রসায়নে, মহান ইঙ্গিত করা হয় রাসায়নিক ভারসাম্য. এই শব্দটি একটি বিপরীতমুখী অবস্থাকে নির্দেশ করে যেখানে একটি প্রতিক্রিয়া পৌঁছাতে পারে যখন বিক্রিয়াক এবং পণ্যগুলির ঘনত্ব স্থির থাকে। এর অর্থ এই নয় যে প্রতিক্রিয়াগুলি বন্ধ হয়ে যায়, বরং তারা সক্রিয় থাকে, তবে গতিশীল ভারসাম্যে, অর্থাৎ, ঘনত্বে নেট পরিবর্তন না করেই তারা ঘটতে থাকে। এই গতিশীল বৈশিষ্ট্য তার বোঝার জন্য অপরিহার্য।
রাসায়নিক ভারসাম্য শুধুমাত্র তাত্ত্বিক ক্ষেত্রেই নয়, শিল্প ও পরীক্ষামূলক অনুশীলনেও অপরিহার্য, কারণ এটি প্রতিক্রিয়াগুলির আচরণের পূর্বাভাস দেয় এবং কীভাবে ভাল ফলন পেতে তাদের পরিচালনা করতে হয়।
এই নিবন্ধটি রাসায়নিক ভারসাম্যের প্রধান বৈশিষ্ট্য, ভারসাম্যের ধ্রুবক, ভারসাম্যের প্রতিক্রিয়ার হার এবং এই অবস্থাকে প্রভাবিত করতে পারে এমন কারণগুলি নিয়ে আলোচনা করবে। আমরা রাসায়নিক শিল্পে এই ধারণাটির গুরুত্বও অন্বেষণ করব, মূল উদাহরণগুলি দেখিয়ে, যেমন হ্যাবার-বশ প্রক্রিয়া।
রাসায়নিক ভারসাম্যের প্রধান বৈশিষ্ট্য
যখন আমরা সম্পর্কে কথা বলুন রাসায়নিক ভারসাম্য, আমরা এমন একটি পরিস্থিতি উল্লেখ করি যেখানে প্রত্যক্ষ এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি ভারসাম্য ঘটে। প্রতিক্রিয়াগুলি অব্যাহত থাকলেও, সিস্টেমে বিক্রিয়ক এবং পণ্যগুলির ঘনত্ব স্থির থাকে। এই গতিশীল ভারসাম্য দুটি বিক্রিয়ার হারের সমতার ফলাফল।
একটি দরকারী সাদৃশ্য হল একটি বন্ধ গ্লাস জলে বাষ্পীভবন এবং ঘনীভবনের মধ্যে ভারসাম্য: যদিও জল বাষ্পীভূত এবং ঘনীভূত হতে থাকে, উভয় রাজ্যে জলের মোট স্তর স্থির থাকে৷ রাসায়নিক ভারসাম্যের প্রেক্ষাপটে, বিক্রিয়ক এবং পণ্যের অণুগুলির ক্ষেত্রেও এটি সত্য।
এই ভারসাম্য পরীক্ষামূলক এবং শিল্প উভয় ক্ষেত্রেই গুরুত্বপূর্ণ। মধ্যে রাসায়নিক শিল্প, ভারসাম্য অপ্টিমাইজ করা পণ্য সংশ্লেষণ কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারবেন. একবার ভারসাম্য পৌঁছে গেলে, পণ্য এবং বিক্রিয়কগুলির ঘনত্ব স্থির থাকে যদি না বাহ্যিক কারণগুলি যেমন তাপমাত্রা, চাপ বা আয়তনের পরিবর্তনগুলি হস্তক্ষেপ না করে। এই হস্তক্ষেপগুলি একটি প্রতিক্রিয়াকে অন্যের উপর সমর্থন করে ভারসাম্য পরিবর্তন করতে পারে, যা লে চ্যাটেলিয়ারের নীতি হিসাবে পরিচিত, যা আমরা পরে আলোচনা করব।
ভারসাম্যের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হল যে ভারসাম্য সবসময় সমান পরিমাণে পণ্য এবং বিক্রিয়াকে জড়িত করে না। প্রতিক্রিয়া এবং অবস্থার উপর নির্ভর করে, ভারসাম্য দুটি পক্ষের একটির পক্ষে হতে পারে, যা প্রক্রিয়াটির কার্যকারিতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে।
রাসায়নিক ভারসাম্য ব্যাখ্যা
রাসায়নিক ভারসাম্য কীভাবে প্রতিষ্ঠিত হয় তা আরও ভালভাবে বোঝার জন্য, আসুন আমরা টেট্রানাইট্রোজেনের পচন কল্পনা করি (N2O4) নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইডে (NO2):
N2O4(g) ⇌ 2 NO2(ছ)
এই প্রতিক্রিয়ায়, এন2O4 বর্ণহীন, যখন পণ্যটি নয়2 এটি একটি বাদামী রং আছে। যদি আমরা N দিয়ে শুরু করি2O4 একটি বন্ধ পাত্রে বিশুদ্ধ, গ্যাস NO তে পচতে শুরু করবে2. প্রাথমিকভাবে, NO2 দ্রুত গঠন শুরু হবে, ধীরে ধীরে ধারক রং. যাইহোক, NO এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়2, এটি আবার N গঠনে বিক্রিয়া শুরু করে2O4. এই প্রক্রিয়াটি চলতে থাকে যতক্ষণ না উভয় প্রতিক্রিয়ার গতি সমান হয়, তে আগমন চিহ্নিত করে গতিশীল রাসায়নিক ভারসাম্য.
রাসায়নিক সাম্যাবস্থায় বিক্রিয়া হার rates
The প্রতিক্রিয়া গতি তারা রাসায়নিক ভারসাম্য গঠনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। একটি প্রতিক্রিয়ার শুরুতে, পূর্বের ক্ষেত্রে, N এর পচন2O4 দ্রুত, কিন্তু NO জমা হওয়ার কারণে2, সম্ভাব্যতা বৃদ্ধি করে যে পরবর্তীটি পুনরায় মিলিত হয়ে আরও N গঠন করবে2O4. সিস্টেম স্থিতিশীল হওয়ার সাথে সাথে উভয় প্রতিক্রিয়ার হার সমান হয়ে যায়।
একবার ফরোয়ার্ড এবং রিভার্স রিঅ্যাকশনের হার সমান হলে, সিস্টেমে পৌঁছেছে গতিশীল ভারসাম্য. যদিও প্রতিক্রিয়াগুলি ঘটতে থাকে, তবে বিক্রিয়ক বা পণ্যগুলির ঘনত্বে কোনও নেট পরিবর্তন নেই, যা এই ধরণের ভারসাম্যের একটি স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য।
সাম্যাবসায়ী ধ্রুবক
একবার ভারসাম্য পৌঁছে গেলে, এটি গণনা করা সম্ভব ভারসাম্য ধ্রুবক, বিক্রিয়ক এবং পণ্যগুলির ঘনত্বের মধ্যে একটি অনুপাত যা একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় প্রতিটি বিক্রিয়ার জন্য নির্দিষ্ট। এই ধ্রুবক বিভিন্ন ধরণের প্রতিক্রিয়ার মধ্যে পরিবর্তিত হয় এবং ভারসাম্যের অবস্থান বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। ভারসাম্য ধ্রুবককে সাধারণত এভাবে প্রকাশ করা হয়:
Kc = [না2]² / [এন2O4]
এই সূত্রে, প্রতি লিটারে মোলের পরিপ্রেক্ষিতে ঘনত্ব প্রকাশ করা হয়। এন পচন বিক্রিয়ার জন্য2O4, যতক্ষণ তাপমাত্রা স্থিতিশীল থাকে ততক্ষণ পণ্য এবং বিক্রিয়কগুলির ঘনত্বের অনুপাত স্থির থাকে।
এটা উল্লেখ করা গুরুত্বপূর্ণ যে, ভারসাম্য ধ্রুবক শুধুমাত্র তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, বিক্রিয়ক বা পণ্যের প্রাথমিক ঘনত্বের পরিবর্তন ধ্রুবকের মানকে প্রভাবিত করে না।
ভারসাম্য ধ্রুবকের প্রকার এবং উদাহরণ
ভারসাম্য ধ্রুবকের বিভিন্ন অভিব্যক্তি রয়েছে যা সিস্টেমের ধরণের উপর নির্ভর করে যেখানে জড়িত প্রজাতিগুলি পাওয়া যায়। সবচেয়ে সাধারণ মধ্যে হল:
- Kp: গ্যাস বিক্রিয়ার জন্য ব্যবহৃত হয় এবং ভারসাম্যের প্রতিটি উপাদানের আংশিক চাপের উপর ভিত্তি করে।
- Kw: H আয়ন মধ্যে জল বিয়োজন প্রযোজ্য+ এবং ওহ-.
- Ka y Kb: তারা দুর্বল অ্যাসিড এবং ঘাঁটি জন্য ব্যবহৃত হয়, সংশ্লিষ্ট আয়ন মধ্যে বিচ্ছেদ পর্যবেক্ষণ.
রাসায়নিক ভারসাম্যকে প্রভাবিতকারী উপাদান (Le Châtelier নীতি)
রাসায়নিক ভারসাম্য পরিবর্তন করা যেতে পারে যখন বাহ্যিক অবস্থা যেমন তাপমাত্রা, চাপ এবং বিক্রিয়ক বা পণ্যের ঘনত্ব পরিবর্তন করা হয়। অনুযায়ী লে চ্যাটেলিয়ার নীতি, যখন ভারসাম্যের একটি সিস্টেমে একটি বিক্ষিপ্ততা প্রয়োগ করা হয়, এটি উল্লিখিত বিরক্তির প্রভাবকে প্রতিহত করতে সামঞ্জস্য করবে। মূল কারণগুলির মধ্যে রয়েছে:
- তাপমাত্রা: তাপমাত্রা পরিবর্তন প্রতিক্রিয়া প্রভাবিত করে এটি এক্সোথার্মিক বা এন্ডোথার্মিক কিনা তার উপর নির্ভর করে। একটি এক্সোথার্মিক বিক্রিয়ায়, তাপমাত্রা বৃদ্ধি ভারসাম্যকে বিক্রিয়কগুলির দিকে সরিয়ে দেবে।
- চাপ: গ্যাস জড়িত প্রতিক্রিয়া প্রভাবিত. চাপ বৃদ্ধির ফলে গ্যাসের কম মোল সহ প্রতিক্রিয়ার পাশে থাকে।
- একাগ্রতা: বিক্রিয়ক বা দ্রব্যগুলির যেকোনো একটির ঘনত্ব পরিবর্তন করলে ভারসাম্যকে সমীকরণের অন্য দিকে গঠনের দিকে নিয়ে যাবে। একটি বিকারক যোগ করা হলে, সিস্টেম আরো পণ্য উত্পাদন করতে ঝোঁক হবে.
- অনুঘটক: যদিও একটি অনুঘটক এগিয়ে এবং বিপরীত প্রতিক্রিয়া ত্বরান্বিত করে, তবে এটি ভারসাম্য ধ্রুবক বা ভারসাম্য অবস্থানের উপর কোন প্রভাব ফেলে না।
লে চ্যাটেলিয়ার নীতিটি অসংখ্য শিল্প প্রক্রিয়ার অপ্টিমাইজেশানে অত্যাবশ্যক, যেহেতু এটি অপারেটিং শর্তগুলিকে বিপরীতমুখী প্রতিক্রিয়ায় সম্ভাব্য সর্বোত্তম পারফরম্যান্স পেতে সামঞ্জস্য করার অনুমতি দেয়।
উদাহরণ: হ্যাবার-বশ প্রক্রিয়া
শিল্পে রাসায়নিক ভারসাম্য প্রয়োগের একটি ক্লাসিক উদাহরণ হল হ্যাবার-বশ প্রক্রিয়া অ্যামোনিয়া সংশ্লেষণের জন্য (NH3) নাইট্রোজেন থেকে (N2) এবং হাইড্রোজেন (এইচ2):
N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(ছ)
এই প্রক্রিয়াটি বড় আকারের সার উৎপাদনের জন্য অত্যাবশ্যক এবং এর অর্থনৈতিক গুরুত্ব রয়েছে। প্রতিক্রিয়াটি এক্সোথার্মিক, তাই লে চ্যাটেলিয়ারের নীতি অনুসারে, নিম্ন তাপমাত্রা অ্যামোনিয়া গঠনের পক্ষে। যাইহোক, নিম্ন তাপমাত্রাও বিক্রিয়াকে ধীর করে দেয়, তাই মাঝারি তাপমাত্রা (প্রায় 450 ডিগ্রি সেলসিয়াস) ব্যবহার করে প্রতিক্রিয়ার গতি এবং ফলনের মধ্যে একটি ভারসাম্য অর্জন করা হয়।
তদ্ব্যতীত, কারণ পণ্যগুলিতে কম গ্যাস উত্পাদিত হয় (NH এর 2 মোল3 4 মোল বিক্রিয়াকের তুলনায়), চাপ বৃদ্ধি অ্যামোনিয়া গঠনের পক্ষেও। আবার, মাঝারি চাপের অবস্থা (প্রায় 200 atm) একটি নিষেধাজ্ঞামূলক খরচ ছাড়াই প্রতিক্রিয়া অনুকূল করতে ব্যবহৃত হয়।
একটি লোহা অনুঘটকের ব্যবহার ভারসাম্যের অবস্থানকে প্রভাবিত না করে প্রতিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে, শিল্প অবস্থার অধীনে অ্যামোনিয়াকে দক্ষতার সাথে উত্পাদন করতে দেয়।
রাসায়নিক ভারসাম্য একটি তাত্ত্বিক এবং শিল্প উভয় পর্যায়ে রাসায়নিক প্রতিক্রিয়া বোঝার এবং পরিচালনার একটি মূল ধারণা। এর জন্য ধন্যবাদ, রাসায়নিক সিস্টেমের আচরণ ভবিষ্যদ্বাণী করা যেতে পারে এবং ফলাফল অপ্টিমাইজ করার জন্য ম্যানিপুলেট করা যেতে পারে, যেমন হ্যাবার-বশ প্রক্রিয়ার মতো ক্ষেত্রে স্পষ্টভাবে পরিলক্ষিত হয়। এই গতিশীল ভারসাম্য আমাদের অত্যাবশ্যক রাসায়নিক উৎপাদনে অধিকতর দক্ষতা অর্জন করতে দেয়।