offSchoolবেটা

রসায়ন · অধ্যায় ১০

ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজ: লোহার পেরেক ও কপার সালফেট

মান বদলাও, চালাও, আর দেখো কী ঘটে।

স্কুলের রসায়ন ল্যাবরেটরিতে নীল রঙের কপার সালফেট (CuSO₄) দ্রবণে ৫.৬ g ওজনের একটি লোহার (Fe) পেরেক ডুবিয়ে রাখা হলো। কিছুক্ষণ পর দেখা গেল পেরেকের গায়ে লালচে তামার প্রলেপ পড়েছে এবং দ্রবণ থেকে ৬.৩৫ g কপার বিস্থাপিত হয়েছে (Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu)। এবার রাফি সবুজ রঙের ফেরাস সালফেট (FeSO₄) দ্রবণে ৬.৩৫ g তামার (Cu) তার ডুবিয়ে রাখল। দুটি মিশ্রণের মধ্যে কোনটিতে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া ঘটবে?

দুটি পরীক্ষার মধ্যে কোনটিতে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া ঘটবে?

  1. শুধুমাত্র Fe + CuSO₄ পাত্রে — লোহা কপারকে সরাতে পারলেও কপার লোহাকে সরাতে পারে না (০ g লোহা বিস্থাপিত)
  2. উভয় পাত্রেই বিক্রিয়া ঘটবে — লোহা কপারকে সরাতে পারলে কপারও দ্রবণ থেকে ৫.৬ g লোহা বিস্থাপিত করবে
  3. শুধুমাত্র Cu + FeSO₄ পাত্রে — তামার পারমাণবিক ভর (৬৩.৫) লোহার (৫৬) চেয়ে বেশি হওয়ায় তামা লোহাকে বের করে দেবে

যা বদলাতে পারবে

  • যোগ করা ধাতু: ম্যাগনেসিয়াম (Mg), অ্যালুমিনিয়াম (Al), জিংক (Zn), আয়রন / লোহা (Fe), লেড / সীসা (Pb), কপার / তামা (Cu), সিলভার / রূপা (Ag)
  • লবণের দ্রবণ: কপার সালফেট (CuSO₄) — নীল দ্রবণ, ফেরাস সালফেট (FeSO₄) — হালকা সবুজ দ্রবণ, জিংক সালফেট (ZnSO₄) — বর্ণহীন দ্রবণ, সিলভার নাইট্রেট (AgNO₃) — বর্ণহীন দ্রবণ, হাইড্রোক্লোরিক এসিড (HCl) — বর্ণহীন দ্রবণ
  • ধাতুর ভর: ০.৫ থেকে ৫৬ g

যা মেপে দেখাবে

  • প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া ঘটে?
  • বিক্রিয়ার উৎপাদ
  • বিস্থাপিত ধাতুর ভর (g)
  • সক্রিয়তা সিরিজের ব্যবধান

চালানোর সময় খেয়াল করো

  • ধাতু পরিবর্তন করে তামা (Cu) এবং দ্রবণ হিসেবে ফেরাস সালফেট (FeSO₄) নির্বাচন করো। এবার কি কোনো প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া ঘটছে?
  • সক্রিয়তার ব্যবধান (Reactivity gap) লক্ষ করো। ব্যবধান ধনাত্মক হলে বিক্রিয়া ঘটে, কিন্তু ঋণাত্মক হলে কি বিক্রিয়া ঘটে?

নিজে করে দেখো

  1. সোনারুর দোকানের সিলভার নাইট্রেট বর্জ্য থেকে সবচেয়ে কম তামার তার দিয়ে অন্তত ২০ g রুপা উদ্ধার করো।
    ইঙ্গিত

    ১ mol Cu ইলেকট্রন দুটি দেয়, তাই ২ mol Ag⁺ কে রুপায় পরিণত করে।

  2. ফেরাস সালফেট দ্রবণ থেকে লোহা সরিয়ে দিতে পারে এমন একটি ধাতু খুঁজে বের করো।
    ইঙ্গিত

    সক্রিয়তা সিরিজে লোহার উপরে কোন ধাতুগুলো আছে?

ধারণাটা কী?আগে নিজে চালিয়ে দেখো, তারপর খোলো।

ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজ ও একমুখী প্রতিস্থাপন

Fe (s)+CuSO4 (aq)→FeSO4 (aq)+Cu (s)[Fe>Cu]\text{Fe (s)} + \text{CuSO}_4\text{ (aq)} \rightarrow \text{FeSO}_4\text{ (aq)} + \text{Cu (s)} \quad [\text{Fe} > \text{Cu}]

ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজে যে ধাতু যত উপরে থাকে, তার ইলেকট্রন ত্যাগ করে ধনাত্মক আয়নে পরিণত হওয়ার প্রবণতা (তড়িৎ ধনাত্মকতা) তত বেশি। কোনো অধিক সক্রিয় ধাতু তার চেয়ে কম সক্রিয় ধাতুর লবণের জলীয় দ্রবণ থেকে তাকে প্রতিস্থাপন করতে পারে। সক্রিয়তা সিরিজে আয়রন (Fe) কপারের (Cu) উপরে অবস্থিত। তাই লোহার পেরেক কপার সালফেট দ্রবণে রাখলে লোহা সহজে দুটি ইলেকট্রন ত্যাগ করে জারিত হয় (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻) এবং দ্রবণ থেকে Cu²⁺ আয়ন সেই ইলেকট্রন গ্রহণ করে বিজারিত হয়ে ধাতব কপার হিসেবে পেরেকের গায়ে জমা হয়। ফলে নীল দ্রবণ হালকা সবুজ ফেরাস সালফেটে (FeSO₄) রূপান্তরিত হয়। কিন্তু কপার সক্রিয়তা সিরিজে লোহার নিচে অবস্থান করায় কপার লোহাকে কোনোভাবেই প্রতিস্থাপন করতে পারে না। তাই Cu + FeSO₄ মিশ্রণে কোনো বিক্রিয়া ঘটে না।

অন্য উত্তরগুলো কেন ভুল

অনেকে মনে করে ধাতুর প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া উভয়মুখী—অর্থাৎ লোহা কপারকে সরাতে পারলে কপারও লোহাকে সরাতে পারবে। আবার অনেকে মনে করে পারমাণবিক ভর বেশি হলে ধাতু বেশি সক্রিয় হয় (যেমন তামার ভর ৬৩.৫ এবং লোহার ভর ৫৬)। বাস্তবে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া পারমাণবিক ভরের উপর নির্ভর করে না, বরং ইলেকট্রন ত্যাগের সহজতার উপর নির্ভর করে। সক্রিয়তা সিরিজে লোহার অবস্থান কপারের উপরে হওয়ায় লোহা কপারকে দ্রবণ থেকে তাড়িয়ে দেয়, কিন্তু কম সক্রিয় কপার কখনোই লোহাকে দ্রবণ থেকে বিস্থাপিত করতে পারে না। তাই ফেরাস সালফেট দ্রবণে তামার তার রাখলে ০ g লোহা বিস্থাপিত হয়।

যেসব ভুল ধারণা হয়

  • ধাতুর প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া উভয়মুখী এবং যেকোনো ধাতু অন্য ধাতুকে প্রতিস্থাপন করতে পারে
  • বেশি পারমাণবিক ভরবিশিষ্ট ভারী ধাতু সবসময় কম ভরের হালকা ধাতুকে দ্রবণ থেকে প্রতিস্থাপন করে

বাস্তবে কোথায় দেখা যায়

  • গ্যালভানাইজিং ও স্যাক্রিফিসিয়াল অ্যানোড সুরক্ষা — বাংলাদেশের বর্ষাকালে ও নদী-উপকূলীয় আর্দ্র অঞ্চলে লোহার তৈরি টিনের ঘর, পদ্মা সেতুর রেলপিলারের ভিত্তি এবং নদীপথের লঞ্চ ও স্টিমারের তলা মরচে পড়া থেকে রক্ষা করতে জিংক (Zn) বা ম্যাগনেসিয়াম (Mg) ব্যবহার করা হয়। সক্রিয়তা সিরিজে জিংক লোহার উপরে থাকায় তা নিজে জারিত হয়ে লোহাকে ক্ষয় থেকে রক্ষা করে।
  • ইলেকট্রনিক্স বর্জ্য ও কারখানা থেকে তামা পুনরুদ্ধার — ঢাকার ধোলাইখাল ও ইলেকট্রনিক্স ওয়ার্কশপে সার্কিট বোর্ডের এচিং শেষে উদ্বৃত্ত কপার সালফেট দ্রবণ থেকে মূল্যবান তামা পুনরুদ্ধারে লোহার গুঁড়ো বা স্ক্র্যাপ লোহা ব্যবহার করা হয়। কম খরচে লোহা যোগ করলেই প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ার মাধ্যমে খাঁটি ধাতব কপার অধঃক্ষিপ্ত হয়, যা পুনরায় তামার তার তৈরিতে ব্যবহার করা যায়।

পাঠ্যবইয়ের টপিক