রসায়ন দ্বিতীয় পত্র · একাদশ-দ্বাদশ · অধ্যায় ১ · ১.১৫
ব্রনস্টেড-লাউরির তত্ত্ব ও কনজুগেট জোড়।
NH₃ এর অণুতে একটাও OH নেই, তবু রসায়ন তাকে ক্ষারক বলে। আরহেনিয়াসের তত্ত্বে এর জায়গা হয় না। ১৯২৩ সালে দুজন মানুষ প্রশ্নটা অন্যভাবে করলেন: প্রোটন কে দিল, আর কে নিল? সেই এক প্রশ্নেই অম্ল, ক্ষারক, উভধর্মী আর অনুবন্ধী জোড় সব মিলে যায়।
১. প্রোটন কে দিল, কে নিল
১৯২৩ সালে ডেনমার্কের জোহান্স ব্রনস্টেড আর ইংল্যান্ডের টমাস লাউরি, দুজন আলাদাভাবে, অম্ল-ক্ষারকের প্রোটনীয় তত্ত্ব দেন। তাই নামটা জোড়া: ব্রনস্টেড-লাউরি।
সংজ্ঞাটা ছোট। অম্ল হলো প্রোটন (H⁺) দাতা, ক্ষারক হলো প্রোটন গ্রহীতা। কোনো পদার্থ কী, সেটা তার নিজের নামে লেখা নেই; বিক্রিয়ায় সে প্রোটন দিচ্ছে না নিচ্ছে, সেটাই বলে দেয়।
পানিতে অম্ল প্রোটন ছেড়ে দেয়, আর পানি সেটা নেয়:
HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
H₂SO₄ + H₂O → H₃O⁺ + HSO₄⁻
HSO₄⁻ + H₂O → H₃O⁺ + SO₄²⁻
H₂PO₄⁻ + H₂O → H₃O⁺ + HPO₄²⁻
চারটাতেই H₂O প্রোটন নিচ্ছে, তাই এখানে পানি ক্ষারক।
এবার HCl কে অন্য সঙ্গীর সামনে রাখো। NH₃ + HCl → NH₄⁺ + Cl⁻ এবং OH⁻ + HCl → H₂O + Cl⁻। দুই জায়গাতেই HCl প্রোটন দিচ্ছে, আর NH₃ ও OH⁻ সেটা নিচ্ছে, তাই ওরা ক্ষারক।
আরহেনিয়াসের সঙ্গে সম্পর্কটা একতরফা। সব আরহেনিয়াস এসিড ব্রনস্টেড-লাউরি এসিড, কিন্তু সব ব্রনস্টেড-লাউরি ক্ষারক আরহেনিয়াস ক্ষারক নয়। F⁻, CO₃²⁻ আর NH₃ তে মুক্ত জোড় ইলেকট্রন আছে, ওরা প্রোটন নিতে পারে, তবু আরহেনিয়াস ক্ষারক নয়। OH⁻ এমন, যে দুই তত্ত্বেই ক্ষারক।
ফলে ক্ষারকের ধারণা বড় হয়েছে। আর প্রোটন স্থানান্তর শুধু পানিতে বাঁধা নয়: সমসত্ত্বীয় গ্যাসে, জলীয় ও অজলীয় দ্রবণে এবং অসমসত্ত্বীয় মিশ্রণেও ঘটতে পারে।
২. যে দুই দিকেই যায়
HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ তে পানি প্রোটন নেয়, ক্ষারক। কিন্তু NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ তে পানি প্রোটন দেয়, অম্ল। একই পানি, দুই ভূমিকা। এই ধর্মকে বলে উভধর্মী।
পানি নিজের সঙ্গেই এটা করে। স্ব-আয়ননে 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻ তে একটি অণু প্রোটন দেয় (অম্ল), আরেকটি নেয় (ক্ষারক)। তাই H₃O⁺ হলো H₂O এর অনুবন্ধী অম্ল, আর OH⁻ তার অনুবন্ধী ক্ষারক।
পানিই একমাত্র নয়। যে যৌগ অবস্থাভেদে এসিড ও ক্ষারক দুই রূপেই ক্রিয়া করে, সে উভধর্মী। HCO₃⁻ এসিড হলে CO₃²⁻ + H₂O দেয়, ক্ষারক হলে H₂CO₃ + HO⁻ দেয়।
HSO₄⁻ ও তাই। এসিড হলে সে SO₄²⁻ + H₃O⁺ দেয়, আর ক্ষারক হলে (N₂H₆²⁺ এর সঙ্গে) H₂SO₄ + N₂H₅⁺ দেয়। আরও উভধর্মী আয়ন: HS⁻, H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, H₂PO₃⁻। নিচে দশটা চিপ আছে; প্রথম সাতটা চারটা নির্দিষ্ট বিক্রিয়ার, শেষ তিনটা একা আয়ন। ভাগ করো।
দাতা না গ্রহীতা
(১) HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
(২) NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
(৩) HCl + HCO₃⁻ ⇌ H₂CO₃ + Cl⁻
(৪) HCO₃⁻ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + CO₃²⁻
৩. অনুবন্ধী জোড়: এক H⁺ এর তফাত
H₂S + NH₃ ⇌ HS⁻ + NH₄⁺ দেখো। এখানে দুটো জোড় আছে: H₂S আর HS⁻ একটি অনুবন্ধী যুগল, NH₃ আর NH₄⁺ আরেকটি।
অনুবন্ধী ক্ষারক হলো অম্ল প্রোটন দান করে যা হয়: অম্লের চেয়ে একটি H⁺ কম, একটি ঋণাত্মক চার্জ বেশি। অনুবন্ধী অম্ল হলো ক্ষারক প্রোটন গ্রহণ করে যা হয়: একটি H⁺ বেশি। যেমন HCl → Cl⁻; NH₄⁺ ⇌ NH₃; H₂S → HS⁻।
সাধারণ রূপটা এই: অম্ল১ + ক্ষারক২ ⇌ ক্ষারক১ + অম্ল২। আলাদা করে লিখলে অম্ল ⇌ H⁺ + অনুবন্ধী ক্ষারক, আর ক্ষারক + H⁺ ⇌ অনুবন্ধী অম্ল।
সারণি ১.৯ এ এই নিয়মে জোড় বের করা হয়েছে। (১) HF + H₂O ⇌ F⁻ + H₃O⁺: জোড় HF/F⁻ আর H₃O⁺/H₂O। (২) H₂PO₄⁻ + OH⁻ ⇌ HPO₄²⁻ + H₂O: জোড় H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ আর H₂O/OH⁻। (৩) HPO₄²⁻ + SO₃²⁻ ⇌ PO₄³⁻ + HSO₃⁻: জোড় HPO₄²⁻/PO₄³⁻ আর HSO₃⁻/SO₃²⁻। উভধর্মী এখানে দুটো: H₂O আর HPO₄²⁻, কারণ একটা বিক্রিয়ায় ক্ষারক, আরেকটায় অম্ল।
সমাধানকৃত সমস্যা ১.৬৮ একই কাজ একটা অম্লের জন্য। আরহেনিয়াস মতে HNO₂ → H⁺ + NO₂⁻, অম্ল। ব্রনস্টেড-লাউরি মতে HNO₂ + H₂O ⇌ NO₂⁻ + H₃O⁺, আর অনুবন্ধী ক্ষারক NO₂⁻।
নিচের ছবিতে বাঁ দিকের একটা ঘর ধরো, তারপর ডান দিকে তার জোড়টা ছোঁও। HCO₃⁻ আর HSO₄⁻ দুই কলামেই আছে, কারণ একবার ওরা অম্ল, একবার ক্ষারক; কলামের মাথার নাম দেখে ভূমিকা চেনো।
একটি H⁺ এর তফাত
৪. সবল অম্লের বন্ধু দুর্বল
জোড়ের দুই সদস্যের জোর উল্টো। তীব্র অম্লের অনুবন্ধী ক্ষারক দুর্বল; দুর্বল অম্লের অনুবন্ধী ক্ষারক সবল। একইভাবে তীব্র ক্ষারকের অনুবন্ধী অম্ল দুর্বল, দুর্বল ক্ষারকের অনুবন্ধী অম্ল সবল। HCl তীব্র অম্ল, তাই Cl⁻ মৃদু ক্ষারক। HCO₃⁻ মৃদু অম্ল, তাই তার CO₃²⁻ তীব্র ক্ষারক। OH⁻ → H₂O আর NH₃ → NH₄⁺ ও একই নিয়মে।
বইয়ের সারণিতে তীব্র অম্ল আর মৃদু অনুবন্ধী ক্ষারক: HCl/Cl⁻, HNO₃/NO₃⁻, H₂SO₄/HSO₄⁻, HSO₄⁻/SO₄²⁻। মৃদু অম্ল আর তীব্র অনুবন্ধী ক্ষারক: HNO₂/NO₂⁻, HCO₃⁻/CO₃²⁻। মৃদু অম্লের তালিকা: H₂CO₃, HCOOH, CH₃COOH, HCN, HF, H₂S, H₂O। ক্ষারকে OH⁻ তীব্র (তার অনুবন্ধী অম্ল H₂O মৃদু), NH₃ মৃদু (NH₄⁺ তীব্র), Cl⁻ মৃদু (HCl তীব্র)।
সবটা এক সারিতে বসানো আছে। অম্লের তীব্রতার ক্রম: HClO₄ > H₂SO₄ > HI > HBr > HCl > HNO₃ > H₃O⁺ > HSO₄⁻ > H₂SO₃ > H₃PO₄ > HNO₂ > HF > HCOOH > CH₃COOH > H₂CO₃ > H₂S > NH₄⁺ > HCN > HCO₃⁻ > H₂O।
অনুবন্ধী ক্ষারকের ক্রম ঠিক উল্টো: ClO₄⁻ < HSO₄⁻ < I⁻ < Br⁻ < Cl⁻ < NO₃⁻ < H₂O < SO₄²⁻ < HSO₃⁻ < H₂PO₄⁻ < NO₂⁻ < F⁻ < HCOO⁻ < CH₃COO⁻ < HCO₃⁻ < HS⁻ < NH₃ < CN⁻ < CO₃²⁻ < OH⁻। তাই Cl⁻, NO₂⁻, CH₃COO⁻ আর CN⁻ এর মধ্যে সবচেয়ে সবল ক্ষারক CN⁻, কারণ তার অম্ল HCN সবচেয়ে দুর্বল। এবার বইয়ের সারি থেকে দশটা অম্ল নিয়ে, ক্রম না ভেঙে, নিজে সাজাও।
সবল থেকে দুর্বল
৫. মিলিয়ে দেখো
প্রথম প্রশ্নটা তত্ত্বের মূল কথা নিয়ে।
প্রশ্ন ১
NO₂⁻ এর অনুবন্ধী এসিড হলো,
দ্বিতীয়টায় জোড় ধরতে এক H⁺ এর হিসাব করো।
প্রশ্ন ২
H₂CO₃ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + HCO₃⁻ এই বিক্রিয়ায় H₂CO₃ এর অনুবন্ধী ক্ষারক কোনটি?
শেষটায় সবল-দুর্বলের নিয়মটা কাজে লাগাও।
প্রশ্ন ৩
HNO₂ + H₂O ⇌ NO₂⁻ + H₃O⁺ বিক্রিয়ায় HNO₂ এর অনুবন্ধী ক্ষারক কোনটি?
পুরো নোটটা সাতটা কার্ডে।
সাতটা কার্ড
সূত্র: রসায়ন দ্বিতীয় পত্র, একাদশ-দ্বাদশ শ্রেণি (এনসিটিবি), অধ্যায় ১ “পরিবেশ রসায়ন”, অনুচ্ছেদ ১.১৫।