(I)

(II) $F{e}^{2+} + C{r}_2{O}_7^{2-} + H^{+} \to$ উৎপাদ (2.5g)

[দর্শক আয়ন হিসেবে $K^{+} ও S{O}_4^{2-}$ ব্যবহার করো।]

একক সময়ে কোনো কঠিন, তরল বা গ্যাসীয় পদার্থের স্বতঃস্ফূর্ত ও সমভাবে চারদিকে ছড়িয়ে পড়ার পরিমাণকে ওই পদার্থের ব্যাপন হার বলে।

পিরিডিন (\(C_5H_5N\)) একটি চক্রাকার, সমতলীয় এবং পূর্ণ ঘনীভূত (conjugated) যৌগ, যার বলয়ে হাকেল নীতি অনুযায়ী \((4n+2)\) সংখ্যক সঞ্চারণশীল \(\pi\)-ইলেকট্রন বিদ্যমান থাকায় এটি একটি অ্যারোমেটিক যৌগ।

পিরিডিনের ষড়ভূজাকার বলয়টি ৫টি কার্বন এবং ১টি নাইট্রোজেন পরমাণু দ্বারা গঠিত, যেখানে প্রতিটি পরমাণুই \(sp^2\) সংকরিত অবস্থায় থাকে। কার্বন পরমাণুগুলোর প্রতিটি থেকে ১টি করে এবং নাইট্রোজেন পরমাণু থেকে ১টি \(\pi\)-ইলেকট্রন মিলে সর্বমোট ৬টি সঞ্চারণশীল \(\pi\)-ইলেকট্রনের একটি ক্লাউড বা বলয় তৈরি হয়। হাকেলের নিয়মানুসারে, \((4n+2) = 6\) বা, \(n = 1\) (একটি ধনাত্মক পূর্ণসংখ্যা), যা অ্যারোমেটিসিটির শর্ত পূরণ করে। এ ছাড়া নাইট্রোজেনের মুক্তজোড় ইলেকট্রনটি বলয়ের সঞ্চারণশীল \(\pi\)-ব্যবস্থায় অংশ না নিয়ে বহিস্থ \(sp^2\) অরবিটালে অবস্থান করে, ফলে বলয়ের অ্যারোমেটিক স্থায়িত্ব বজায় থাকে।

'A' পাত্রে অবস্থিত তীব্র ক্ষার কস্টিক সোডা (\(\text{NaOH}\)) দ্রবণের সাথে মৃদু এসিড ফরমিক এসিডের (\(\text{HCOOH}\)) প্রশমন বিক্রিয়ায় উপযুক্ত নির্দেশক হলো ফেনলফথ্যালিন (Phenolphthalein)।

মৃদু এসিড (\(\text{HCOOH}\)) ও তীব্র ক্ষারের (\(\text{NaOH}\)) প্রশমন বিক্রিয়ার ফলে উৎপন্ন লবণ সোডিয়াম ফরমেট (\(\text{HCOONa}\)) জলীয় দ্রবণে আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়ে দ্রবণকে ক্ষারীয় করে তোলে। ফলে প্রশমন বিন্দুতে দ্রবণের \(\text{pH}\) মান ৭-এর বেশি হয় (সাধারণত \(\text{pH}\) ৮ থেকে ১০-এর মধ্যে অবস্থান করে)। ফেনলফথ্যালিন নির্দেশকের বর্ণ পরিবর্তনের \(\text{pH}\) পরিসর হলো ৮.২ – ১০.০। যেহেতু প্রশমন বিন্দুর \(\text{pH}\) ফেনলফথ্যালিনের কার্যকর \(\text{pH}\) পরিসরের অভ্যন্তরে থাকে, তাই এই প্রশমন বিক্রিয়ায় নির্দেশক হিসেবে ফেনলফথ্যালিন সঠিক ও সুস্পষ্ট বর্ণ পরিবর্তন দেখায়। পক্ষান্তরে, মিথাইল অরেঞ্জ বা মিথাইল রেড নির্দেশকের বর্ণ পরিবর্তনের \(\text{pH}\) সীমা অম্লীয় অঞ্চলে (যথাক্রমে ৩.১-৪.৪ ও ৪.২-৬.৩) হওয়ায় এরা এ টাইট্রেশনে উপযুক্ত নয়।

উদ্দীপকের 'A' পাত্রের ডেসিমোলার কস্টিক সোডা (\(\text{NaOH}\)) দ্রবণের সাথে ফরমিক এসিডের (\(\text{HCOOH}\)) টাইট্রেশনের ক্ষেত্রে \(\text{pH}\) বনাম যোগকৃত ক্ষারের আয়তনের টাইট্রেশন লেখচিত্র বিশ্লেষণ করলে দেখা যায়, শুরুতে এসিডের উপস্থিতির কারণে দ্রবণের \(\text{pH}\) ৩-৪ এর কাছাকাছি থাকে। ক্ষার যোগ করার সাথে সাথে \(\text{pH}\) ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায় এবং প্রশমন বিন্দুর ঠিক কাছাকাছি সময়ে \(\text{pH}\)-এর মান একটি খাড়া উল্লম্ব লাফ (vertical jump) দেয়, যা \(\text{pH}\) ৭.০ থেকে ১০.৫ পর্যন্ত বিস্তৃত হয়। লেখচিত্রের এই খাড়া পরিবর্তন অংশের মাঝেই ফেনলফথ্যালিন নির্দেশকের বর্ণ পরিবর্তনের পরিসর (৮.২ - ১০.০) সম্পূর্ণভাবে অবস্থান করে। ফলে এক ফোঁটা অতিরিক্ত ক্ষার যোগ করার সাথে সাথেই লেখচিত্রের খাড়া পরিবর্তন অঞ্চলে ফেনলফথ্যালিন বর্ণহীন থেকে গোলাপি বর্ণ ধারণ করে সঠিক প্রশমন বিন্দু নির্দেশ করে।

উদ্দীপকের (II) নং আয়নিক বিক্রিয়াটিকে আয়ন-ইলেকট্রন পদ্ধতিতে সমতাকরণের মাধ্যমে পূর্ণ করে দর্শক আয়ন যোগ করে পূর্ণাঙ্গ আণবিক সমীকরণে রূপান্তর করা হলো এবং বিক্রিয়ার স্টয়কিওমিতি প্রয়োগ করে প্রয়োজনীয় জারক (\(K_2Cr_2O_7\))-এর পরিমাণ নির্ণয় করা হলো।

বিক্রিয়া সমতাকরণ ও পূর্ণকরণ:
উদ্দীপকের বিক্রিয়ায়, \(Fe^{2+}\) হলো বিজারক এবং \(Cr_2O_7^{2-}\) হলো জারক।
জারণ অর্ধ-বিক্রিয়া:
\(Fe^{2+}\) একটি ইলেকট্রন ত্যাগ করে \(Fe^{3+}\) আয়নে জারিত হয়।
\(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^-\) ...... (i)

বিজারণ অর্ধ-বিক্রিয়া:
অম্লীয় মাধ্যমে ডায়ক্রোমেট আয়ন (\(Cr_2O_7^{2-}\)) ৬টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে \(Cr^{3+}\) আয়নে বিজারিত হয়।
\(Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O\) ...... (ii)

সমীকরণ (i)-কে 6 দ্বারা গুণ করে সমীকরণ (ii)-এর সাথে যোগ করে পাই,
\(6Fe^{2+} + Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 6Fe^{3+} + 2Cr^{3+} + 7H_2O\)

এখন, প্রয়োজনীয় দর্শক আয়ন (\(K^+\) ও \(SO_4^{2-}\)) সরবরাহ করে পূর্ণাঙ্গ সমীকরণটি পাওয়া যায়:
\(6FeSO_4 + K_2Cr_2O_7 + 7H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O\)

জারকের (\(K_2Cr_2O_7\)) পরিমাণ নির্ণয়:
এখানে জারক পদার্থ হলো পটাশিয়াম ডাইক্রোমেট (\(K_2Cr_2O_7\)) এবং বিজারক বিষয় হলো \(Fe^{2+}\) আয়ন (যার ভর = \(2.5\text{ g}\))।

\(K_2Cr_2O_7\)-এর আণবিক ভর = \((2 \times 39.1) + (2 \times 52) + (7 \times 16) = 294.2\text{ g/mol}\)
\(Fe\)-এর পারমাণবিক ভর = \(55.85\text{ g/mol}\)

সমতাকৃত সমীকরণ অনুযায়ী,
\(6\text{ mol } Fe^{2+} \equiv 1\text{ mol } K_2Cr_2O_7\)
\(\implies (6 \times 55.85)\text{ g } Fe^{2+} \equiv 294.2\text{ g } K_2Cr_2O_7\)
\(\implies 335.1\text{ g } Fe^{2+} \equiv 294.2\text{ g } K_2Cr_2O_7\)

অতএব, \(335.1\text{ g } Fe^{2+}\) কে সম্পূর্ণ জারিত করতে প্রয়োজনীয় \(K_2Cr_2O_7\) = \(294.2\text{ g}\)
\(\therefore 2.5\text{ g } Fe^{2+}\) কে সম্পূর্ণ জারিত করতে প্রয়োজনীয় \(K_2Cr_2O_7\) = \(\frac{294.2 \times 2.5}{335.1}\text{ g} = 2.195\text{ g}\)

অতএব, (II) নং বিক্রিয়াটি পূর্ণাঙ্গ রূপ লাভ করে এবং বিক্রিয়াটিতে ব্যবহৃত জারকের (\(K_2Cr_2O_7\)) পরিমাণ \(2.195\text{ g}\) (বা প্রায় \(2.19\text{ g}\))।