রাসায়নিক সাম্যাবস্থা গতিশীল কেন? ব্যাখ্যা কর। (অনুধাবন)

নির্দিষ্ট উষ্ণতায়, একটি মৃদু তড়িৎবিশ্লেষ্যের বিয়োজন মাত্রা (α) এর মোলার ঘনত্বের (C) বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতিক অথবা এর লঘুত্বের (V) বর্গমূলের সমানুপাতিক।

M(OH)₃ একটি স্বল্প দ্রবণীয় লবণ। এর দ্রাব্যতা (solubility) \(s\) হলে, এটি পানিতে নিম্নোক্তভাবে বিয়োজিত হয়:

\[ \text{M(OH)}_3 \text{(s)} \rightleftharpoons \text{M}^{3+}\text{(aq)} + 3\text{OH}^-\text{(aq)} \]

এখান থেকে পাই, \([\text{M}^{3+}] = s\) এবং \([\text{OH}^-] = 3s\)।

M(OH)₃ এর দ্রাব্যতা গুণফল (solubility product), \(K_{sp}\) এর রাশিমালাটি হলো:

\[ K_{sp} = [\text{M}^{3+}][\text{OH}^-]^3 \]

এখানে \([\text{M}^{3+}]\) ও \([\text{OH}^-]\) এর মান বসিয়ে পাই:

\[ K_{sp} = (s)(3s)^3 = s \times 27s^3 = 27s^4 \]

উদ্দীপকে M(OH)₃ এর দ্রাব্যতা গুণফল, \(K_{sp} = 3.75 \times 10^{-6}\) দেওয়া আছে। এখন \(K_{sp}\) এর মান বসিয়ে \(s\) এর মান নির্ণয় করা যায়:

\[ 27s^4 = 3.75 \times 10^{-6} \]

\[ s^4 = \frac{3.75 \times 10^{-6}}{27} \]

\[ s^4 \approx 1.3888 \times 10^{-7} \]

\[ s = (1.3888 \times 10^{-7})^{\frac{1}{4}} \]

\[ s \approx 0.01929 \text{ mol L}^{-1} \]

অতএব, M(OH)₃ এর দ্রাব্যতা হলো \( 1.93 \times 10^{-2} \text{ mol L}^{-1} \)।

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কোনো স্বল্প দ্রবণীয় লবণের সম্পৃক্ত দ্রবণে এর ক্যাটায়ন ও অ্যানায়নের ঘনমাত্রার উপযুক্ত ঘাতসহ গুণফলকে দ্রাব্যতা গুণফল (\(\text{K}_{\text{sp}}\)) বলে। যখন কোনো দ্রবণে উপস্থিত আয়নসমূহের ঘনমাত্রার উপযুক্ত ঘাতসহ গুণফল অর্থাৎ আয়নীয় গুণফল (\(\text{IP}\)) দ্রাব্যতা গুণফল (\(\text{K}_{\text{sp}}\)) থেকে কম হয় (\(\text{IP} < \text{K}_{\text{sp}}\)), তখন অধঃক্ষেপ পড়ে না। যদি \(\text{IP} > \text{K}_{\text{sp}}\) হয়, তবে অধঃক্ষেপ সৃষ্টি হয়।

উদ্দীপকের চিত্র অনুযায়ী, পাত্র-১ এ \(20 \text{ ml}\), \(1.25 \times 10^{-3} \text{ M}\) \(\text{MX}_3\) দ্রবণ এবং পাত্র-২ এ \(100 \text{ ml}\), \(2.15 \times 10^{-2} \text{ M}\) \(\text{BOH}\) দ্রবণ রয়েছে। যখন এই দ্রবণ দুটিকে মিশ্রিত করা হয়, তখন \(\text{M}^{3+}\) আয়ন এবং \(\text{OH}^-\) আয়ন মিলিত হয়ে \(\text{M(OH)}_3\) অধঃক্ষেপ তৈরি করতে পারে। \(\text{M(OH)}_3\) এর দ্রাব্যতা গুণফল \(\text{K}_{\text{sp}} = 3.75 \times 10^{-6}\) দেওয়া আছে। প্রথমে, মিশ্রণের পূর্বে প্রতিটি আয়নের মোল সংখ্যা নির্ণয় করা যাক:

    
• পাত্র-১ থেকে \(\text{M}^{3+}\) এর মোল সংখ্যা: \(n_{\text{M}^{3+}} = V_1 \times C_1 = 0.020 \text{ L} \times 1.25 \times 10^{-3} \text{ mol/L} = 2.5 \times 10^{-5} \text{ mol}\)
    
• পাত্র-২ থেকে \(\text{OH}^-\) এর মোল সংখ্যা: \(n_{\text{OH}^-} = V_2 \times C_2 = 0.100 \text{ L} \times 2.15 \times 10^{-2} \text{ mol/L} = 2.15 \times 10^{-3} \text{ mol}\)

এবার, দ্রবণ দুটি মিশ্রিত করার পর মোট আয়তন এবং \(\text{M}^{3+}\) ও \(\text{OH}^-\) আয়নের নতুন ঘনমাত্রা নির্ণয় করতে হবে:

    
• মোট আয়তন, \(V_{\text{total}} = 0.020 \text{ L} + 0.100 \text{ L} = 0.120 \text{ L}\)
    
• মিশ্রণে \(\text{M}^{3+}\) এর ঘনমাত্রা, \([\text{M}^{3+}] = \frac{2.5 \times 10^{-5} \text{ mol}}{0.120 \text{ L}} = 2.0833 \times 10^{-4} \text{ M}\)
    
• মিশ্রণে \(\text{OH}^-\) এর ঘনমাত্রা, \([\text{OH}^-] = \frac{2.15 \times 10^{-3} \text{ mol}}{0.120 \text{ L}} = 1.7917 \times 10^{-2} \text{ M}\)

অধঃক্ষেপ \(\text{M(OH)}_3\) এর বিয়োজন সমীকরণ: \(\text{M(OH)}_3 (s) \rightleftharpoons \text{M}^{3+} (aq) + 3\text{OH}^- (aq)\)
আয়নীয় গুণফল (\(\text{IP}\)) এর অভিব্যক্তি: \(\text{IP} = [\text{M}^{3+}][\text{OH}^-]^3\)
মান বসিয়ে পাই:

\[ \text{IP} = (2.0833 \times 10^{-4}) \times (1.7917 \times 10^{-2})^3 \] \[ \text{IP} = (2.0833 \times 10^{-4}) \times (5.748 \times 10^{-6}) \] \[ \text{IP} = 1.197 \times 10^{-9} \] প্রাপ্ত আয়নীয় গুণফল, \(\text{IP} = 1.197 \times 10^{-9}\)। প্রদত্ত দ্রাব্যতা গুণফল, \(\text{K}_{\text{sp}} = 3.75 \times 10^{-6}\)। এখানে, \(\text{IP} < \text{K}_{\text{sp}}\) (\(1.197 \times 10^{-9} < 3.75 \times 10^{-6}\))। যেহেতু আয়নীয় গুণফলের মান দ্রাব্যতা গুণফল থেকে কম, তাই পাত্র-১ ও পাত্র-২ এর দ্রবণ মিশ্রিত করলে \(\text{M(OH)}_3\) এর কোনো অধঃক্ষেপ পড়বে না।