কারণ উদ্দীপকে এটি শতকরা (w/v) হিসাবে দেওয়া আছে। এরপর দুর্বল অ্যাসিডের বিয়োজন ধ্রুবক (K_a) ব্যবহার করে H\(^+\) আয়নের ঘনমাত্রা এবং সবশেষে pH গণনা করা হবে।

উদ্দীপকের পাত্র-A থেকে প্রাপ্ত তথ্যগুলো হলো:

• HCOOH দ্রবণের আয়তন = 50 mL
• HCOOH এর শতকরা পরিমাণ = 5% (w/v)
• HCOOH এর বিয়োজন ধ্রুবক, K\(_{\text{a}}\) = \(1.75 \times 10^{-5}\)

ফরমিক অ্যাসিড (HCOOH) এর আণবিক ভর = 1 + 12 + 16 + 16 + 1 = 46 g/mol। 5% (w/v) HCOOH দ্রবণ মানে 100 mL দ্রবণে 5 গ্রাম HCOOH আছে। সুতরাং, HCOOH এর মোলার ঘনমাত্রা, C = \(\frac{5 \text{ g}}{46 \text{ g/mol}} \times \frac{1000 \text{ mL}}{100 \text{ mL}}\) = \(\frac{5}{46} \times 10\) = \(\frac{50}{46}\) = 1.086956 M \(\approx\) 1.087 M।

দুর্বল অ্যাসিড HCOOH এর বিয়োজন নিম্নরূপ:
HCOOH \(\rightleftharpoons\) H\(^+\) + HCOO\(^-\)
দুর্বল অ্যাসিডের ক্ষেত্রে H\(^+\) আয়নের ঘনমাত্রা, [H\(^+\)] = \(\sqrt{\text{K}_{\text{a}} \times \text{C}}\)
[H\(^+\)] = \(\sqrt{1.75 \times 10^{-5} \times 1.087}\)
[H\(^+\)] = \(\sqrt{1.90225 \times 10^{-5}}\)
[H\(^+\)] = \(4.36148 \times 10^{-3}\) M
এখন, pH = -log[H\(^+\)]
pH = -log(\(4.36148 \times 10^{-3}\))
pH = 2.3603 \(\approx\) 2.36
সুতরাং, পাত্র-A-এর দ্রবণের pH হলো 2.36। যেহেতু pH ৭-এর কম, দ্রবণটি তীব্র অম্লীয়।