Azeotropic mixtures and separating liquids by distillation
সমস্ফুটন মিশ্রণ ও আংশিক পাতন
দুটি মিশ্রণীয় তরল আলাদা করতে আংশিক পাতন ব্যবহার করা হয়, আর সেটি কাজ করে কেবল যদি তাদের স্ফুটনাঙ্কে যথেষ্ট পার্থক্য থাকে; পার্থক্য খুব কম হলে বারবার পাতন লাগে। কিছু জোড়া আছে যাদের একটি নির্দিষ্ট অনুপাতে মিশ্রণটি নিজেই একটি বিশুদ্ধ তরলের মতো আচরণ করে — স্থির তাপমাত্রায় ফোটে এবং বাষ্পের সংযুতি তরলের সংযুতির সমান থাকে। এদের বলা হয় সমস্ফুটন বা অ্যাজিওট্রপিক মিশ্রণ, আর এদের সাধারণ পাতনে কিছুতেই আলাদা করা যায় না। এই কারণেই সাধারণ পাতনে ইথানলকে ৯৫ শতাংশের বেশি বিশুদ্ধ করা সম্ভব হয় না।
আংশিক পাতন কার্যকর হয় স্ফুটনাঙ্কের যথেষ্ট পার্থক্য থাকলে; পার্থক্য খুব কম হলে বারবার পাতন লাগে
সমস্ফুটন মিশ্রণ স্থির তাপমাত্রায় ফোটে এবং বাষ্প ও তরলের সংযুতি এক থাকে
সমস্ফুটন মিশ্রণ বারবার পাতন করেও উপাদানে আলাদা করা যায় না
ইথানল-পানি সমস্ফুটন মিশ্রণে ইথানল প্রায় ৯৫.৬%, তাই রেকটিফাইড স্পিরিটের সীমা
ইথানল (১৫.৯%) ও CCl₄ (৮৪.১%) একটি সমস্ফুটন মিশ্রণ, স্ফুটনাঙ্ক প্রায় ৬৫ °C
দ্রবীভূত কঠিন থেকে দ্রাবক আলাদা করতে সাধারণ পাতনই যথেষ্ট — যেমন লবণাক্ত পানি থেকে পানি
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
'বারবার পাতিত করেও আলাদা করা যায় না' — এই বাক্যটি থাকলে উত্তর সমস্ফুটন মিশ্রণ।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·সমস্ফুটন মিশ্রণকে বিশুদ্ধ যৌগ ধরা — এটি মিশ্রণ, কেবল আচরণে বিশুদ্ধ তরলের মতো
- ·বারবার পাতন করলে সমস্ফুটন মিশ্রণ আলাদা হবে ভাবা
- ·স্ফুটনাঙ্কের পার্থক্য বেশি হলে আংশিক পাতন লাগে ভাবা — বেশি পার্থক্যে সাধারণ পাতনই যথেষ্ট
True solution, colloid and suspension
প্রকৃত দ্রবণ, কলয়েড ও সাসপেনশন
তিনটির পার্থক্য মূলত কণার আকারে। প্রকৃত দ্রবণে কণা এত ছোট যে আলো তাদের গায়ে লেগে ছড়ায় না, দ্রবণ স্বচ্ছ থাকে এবং কণা কখনও থিতিয়ে পড়ে না। কলয়েডে কণা মাঝারি — খালি চোখে দেখা যায় না, কিন্তু আলোর পথ দৃশ্যমান হয়ে ওঠে, একে বলে টিনডাল প্রভাব। সাসপেনশনে কণা এত বড় যে স্থির রাখলে থিতিয়ে পড়ে এবং সাধারণ পরিস্রাবণেই আটকে যায়। কলয়েডের কণাগুলোকে জোর করে একত্র করে বড় করে ফেলাকে বলে কোয়াগুলেশন, আর দুধ থেকে ছানা তৈরি ঠিক সেটাই।
কণার আকার: প্রকৃত দ্রবণ < ১ nm; কলয়েড ১–১০০০ nm; সাসপেনশন > ১০০০ nm
টিনডাল প্রভাব কেবল কলয়েডে দেখা যায়, প্রকৃত দ্রবণে নয়
প্রকৃত দ্রবণ স্থিতিশীল ও স্বচ্ছ; সাসপেনশন সময়ের সঙ্গে থিতিয়ে পড়ে
কলয়েডের কণা কোয়াগুলেশনে একত্র হয়ে অধঃক্ষিপ্ত হয় — দুধ থেকে ছানা তৈরি এর উদাহরণ
ইমালসন = তরলে তরলের কলয়েড; সল = তরলে কঠিনের কলয়েড; জেল = কঠিনে তরলের কলয়েড
কলয়েড সাধারণ ফিল্টার পেপারে আটকায় না, সাসপেনশন আটকায়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
টিনডাল প্রভাব দেখা গেলে কলয়েড — প্রকৃত দ্রবণে কখনও নয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·কলয়েডকে অস্থিতিশীল ও থিতিয়ে পড়া ধরা — কলয়েড স্থিতিশীল, সাসপেনশন থিতিয়ে পড়ে
- ·ইমালসন, সল ও জেলের সংজ্ঞা গুলিয়ে ফেলা
- ·দুধকে প্রকৃত দ্রবণ ভাবা — দুধ একটি ইমালসন
Dilution law and mole fraction
লঘুকরণ সূত্র ও মোল ভগ্নাংশ
লঘুকরণে দ্রাবের পরিমাণ একটুও বদলায় না, কেবল দ্রাবক যোগ হয়ে আয়তন বাড়ে। তাই গুণফল ঘনমাত্রা গুণ আয়তন আগে ও পরে সমান থাকে, আর সেখান থেকেই সূত্রটি আসে। মোল ভগ্নাংশ আলাদা ধরনের প্রকাশ — এখানে কোনো একক নেই, কারণ একটি উপাদানের মোলকে ভাগ করা হয় সব উপাদানের মোট মোল দিয়ে। ফলে দ্রবণের সব উপাদানের মোল ভগ্নাংশ যোগ করলে সবসময় এক হয়, আর এই যোগফলের শর্তটিই প্রশ্নে কাজে লাগে।
লঘুকরণ সূত্র: M₁V₁ = M₂V₂
লঘুকরণে দ্রাবের মোল অপরিবর্তিত থাকে, কেবল আয়তন বাড়ে
মোল ভগ্নাংশ x_A = n_A ÷ (n_A + n_B + …)
সব উপাদানের মোল ভগ্নাংশের যোগফল = 1
মোল ভগ্নাংশ এককবিহীন ও তাপমাত্রা-নিরপেক্ষ
সমআয়তন দুটি ভিন্ন ঘনমাত্রার দ্রবণ মেশালে মোট মোল যোগ করে মোট আয়তন দিয়ে ভাগ করতে হয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
মোল ভগ্নাংশের উত্তর কখনও ১-এর বেশি হতে পারে না — উত্তর মিলিয়ে নেওয়ার সহজ পরীক্ষা।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·লঘুকরণে দ্রাবের মোল বেড়ে যায় ভাবা — কেবল দ্রাবক যোগ হয়
- ·মোল ভগ্নাংশের হরে কেবল দ্রাবকের মোল বসানো — হরে মোট মোল
- ·দুটি দ্রবণ মেশানোর পর ঘনমাত্রা সরাসরি যোগ করা
Classifying liquid-liquid mixtures by miscibility
মিশ্রণীয়তা অনুযায়ী তরল-তরল মিশ্রণের শ্রেণিবিভাগ
দুটি তরল মেশালে তিন রকম আচরণ দেখা যায়। কেউ কেউ সব অনুপাতে মেশে — যেমন পানি ও ইথানল; এদের বলা হয় সম্পূর্ণ মিশ্রণীয়। কেউ কেউ একেবারেই মেশে না এবং দুটি আলাদা স্তরে থেকে যায় — যেমন পানি ও বেনজিন; এরা অমিশ্রণীয়। মাঝামাঝি একটি দল আছে যারা একটি নির্দিষ্ট সীমা পর্যন্ত মেশে, তারপর আলাদা হয়ে যায় — যেমন পানি ও ফেনল; এদের আংশিক মিশ্রণীয় বলা হয়। কে কোন দলে পড়বে তা ঠিক করে দেয় অণুদুটির মেরুতা ও তাদের মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন গড়ার সুযোগ।
সম্পূর্ণ মিশ্রণীয়: পানি–ইথানল, পানি–অ্যাসিটোন, বেনজিন–টলুইন
আংশিক মিশ্রণীয়: পানি–ফেনল, পানি–ইথার
অমিশ্রণীয়: পানি–বেনজিন, পানি–তেল, পানি–কার্বন টেট্রাক্লোরাইড
নীতি: সদৃশ সদৃশকে দ্রবীভূত করে (like dissolves like)
আংশিক মিশ্রণীয় জোড়ার একটি সন্ধি তাপমাত্রা থাকে, যার উপরে তারা সব অনুপাতে মেশে
অমিশ্রণীয় তরল পৃথকীকরণ ফানেলে আলাদা করা হয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
পোলার-পোলার বা অপোলার-অপোলার হলে মেশে; একটি পোলার আর একটি অপোলার হলে মেশে না।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·পানি ও ইথারকে সম্পূর্ণ অমিশ্রণীয় ধরা — এরা আংশিক মিশ্রণীয়
- ·ঘনত্বের পার্থক্য দিয়ে মিশ্রণীয়তা ঠিক করা — নির্ণায়ক মেরুতা, ঘনত্ব নয়
- ·বেনজিন ও টলুইনকে অমিশ্রণীয় ভাবা — দুটোই অপোলার, তাই মেশে
Molarity, molality and the units that get confused
মোলারিটি, মোলালিটি ও ঘনমাত্রার একক
ঘনমাত্রা প্রকাশের কয়েকটি পদ্ধতি আছে এবং তাদের হর আলাদা — এই হরটাই আসল পার্থক্য। মোলারিটিতে দ্রাবের মোল সংখ্যাকে ভাগ করা হয় দ্রবণের মোট আয়তন দিয়ে, লিটারে। মোলালিটিতে ভাগ করা হয় কেবল দ্রাবকের ভর দিয়ে, কিলোগ্রামে — দ্রবণের নয়, দ্রাবকের। এই পার্থক্যের একটি ব্যবহারিক ফল আছে: আয়তন তাপমাত্রার সঙ্গে বদলায়, ভর বদলায় না, তাই তাপমাত্রা বদলালে মোলারিটি বদলে যায় কিন্তু মোলালিটি অপরিবর্তিত থাকে।
মোলারিটি M = দ্রাবের মোল ÷ দ্রবণের আয়তন (লিটার)
মোলালিটি m = দ্রাবের মোল ÷ দ্রাবকের ভর (কিলোগ্রাম)
মোলারিটি তাপমাত্রা-নির্ভর; মোলালিটি তাপমাত্রা-নিরপেক্ষ
ডেসিমোলার দ্রবণ = 0.1 M; সেন্টিমোলার = 0.01 M; মোলার = 1 M
নরমালিটি N = গ্রাম-তুল্যাঙ্ক ÷ আয়তন (লিটার); N = M × যোজ্যতা গুণিতক
শতকরা (w/v) = ১০০ mL দ্রবণে দ্রাবের গ্রাম-সংখ্যা
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
হর দেখে চিনে নাও — দ্রবণের আয়তন হলে মোলারিটি, দ্রাবকের ভর হলে মোলালিটি।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·মোলালিটির হরে দ্রবণের ভর বসানো — হরে থাকে কেবল দ্রাবকের ভর
- ·মোলারিটিকে তাপমাত্রা-নিরপেক্ষ ভাবা — আয়তন প্রসারিত হলে মোলারিটি কমে
- ·ডেসিমোলারকে ১০ M ভাবা — উপসর্গটি ভাগ বোঝায়, গুণ নয়
Converting a percentage strength into molarity
শতকরা হার থেকে মোলারিটি নির্ণয়
এটি এই অধ্যায়ের সবচেয়ে বেশি আসা হিসাব। শতকরা মান বলে দেয় একশো ভাগে কত ভাগ দ্রাব আছে, আর মোলারিটি চায় প্রতি লিটারে কত মোল। তাই তিনটি ধাপ লাগে — প্রথমে একশো গ্রাম বা একশো মিলিলিটার ধরে দ্রাবের ভর বের করা, তারপর সেই ভরকে আণবিক ভর দিয়ে ভাগ করে মোলে বদলানো, শেষে আয়তনকে লিটারে এনে ভাগ করা। ঘনত্ব দেওয়া থাকলে w/w শতকরা থেকে আয়তনে যেতে সেটিই লাগে; না দেওয়া থাকলে দ্রবণের ঘনত্ব ১ ধরা হয়।
M = (শতকরা × ঘনত্ব × 10) ÷ আণবিক ভর — w/w শতকরার জন্য
w/v শতকরার ক্ষেত্রে M = (শতকরা × 10) ÷ আণবিক ভর
Na₂CO₃-এর আণবিক ভর ১০৬; ৫% দ্রবণ (w/v) → M = ৫০ ÷ ১০৬ ≈ ০.৪৭
সংখ্যা ১০ আসে ১০০ mL থেকে ১০০০ mL-এ রূপান্তর থেকে
ঘনত্ব উল্লেখ না থাকলে লঘু জলীয় দ্রবণে ১ g/mL ধরা হয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
আণবিক ভর ভুল হলে পুরো হিসাব ভুল — Na₂CO₃ ১০৬, NaOH ৪০, H₂SO₄ ৯৮ মুখস্থ রাখো।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·১০ দিয়ে গুণ করতে ভুলে যাওয়া — উত্তর দশ গুণ ছোট আসে
- ·w/w ও w/v শতকরা গুলিয়ে ফেলা — ঘনত্ব লাগবে কি না তা এর উপরেই নির্ভর করে
- ·আণবিক ভরের বদলে পারমাণবিক ভর ব্যবহার করা
Solubility, polarity and the solubility of salts
দ্রাব্যতা, মেরুতা ও লবণের দ্রবণীয়তা
কোনো পদার্থ পানিতে দ্রবীভূত হবে কি না তা নির্ভর করে দ্রাব ও দ্রাবকের অণুর মধ্যে আকর্ষণ কতটা শক্তিশালী তার উপর। পানি অত্যন্ত পোলার, তাই পোলার ও আয়নিক যৌগ সহজে মেশে — পানির অণু আয়নগুলোকে ঘিরে ধরে জালি থেকে টেনে বের করে আনে। অপোলার যৌগে সেই আকর্ষণ নেই, তাই তারা পানিতে না মিশে অপোলার দ্রাবকে মেশে। তবে সব আয়নিক লবণ দ্রবণীয় নয় — জালির বন্ধন যদি জলযোজন থেকে পাওয়া শক্তির চেয়ে বেশি হয়, লবণটি অদ্রবণীয় থেকে যায়, যেমন বেরিয়াম সালফেট।
সদৃশ সদৃশকে দ্রবীভূত করে — পোলার দ্রাবকে পোলার দ্রাব
গ্যাসের দ্রাব্যতা তাপমাত্রা বাড়লে কমে, চাপ বাড়লে বাড়ে (হেনরির সূত্র)
অধিকাংশ কঠিন লবণের দ্রাব্যতা তাপমাত্রার সঙ্গে বাড়ে
সব নাইট্রেট ও অধিকাংশ সোডিয়াম, পটাশিয়াম ও অ্যামোনিয়াম লবণ পানিতে দ্রবণীয়
BaSO₄, PbSO₄, CaSO₄ অদ্রবণীয় বা স্বল্পদ্রবণীয় সালফেট
AgCl, PbCl₂ অদ্রবণীয় ক্লোরাইড; অন্য ক্লোরাইড সাধারণত দ্রবণীয়
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
'কোন সালফেট অদ্রবণীয়' — বেরিয়াম প্রায় সবসময় উত্তর।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·সব সালফেটকে দ্রবণীয় ধরা — BaSO₄ ও PbSO₄ ব্যতিক্রম
- ·গ্যাসের দ্রাব্যতাও তাপমাত্রার সঙ্গে বাড়ে ভাবা — গ্যাসে সম্পর্ক উল্টো
- ·আয়নিক মানেই সবসময় পানিতে দ্রবণীয় ধরে নেওয়া
Telling solute from solvent
দ্রাব ও দ্রাবক চেনা
দুটি পদার্থ মিশিয়ে দ্রবণ বানালে কোনটিকে দ্রাব আর কোনটিকে দ্রাবক বলা হবে, তা ঠিক হয় পরিমাণ দিয়ে — যেটি বেশি পরিমাণে আছে সেটি দ্রাবক, যেটি কম সেটি দ্রাব। অবস্থার কোনো ভূমিকা নেই; কঠিন হলেই দ্রাব নয়। দুটি তরল মেশালেও একই নিয়ম খাটে, তাই অ্যালকোহল-পানি মিশ্রণে কে দ্রাবক তা অনুপাত না জানা পর্যন্ত বলা যায় না। একটি ব্যতিক্রমী প্রথা আছে — জলীয় দ্রবণে পানির পরিমাণ যত কমই হোক, তাকেই দ্রাবক ধরা হয়।
দ্রাবক = অপেক্ষাকৃত বেশি পরিমাণে থাকা উপাদান; দ্রাব = কম পরিমাণে থাকা উপাদান
অবস্থা (কঠিন/তরল/গ্যাস) দিয়ে দ্রাব-দ্রাবক নির্ধারিত হয় না
প্রথাগতভাবে পানি উপস্থিত থাকলে তাকেই দ্রাবক ধরা হয়
দ্রবণ সমসত্ত্ব মিশ্রণ — সর্বত্র একই সংযুতি
দ্রাব ও দ্রাবক দুটিই কঠিন হতে পারে — সংকর ধাতু এর উদাহরণ
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
পরিমাণ ছাড়া কিছুই দেখতে হবে না — বেশি মানেই দ্রাবক।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·কঠিন উপাদানকে সবসময় দ্রাব ধরা — সংকর ধাতুতে দুটোই কঠিন
- ·তরলকে সবসময় দ্রাবক ধরা
- ·দ্রবণ ও মিশ্রণকে সমার্থক ভাবা — দ্রবণ অবশ্যই সমসত্ত্ব
Hard water — causes and removal of permanent hardness
পানির খরতা ও তা দূরীকরণ
পানিতে দ্রবীভূত ক্যালসিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম আয়ন থাকলে তাকে খর পানি বলা হয়। খরতা দুই ধরনের। সাময়িক খরতার কারণ বাইকার্বনেট লবণ, আর এটি সহজেই দূর হয় — ফুটিয়ে দিলে বাইকার্বনেট ভেঙে অদ্রবণীয় কার্বনেটে পরিণত হয় এবং থিতিয়ে পড়ে। স্থায়ী খরতার কারণ সালফেট ও ক্লোরাইড লবণ, আর সেগুলো ফুটিয়ে দূর হয় না; তাদের অপসারণে রাসায়নিক পদ্ধতি লাগে যা ক্যালসিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম আয়নকে হয় অদ্রবণীয় করে ফেলে, নয়তো অন্য আয়ন দিয়ে বদলে দেয়।
খরতার কারণ পানিতে দ্রবীভূত Ca²⁺ ও Mg²⁺ আয়ন
সাময়িক খরতা: বাইকার্বনেট লবণ — ফুটিয়ে দূর করা যায়
স্থায়ী খরতা: সালফেট ও ক্লোরাইড লবণ — ফুটিয়ে দূর হয় না
স্থায়ী খরতা দূরীকরণ: ওয়াশিং সোডা (Na₂CO₃) যোগ, পারমুটিট বা আয়ন-বিনিময় পদ্ধতি
ক্লার্ক পদ্ধতিতে চুন যোগ করে সাময়িক খরতা দূর করা হয়
খর পানিতে সাবান ফেনা দেয় না, বরং অদ্রবণীয় সর তৈরি করে
পরীক্ষায় যেভাবে আসে
ফুটিয়ে দূর হলে সাময়িক, না হলে স্থায়ী — এই একটি প্রশ্নেই দুই শ্রেণি আলাদা হয়।
এখানে ভুল হয় (৩)
- ·স্থায়ী খরতা ফুটিয়ে দূর হয় ভাবা — কেবল সাময়িকটি হয়
- ·খরতার কারণ হিসেবে সোডিয়াম আয়ন বলা — কারণ ক্যালসিয়াম ও ম্যাগনেসিয়াম
- ·খর পানিতে ডিটারজেন্টও কাজ করবে না ভাবা — ডিটারজেন্ট কাজ করে, সাবান করে না