অ্যালুমিনিয়ামের (Al) রসায়ন অনুশীলন প্রশ্ন

বহু-নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)

প্রশ্ন ১

অ্যালুমিনিয়াম সম্পর্কে নিম্নলিখিত বিবৃতিগুলির মধ্যে কোনটি ভুল? A) অ্যালুমিনিয়াম একটি উভধর্মী ধাতু। B) অ্যালুমিনিয়াম লঘু HCl এর সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে। C) অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) প্রকৃতিতে ক্ষারীয়। D) অ্যালুমিনিয়াম তার পৃষ্ঠে অক্সাইডের একটি নিষ্ক্রিয় স্তর তৈরি করে।

সমাধান: সঠিক উত্তর হল C) অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) প্রকৃতিতে ক্ষারীয়।

ব্যাখ্যা: A) অ্যালুমিনিয়াম প্রকৃতপক্ষে একটি উভধর্মী ধাতু, যার অর্থ এটি অ্যাসিড এবং ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে। B) অ্যালুমিনিয়াম লঘু HCl এর সাথে বিক্রিয়া করে: 2Al(s) + 6HCl(aq) \rightarrow 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g)। C) অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) ক্ষারীয় নয়, উভধর্মী। এটি অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে লবণ এবং ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে অ্যালুমিনেট তৈরি করে। উদাহরণস্বরূপ, Al₂O₃ + 6HCl \rightarrow 2AlCl₃ + 3H₂O এবং Al₂O₃ + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO₂ + H₂O। D) অ্যালুমিনিয়াম তার পৃষ্ঠে সহজেই অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের (Al₂O₃) একটি পাতলা, শক্ত এবং অভেদ্য স্তর তৈরি করে, যা অন্তর্নিহিত ধাতুকে আরও ক্ষয় থেকে রক্ষা করে। এটিকে নিষ্ক্রিয়করণ (passivation) বলা হয়।

প্রশ্ন ২

হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়া (Hall-Héroult process) ব্যবহার করে অ্যালুমিনিয়ামের তড়িৎবিশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় ক্রায়োলাইট (Na₃AlF₆) এর প্রধান ভূমিকা কী? A) জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করা। B) অ্যালুমিনার (Al₂O₃) গলনাঙ্ক কমানো। C) অ্যালুমিনার (Al₂O₃) গলনাঙ্ক বাড়ানো। D) অ্যালুমিনিয়ামের প্রধান উৎস হিসেবে কাজ করা।

সমাধান: সঠিক উত্তর হল B) অ্যালুমিনার (Al₂O₃) গলনাঙ্ক কমানো।

ব্যাখ্যা: অ্যালুমিনার (Al₂O₃) গলনাঙ্ক অত্যন্ত উচ্চ (২০০০ °C এর বেশি)। হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়ায়, ক্রায়োলাইট (Na₃AlF₆) গলিত অ্যালুমিনার সাথে যোগ করা হয় মূলত: ১. তড়িৎবিশ্লেষণ মিশ্রণের গলনাঙ্ক কমিয়ে প্রায় ৯৫০-১০০০ °C এ নিয়ে আসা, যা প্রক্রিয়াটিকে অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক করে তোলে। ২. তড়িৎবিশ্লেষ্যের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি করা। ৩. অ্যালুমিনাকে কার্যকরভাবে দ্রবীভূত করা। ক্রায়োলাইট নিজে অ্যালুমিনিয়ামের প্রধান উৎস হিসাবে কাজ করে না; অ্যালুমিনা হল প্রাথমিক আকরিক। এটি জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে না।

প্রশ্ন ৩

অ্যালুমিনিয়াম কোন মৌলের সাথে কর্ণ সম্পর্ক (diagonal relationship) দেখায়, যার ফলে কিছু একই রকম ধর্ম প্রকাশ পায়? A) বোরন B) গ্যালিয়াম C) ম্যাগনেসিয়াম D) বেরিলিয়াম

সমাধান: সঠিক উত্তর হল D) বেরিলিয়াম।

ব্যাখ্যা: ২য় পর্যায় এবং ৩য় পর্যায়ের মৌলগুলির মধ্যে, যারা কর্ণ বরাবর বিপরীত গ্রুপে অবস্থান করে, তাদের মধ্যে কর্ণ সম্পর্ক দেখা যায়। অ্যালুমিনিয়াম (১৩ নং গ্রুপ, ৩য় পর্যায়) বেরিলিয়ামের (২ নং গ্রুপ, ২য় পর্যায়) সাথে কর্ণ সম্পর্ক প্রদর্শন করে। একই রকম ধর্মগুলি হল:

• উভয়ই সমযোজী যৌগ গঠন করে।
• তাদের অক্সাইড (Al₂O₃ এবং BeO) এবং হাইড্রোক্সাইড (Al(OH)₃ এবং Be(OH)₂) উভধর্মী।
• তারা জটিল ফ্লোরাইড গঠন করে, যেমন, [AlF₆]³⁻ এবং [BeF₄]²⁻।
• উভয় ধাতু নাইট্রিক অ্যাসিডের প্রতি নিষ্ক্রিয়।
• উভয়ই শক্তিশালী ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে জটিল অ্যানায়ন (অ্যালুমিনেট এবং বেরিলেট) তৈরি করে।

বিবৃতি-কারণ প্রশ্ন

প্রশ্ন ১

বিবৃতি (A): অ্যালুমিনিয়ামের পাত্র ওয়াশিং সোডা (সোডিয়াম কার্বনেট) দিয়ে ধোয়া উচিত নয়। কারণ (R): ওয়াশিং সোডা ক্ষারীয় এবং অ্যালুমিনিয়ামের সাথে বিক্রিয়া করে সোডিয়াম অ্যালুমিনেট এবং হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করে।

A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা। B) A এবং R উভয়ই সত্য কিন্তু R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা নয়। C) A সত্য কিন্তু R মিথ্যা। D) A মিথ্যা কিন্তু R সত্য। E) A এবং R উভয়ই মিথ্যা।

সমাধান: সঠিক উত্তর হল A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা।

ব্যাখ্যা: অ্যালুমিনিয়াম একটি উভধর্মী ধাতু। ওয়াশিং সোডা (Na₂CO₃) জলে আর্দ্রবিশ্লেষিত (hydrolyzes) হয়ে একটি শক্তিশালী ক্ষার (NaOH) এবং একটি দুর্বল অ্যাসিড (H₂CO₃) উৎপন্ন করে, যা এর দ্রবণকে ক্ষারীয় করে তোলে। Na₂CO₃ + 2H₂O \rightleftharpoons 2NaOH + H₂CO₃ অ্যালুমিনিয়াম শক্তিশালী ক্ষার (NaOH) এর সাথে নিম্নরূপ বিক্রিয়া করে: 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H₂O(l) \rightarrow 2Na[Al(OH)₄](aq) + 3H₂(g) (সোডিয়াম টেট্রাহাইড্রোক্সোঅ্যালুমিনেট(III)) এই বিক্রিয়া অ্যালুমিনিয়ামের পাত্রকে ক্ষয় করে, যার ফলে গর্ত সৃষ্টি হয় এবং ক্ষতি হয়। অতএব, বিবৃতি এবং কারণ উভয়ই সত্য, এবং কারণটি বিবৃতির সঠিক ব্যাখ্যা।

প্রশ্ন ২

বিবৃতি (A): অনার্দ্র AlCl₃ একটি লুইস অ্যাসিড। কারণ (R): অনার্দ্র AlCl₃ একটি ইলেকট্রন-ঘাটতি অণু।

A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা। B) A এবং R উভয়ই সত্য কিন্তু R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা নয়। C) A সত্য কিন্তু R মিথ্যা। D) A মিথ্যা কিন্তু R সত্য। E) A এবং R উভয়ই মিথ্যা।

সমাধান: সঠিক উত্তর হল A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা।

ব্যাখ্যা: অনার্দ্র অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড (AlCl₃) এ, কেন্দ্রীয় অ্যালুমিনিয়াম পরমাণু তিনটি ক্লোরিন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ থাকে। অ্যালুমিনিয়াম ১৩ নং গ্রুপে অবস্থিত এবং এর তিনটি যোজ্যতা ইলেকট্রন রয়েছে। তিনটি সমযোজী বন্ধন গঠনের পর, অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর যোজ্যতা কক্ষে শুধুমাত্র ছয়টি ইলেকট্রন (৩টি ইলেকট্রন জোড়া) থাকে। এর অষ্টক পূর্ণ করার জন্য আরও দুটি ইলেকট্রন প্রয়োজন। লুইস তত্ত্ব অনুসারে, একটি লুইস অ্যাসিড হল একটি ইলেকট্রন জোড়া গ্রহণকারী। যেহেতু AlCl₃ ইলেকট্রন-ঘাটতিযুক্ত, এটি একটি স্থিতিশীল অষ্টক অর্জনের জন্য সহজেই একটি ইলেকট্রন জোড়া গ্রহণ করে, এইভাবে এটি একটি লুইস অ্যাসিড হিসাবে কাজ করে। উদাহরণস্বরূপ, AlCl₃ + Cl⁻ \rightarrow [AlCl₄]⁻। অতএব, বিবৃতি এবং কারণ উভয়ই সত্য, এবং কারণটি বিবৃতির সঠিক ব্যাখ্যা।

সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্ন

প্রশ্ন ১

ব্যাখ্যা করুন কেন অ্যালুমিনিয়াম শক্তিশালী ক্ষার দ্বারা প্রভাবিত হলে [Al(OH)₄]⁻ গঠন করে, কিন্তু ১৩ নং গ্রুপে থাকা সত্ত্বেও বোরন, অনুরূপ পরিস্থিতিতে সাধারণত [B(OH)₄]⁻ গঠন করে না।

আদর্শ উত্তর: অ্যালুমিনিয়াম তার উভধর্মী প্রকৃতি এবং তার সন্নিবেশ সংখ্যা (coordination number) বাড়ানোর ক্ষমতার কারণে টেট্রাহাইড্রোক্সোঅ্যালুমিনেট(III) জটিল যৌগ, [Al(OH)₄]⁻ গঠন করে। বোরনের চেয়ে অ্যালুমিনিয়াম একটি বৃহত্তর পরমাণু হওয়ায়, এর যোজ্যতা কক্ষে খালি d-অরবিটাল রয়েছে, যা হাইড্রোক্সাইড লিগ্যান্ড থেকে অতিরিক্ত ইলেকট্রন জোড়া গ্রহণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি অ্যালুমিনিয়ামকে ৪ এর সন্নিবেশ সংখ্যা অর্জন করতে এবং স্থিতিশীল [Al(OH)₄]⁻ জটিল যৌগ গঠন করতে সহায়তা করে।

অন্যদিকে, বোরন একটি অনেক ছোট পরমাণু এবং এর যোজ্যতা কক্ষে কোনো সহজলভ্য d-অরবিটাল নেই। d-অরবিটালের অনুপস্থিতির কারণে এর সর্বোচ্চ সমযোজ্যতা চারে সীমাবদ্ধ। যদিও এটি নির্দিষ্ট কিছু পরিস্থিতিতে [B(OH)₄]⁻ (টেট্রাহাইড্রোক্সোবোরেট) গঠন করতে পারে, এটি সাধারণত বোরিক অ্যাসিড, B(OH)₃ হিসাবে বিদ্যমান থাকে, যা একটি দুর্বল লুইস অ্যাসিড। বোরনের sp² সংকরায়ন (hybridization) অর্জন এবং সমতলীয় কাঠামো গঠনের প্রবল প্রবণতা, স্টেরিক প্রতিবন্ধকতা (steric hindrance) এবং ইলেকট্রন-ঘাটতির সাথে মিলিত হয়ে, অ্যালুমিনিয়ামের [Al(OH)₄]⁻ গঠনের চেয়ে [B(OH)₄]⁻ গঠনকে কম অনুকূল এবং কম সাধারণ করে তোলে। বোরিক অ্যাসিড B(OH)₃ হিসাবে বিদ্যমান থাকে যা H⁺ দান করার পরিবর্তে একটি OH⁻ আয়ন গ্রহণ করে লুইস অ্যাসিড হিসাবে কাজ করে।

প্রশ্ন ২

অ্যালুমিনিয়ামের তড়িৎবিশ্লেষণ নিষ্কাশনে (হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়া) ক্রায়োলাইট (Na₃AlF₆) এর ভূমিকা বর্ণনা করুন।

আদর্শ উত্তর: অ্যালুমিনা (Al₂O₃) থেকে অ্যালুমিনিয়াম তড়িৎবিশ্লেষণ নিষ্কাশনের হল-হেরোল্ট প্রক্রিয়ায়, ক্রায়োলাইট (Na₃AlF₆) বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে:

১. গলনাঙ্ক কমানো: বিশুদ্ধ অ্যালুমিনার গলনাঙ্ক অত্যন্ত উচ্চ (২০০০ °C এর বেশি)। গলিত ক্রায়োলাইটে অ্যালুমিনাকে দ্রবীভূত করার মাধ্যমে, মিশ্রণের গলনাঙ্ক উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে প্রায় ৯৫০-১০০০ °C এ আনা হয়। তাপমাত্রার এই হ্রাস শিল্প প্রক্রিয়াটিকে অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক করে তোলে, কারণ গলিত অবস্থা বজায় রাখার জন্য কম শক্তির প্রয়োজন হয়।

২. বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি: গলিত অ্যালুমিনা নিজেই বিদ্যুতের একটি দুর্বল পরিবাহী। ক্রায়োলাইট, যখন গলিত অবস্থায় থাকে, তখন এটি আয়নগুলিতে (Na⁺, AlF₆³⁻, AlF₄⁻) বিভক্ত হয়, যা তড়িৎবিশ্লেষ্যের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। এটি তড়িৎবিশ্লেষণের জন্য প্রয়োজনীয় তড়িৎ প্রবাহের কার্যকর পথ সুগম করে।

৩. অ্যালুমিনার দ্রাবক: ক্রায়োলাইট অ্যালুমিনার জন্য একটি চমৎকার দ্রাবক হিসাবে কাজ করে। অ্যালুমিনা গলিত ক্রায়োলাইটে দ্রবীভূত হয়ে AlF₆³⁻ এবং AlOF₂⁻ এর মতো জটিল আয়ন গঠন করে, যা পরে ক্যাথোড এ বিজারিত হয়। এটি তড়িৎরাসায়নিক বিজারণ প্রক্রিয়ার জন্য অ্যালুমিনিয়াম আয়নের একটি নিরবচ্ছিন্ন সরবরাহ নিশ্চিত করে।

সংক্ষেপে, ক্রায়োলাইট কার্যকারী তাপমাত্রা কমানো, বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি এবং অ্যালুমিনাকে দ্রবীভূত করার জন্য অপরিহার্য, যা অ্যালুমিনিয়াম ধাতুর ব্যবহারিক এবং দক্ষ উৎপাদন সম্ভব করে তোলে।

উচ্চ-ক্রম চিন্তন দক্ষতা (HOTS) প্রশ্ন

সক্রিয়তা সিরিজে তার অবস্থান অনুসারে অ্যালুমিনিয়াম একটি অত্যন্ত সক্রিয় ধাতু। তবে, অ্যালুমিনিয়ামের জিনিসপত্র বায়ু এবং আর্দ্রতার সংস্পর্শে এলেও সহজে ক্ষয় হয় না। এই ঘটনাটি ব্যাখ্যা করুন এবং অ্যালুমিনিয়ামের উভধর্মী প্রকৃতি প্রদর্শনের জন্য প্রাসঙ্গিক রাসায়নিক সমীকরণ দিন।

বিস্তারিত রাসায়নিক ব্যাখ্যা:

অ্যালুমিনিয়াম প্রকৃতপক্ষে একটি অত্যন্ত সক্রিয় ধাতু যার প্রমাণ তড়িৎদ্বার বিভব E° = -1.66 V, যা ইলেকট্রন হারানোর একটি শক্তিশালী প্রবণতা নির্দেশ করে। তবে, বায়ু এবং আর্দ্রতার সংস্পর্শে থাকা সত্ত্বেও ক্ষয়ের প্রতি এর চমৎকার প্রতিরোধ ক্ষমতা নিষ্ক্রিয়করণ (passivation) ঘটনার জন্য দায়ী।

১. একটি প্রতিরক্ষামূলক অক্সাইড স্তর গঠন: যখন অ্যালুমিনিয়াম বায়ুর সংস্পর্শে আসে, তখন এটি অবিলম্বে বায়ুমণ্ডলীয় অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে তার পৃষ্ঠে অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের (Al₂O₃) একটি পাতলা, শক্ত, নন-পোরস এবং দৃঢ়ভাবে লেগে থাকা স্তর তৈরি করে। 4Al(s) + 3O₂(g) \rightarrow 2Al₂O₃(s) এই অক্সাইড স্তরটি একটি প্রতিরক্ষামূলক প্রতিবন্ধক হিসাবে কাজ করে, যা অক্সিজেন, আর্দ্রতা এবং অন্যান্য ক্ষয়কারী এজেন্টের সাথে অন্তর্নিহিত অ্যালুমিনিয়াম ধাতুর আরও বিক্রিয়াকে বাধা দেয়। এই নিষ্ক্রিয় স্তরটি খুব স্থিতিশীল এবং যান্ত্রিকভাবে অপসারণ করা কঠিন।

২. অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডের উভধর্মী প্রকৃতি: প্রতিরক্ষামূলক Al₂O₃ স্তরটি উভধর্মী, যার অর্থ এটি শক্তিশালী অ্যাসিড এবং শক্তিশালী ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যটি নির্দিষ্ট পরিবেশে নিয়ন্ত্রিত দ্রবণকে অনুমতি দেয় তবে সাধারণত নিরপেক্ষ পরিস্থিতিতে এর স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে।

• অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া: Al₂O₃(s) + 6HCl(aq) \rightarrow 2AlCl₃(aq) + 3H₂O(l) অথবা, সালফিউরিক অ্যাসিডের মতো শক্তিশালী অ্যাসিডের সাথে: Al₂O₃(s) + 3H₂SO₄(aq) \rightarrow Al₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂O(l)

• ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া: Al₂O₃(s) + 2NaOH(aq) + 3H₂O(l) \rightarrow 2Na[Al(OH)₄](aq) (সোডিয়াম টেট্রাহাইড্রোক্সোঅ্যালুমিনেট(III)) এই বিক্রিয়াটি প্রমাণ করে যে অক্সাইড স্তর সুরক্ষা প্রদান করলেও, শক্তিশালী ক্ষারের দীর্ঘস্থায়ী সংস্পর্শে এটি দ্রবীভূত হবে, যা অন্তর্নিহিত ধাতুকে ক্ষয়ের শিকার করবে। একইভাবে, খুব শক্তিশালী অ্যাসিডও এই স্তরটিকে দ্রবীভূত করতে পারে।

সংক্ষেপে, অ্যালুমিনিয়ামের উচ্চ সক্রিয়তা একটি স্থিতিশীল, অভেদ্য এবং স্ব-আরোগ্যকারী নিষ্ক্রিয় অক্সাইড স্তর (Al₂O₃) দ্রুত গঠনের দ্বারা আবৃত থাকে। এই স্তরটি আরও রাসায়নিক আক্রমণ প্রতিরোধ করে, যার ফলে বেশিরভাগ পরিবেশগত পরিস্থিতিতে অ্যালুমিনিয়াম ক্ষয় প্রতিরোধী হয়। এই অক্সাইড স্তরের উভধর্মী প্রকৃতি অ্যাসিডিক এবং ক্ষারীয় মাধ্যমে এর আচরণকে নিয়ন্ত্রণ করে।