কার্বন (C) - রাসায়নিক ধর্মাবলি ও বিক্রিয়া

রাসায়নিক ধর্মাবলি সংক্ষিপ্ত বিবরণ

কার্বন (C) পর্যায় সারণীর 14 নং গ্রুপের একটি অধাতব মৌল। এর ক্যাটিনেশন এবং টেট্রাভ্যালেন্সি-এর মতো অনন্য ধর্মগুলি জৈব রসায়নের জন্য অপরিহার্য।

বিক্রিয়াশীলতা

• বিক্রিয়াশীলতা সিরিজের অবস্থান: কার্বন সাধারণত ধাতুর স্ট্যান্ডার্ড বিক্রিয়াশীলতা সিরিজে অন্তর্ভুক্ত হয় না। একটি অধাতু হিসাবে, এর বিক্রিয়াশীলতা সমযোজী বন্ধন গঠনের প্রবণতা দ্বারা বর্ণনা করা হয়।
• তড়িৎ ঋণাত্মকতা: পাউলিং স্কেলে 2.55 তড়িৎ ঋণাত্মকতা সহ, কার্বনের একটি মাঝারি তড়িৎ ঋণাত্মকতা রয়েছে, যা এটিকে আরও বেশি এবং কম তড়িৎ ঋণাত্মক উভয় মৌলের সাথেই স্থিতিশীল সমযোজী বন্ধন তৈরি করতে সাহায্য করে।
• সাধারণ বিক্রিয়াশীলতা: কার্বন সাধারণত ঘরের তাপমাত্রায় বিক্রিয়া করে না, তবে উচ্চ তাপমাত্রায় এটি অত্যন্ত সক্রিয় হয়ে ওঠে। এর যৌগগুলিতে এটি প্রধানত +4 এবং +2 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে। এর ছোট আকারের কারণে, এটি অন্যান্য ছোট পরমাণুর সাথে, এমনকি নিজের সাথেও স্থিতিশীল বহু বন্ধন (দ্বিবন্ধন এবং ত্রিবন্ধন) গঠন করে।

বায়ু ও অক্সিজেনের ক্রিয়া

কার্বন উত্তপ্ত করলে অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে দহন ঘটায়। উৎপন্ন পদার্থ অক্সিজেনের প্রাপ্যতার উপর নির্ভর করে।

জারণ/দহন বিক্রিয়া

• সম্পূর্ণ দহন (পর্যাপ্ত অক্সিজেন): যখন কার্বন পর্যাপ্ত অক্সিজেনের উপস্থিতিতে পোড়ানো হয়, তখন এটি কার্বন ডাই অক্সাইড তৈরি করে, যা একটি অবিষাক্ত গ্যাস। $\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$
• অসম্পূর্ণ দহন (অপর্যাপ্ত অক্সিজেন): যখন কার্বন সীমিত অক্সিজেনের উপস্থিতিতে পোড়ানো হয়, তখন এটি কার্বন মনোক্সাইড তৈরি করে, যা একটি অত্যন্ত বিষাক্ত গ্যাস। $2\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} 2\text\{CO\} (\text\{g\})$

জল ও বাষ্পের ক্রিয়া

মৌলিক কার্বন তরল জলের সাথে বিক্রিয়া করে না, এমনকি গরম হলেও না। তবে, এটি অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া করে।

বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া

• উচ্চ তাপমাত্রায় (1000°C - 1200°C): যখন তপ্ত কার্বন (কোক)-এর উপর দিয়ে বাষ্প চালনা করা হয়, তখন কার্বন মনোক্সাইড এবং হাইড্রোজেন গ্যাসের মিশ্রণ উৎপন্ন হয়। এই মিশ্রণটি ওয়াটার গ্যাস বা সিন্থেসিস গ্যাস নামে পরিচিত, যা একটি গুরুত্বপূর্ণ শিল্প জ্বালানি এবং কাঁচামাল। $\text\{C\} (\text\{s\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{g\}) \xrightarrow\{1000-1200^\circ\text\{C\}\} \text\{CO\} (\text\{g\}) + \text\{H\}_2 (\text\{g\})$

অ্যাসিড ও ক্ষারের ক্রিয়া

মৌলিক কার্বন সাধারণত অনাক্সিদায়ক অ্যাসিড এবং ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া করে না। এটি শুধুমাত্র তীব্র জারক ঘন অ্যাসিডের সাথে উত্তপ্ত করলে বিক্রিয়া করে।

অ্যাসিডের ক্রিয়া

• অনাক্সিদায়ক অ্যাসিড (যেমন, লঘু HCl, লঘু H$_2$SO$_4$): মৌলিক কার্বন (যেমন, গ্রাফাইট, কাঠকয়লা) লঘু অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে না।
• ঘন জারক অ্যাসিড:
  • ঘন নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO$_3$): ঘন নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে উত্তপ্ত করলে কার্বন জারিত হয়ে কার্বন ডাই অক্সাইডে পরিণত হয়, যখন নাইট্রিক অ্যাসিড বিজারিত হয়ে নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইডে পরিণত হয়। $\text\{C\} (\text\{s\}) + 4\text\{HNO\}_3 (\text\{conc.\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + 4\text\{NO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$
  • ঘন সালফিউরিক অ্যাসিড (H$_2$SO$_4$): ঘন সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে উত্তপ্ত করলে কার্বন জারিত হয়ে কার্বন ডাই অক্সাইডে পরিণত হয়, এবং সালফিউরিক অ্যাসিড বিজারিত হয়ে সালফার ডাই অক্সাইডে পরিণত হয়। $\text\{C\} (\text\{s\}) + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4 (\text\{conc.\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{SO\}_2 (\text\{g\}) + 2\text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$

ক্ষারের ক্রিয়া (ক্ষারক)

• মৌলিক কার্বন ক্ষারকের (ক্ষার) সাথে বিক্রিয়া করে না।

প্রধান পরীক্ষাগার পরীক্ষা/শনাক্তকরণ বিক্রিয়া

জৈব যৌগে কার্বনের উপস্থিতি সাধারণত দহনের মাধ্যমে চিহ্নিত করা হয়। সবচেয়ে সাধারণ পরীক্ষাটি হল গ্যাসীয় উৎপাদিত পদার্থ, কার্বন ডাই অক্সাইডের জন্য। কার্বনেট আয়ন সনাক্তকরণের জন্য একটি ভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়।

কার্বনের শনাক্তকরণ (CO$_2$ উৎপাদনের মাধ্যমে)

• দহন এবং লাইমওয়াটার পরীক্ষা: যখন কার্বনযুক্ত কোনো পদার্থ বায়ু বা অক্সিজেনে উত্তপ্ত করা হয়, তখন এটি কার্বন ডাই অক্সাইড তৈরি করে। উৎপন্ন CO$_2$ গ্যাস এরপর চুনজল (ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণ)-এর মধ্য দিয়ে চালনা করা হয়, যা অদ্রবণীয় ক্যালসিয়াম কার্বনেট গঠনের কারণে ঘোলাটে হয়ে যায়। $\text\{C\}_\{\text\{(in compound)\}\} + \text\{O\}_2 (\text\{g\}) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$ $\text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + \text\{Ca(OH)\}_2 (\text\{aq\}) \rightarrow \text\{CaCO\}_3 (\text\{s\}) \downarrow + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\})$
  • দ্রষ্টব্য: যদি অতিরিক্ত CO$_2$ ঘোলাটে দ্রবণের মধ্য দিয়ে চালনা করা হয়, তবে দ্রবণীয় ক্যালসিয়াম বাইকার্বনেট গঠনের কারণে ঘোলাটে ভাব অদৃশ্য হয়ে যায়। $\text\{CaCO\}_3 (\text\{s\}) + \text\{CO\}_2 (\text\{g\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\}) \rightarrow \text\{Ca(HCO\}_3)_2 (\text\{aq\})$

কার্বনেট আয়ন (CO$_3^\{2-\}$)-এর শনাক্তকরণ

• লঘু অ্যাসিড পরীক্ষা: কার্বনেটযুক্ত যৌগগুলি (যেমন, লবণ) লঘু অ্যাসিডের (যেমন HCl বা H$_2$SO$_4$) সাথে বিক্রিয়া করে বর্ণহীন, গন্ধহীন কার্বন ডাই অক্সাইড গ্যাসের দ্রুত বুদবুদ উৎপন্ন করে। $\text\{Na\}_2\text\{CO\}_3 (\text\{s\}) + 2\text\{HCl\} (\text\{aq\}) \rightarrow 2\text\{NaCl\} (\text\{aq\}) + \text\{H\}_2\text\{O\} (\text\{l\}) + \text\{CO\}_2 (\text\{g\})$ উৎপন্ন CO$_2$ গ্যাসটি এরপর উপরে বর্ণিত চুনজল পরীক্ষার মাধ্যমে নিশ্চিত করা হয়।