লোহার (Fe) গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক যৌগসমূহ

লোহার প্রধান যৌগসমূহের পরিচিতি

আয়রন (Fe), একটি অবস্থান্তর ধাতু, প্রাথমিকভাবে +2 (ফেরাস) এবং +3 (ফেরিক) জারণ অবস্থায় বিভিন্ন যৌগ গঠন করে। এই যৌগগুলি শিল্প প্রক্রিয়া, জৈবিক ব্যবস্থা এবং দৈনন্দিন প্রয়োগে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উচ্চ বিদ্যালয় রসায়নের জন্য, তাদের প্রস্তুতি, ধর্ম এবং বিক্রিয়াগুলি বোঝা অপরিহার্য।

১. আয়রন(II) সালফেট হেপ্টাহাইড্রেট ($\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$)

• রাসায়নিক সংকেত: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• সাধারণ নাম: গ্রীন ভিট্রিওল (এর স্বতন্ত্র সবুজ স্ফটিকাকার রূপের জন্য)

পরীক্ষাগার প্রস্তুতি

আয়রন(II) সালফেট সাধারণত আয়রন ধাতু (যেমন, লোহার গুঁড়া) এবং লঘু সালফিউরিক অ্যাসিডের বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রস্তুত করা হয়। এরপর দ্রবণটিকে ঘনীভূত করে শীতল করা হয় যাতে স্ফটিকীকরণ ঘটে।

ভারসাম্যপূর্ণ সমীকরণ: $\text\{Fe(s)\} + \text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq, dil)\} \rightarrow \text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{H\}_2\text\{(g)\}$

এরপর $\text\{FeSO\}_4$ দ্রবণকে স্ফটিকীকরণ করে $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ পাওয়া যায়। প্রস্তুতির সময় $\text\{Fe\}^\{2+\}$ এর $\text\{Fe\}^\{3+\}$ এ জারণ রোধ করতে, দ্রবণে প্রায়শই এক টুকরা লোহার ধাতু রাখা হয়।

ধর্ম এবং পরীক্ষামূলকভাবে গুরুত্বপূর্ণ বিক্রিয়াসমূহ

১. ভৌত ধর্ম: স্ফটিকাকার সবুজ কঠিন পদার্থ, জলে দ্রবণীয়, উচ্ছিত (বাতাসের সংস্পর্শে স্ফটিকজল হারায়)। ২. জারণ: জলীয় দ্রবণে, $\text\{Fe\}^\{2+\}$ আয়ন সহজে $\text\{Fe\}^\{3+\}$ আয়নে জারিত হয়, বিশেষ করে বায়ু এবং অ্যাসিডের উপস্থিতিতে। $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ ৩. তাপীয় বিয়োজন: উত্তপ্ত করলে, গ্রীন ভিট্রিওল প্রথমে তার স্ফটিকজল হারায় এবং তারপর আয়রন(III) অক্সাইড, সালফার ডাই অক্সাইড এবং সালফার ট্রাই অক্সাইডে বিয়োজিত হয়। $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$ ৪. রেডক্স বিক্রিয়া (বিজারক হিসাবে): $\text\{FeSO\}_4$ একটি বিজারক হিসাবে কাজ করে, বিশেষ করে অম্লীয় মাধ্যমে, যেখানে $\text\{Fe\}^\{2+\}$ জারিত হয়ে $\text\{Fe\}^\{3+\}$ হয়।

• অম্লীয় পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট ($\text\{KMnO\}_4$) এর সাথে: $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (বেগুনি রঙের $\text\{KMnO\}_4$ বর্ণহীন হয়ে যায় কারণ $\text\{MnO\}_4^-$ বিজারিত হয়ে $\text\{Mn\}^\{2+\}$ হয়)
• অম্লীয় পটাশিয়াম ডাইক্রোমেট ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$) এর সাথে: $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (কমলা রঙের ডাইক্রোমেট বিজারিত হয়ে সবুজ $\text\{Cr\}^\{3+\}$ হয়)

২. আয়রন(III) হাইড্রক্সাইড ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

• রাসায়নিক সংকেত: $\text\{Fe(OH)\}_3$
• সাধারণ নাম: ফেরিক হাইড্রক্সাইড

প্রস্তুতি প্রক্রিয়া

আয়রন(III) হাইড্রক্সাইড সাধারণত একটি আয়রন(III) লবণের জলীয় দ্রবণে ক্ষার (যেমন $\text\{NaOH\}$ বা $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$) যোগ করে একটি জেলির মতো অধঃক্ষেপ হিসাবে প্রস্তুত করা হয়।

ভারসাম্যপূর্ণ সমীকরণ: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (একটি লালচে-বাদামী অধঃক্ষেপ গঠিত হয়)

ধর্ম এবং পরীক্ষামূলকভাবে গুরুত্বপূর্ণ বিক্রিয়াসমূহ

১. ভৌত ধর্ম: লালচে-বাদামী, জেলির মতো অধঃক্ষেপ, জলে অদ্রবণীয়। ২. উভধর্মী প্রকৃতি (দুর্বলভাবে): এটি একটি ক্ষারীয় হাইড্রক্সাইড কিন্তু খুব দুর্বল উভধর্মী চরিত্র দেখায়, শক্তিশালী ক্ষারের সাথে সামান্য দ্রবীভূত হয়ে মেটাফেরাইট গঠন করে। তবে, এটি অ্যাসিডের সাথে অধিক ক্রিয়াশীল। $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ ৩. তাপীয় বিয়োজন: উত্তপ্ত করলে, আয়রন(III) হাইড্রক্সাইড বিয়োজিত হয়ে আয়রন(III) অক্সাইড এবং জল গঠন করে। $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ এই বিক্রিয়াটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি স্থিতিশীল আয়রন(III) অক্সাইড তৈরি করে।

৩. গুরুত্বপূর্ণ আয়রন অক্সাইড এবং মরিচা

আয়রন বেশ কয়েকটি অক্সাইড গঠন করে, যার মধ্যে সবচেয়ে সাধারণ হল আয়রন(II) অক্সাইড ($\text\{FeO\}$), আয়রন(III) অক্সাইড ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$) এবং আয়রন(II,III) অক্সাইড ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)।

আয়রন(III) অক্সাইড ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• রাসায়নিক সংকেত: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• সাধারণ নাম: হেমাটাইট (প্রধান আকরিক), ফেরিক অক্সাইড, রেড ওকার।
• সংক্ষিপ্ত নির্দেশিকা: একটি লালচে-বাদামী কঠিন পদার্থ। এটি লোহার সবচেয়ে স্থিতিশীল অক্সাইড এবং মরিচার প্রধান উপাদান। এটি ডায়াচুম্বকীয়।
  • প্রস্তুতি: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$ বা $\text\{FeSO\}_4$ কে তীব্রভাবে উত্তপ্ত করে এটি গঠিত হয়। $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • বিক্রিয়া: এটি একটি ক্ষারীয় অক্সাইড, অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে আয়রন(III) লবণ গঠন করে। $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

আয়রন(II,III) অক্সাইড ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• রাসায়নিক সংকেত: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ (এটি $\text\{FeO\}$ এবং $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ এর মিশ্র অক্সাইড হিসাবে বিবেচিত হতে পারে)
• সাধারণ নাম: ম্যাগনেটাইট (প্রধান আকরিক), ব্ল্যাক আয়রন অক্সাইড, ফেরোসোফেরিক অক্সাইড।
• সংক্ষিপ্ত নির্দেশিকা: একটি কালো, স্ফটিকাকার কঠিন পদার্থ, যা ফেরোচুম্বকীয়। এটি উচ্চ তাপমাত্রায় লোহার সাথে বাষ্পের বিক্রিয়ায় অথবা লোহার ধীর জারণের সময় গঠিত হয়।
  • প্রস্তুতি: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

মরিচা (জলযোজিত আয়রন(III) অক্সাইড)

• রাসায়নিক সংকেত: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• সংক্ষিপ্ত নির্দেশিকা: মরিচা হল লালচে-বাদামী ফ্ল্যাকি পদার্থের সাধারণ নাম যা লোহা বা এর সংকর ধাতু (যেমন ইস্পাত) দীর্ঘ সময়ের জন্য অক্সিজেন এবং আর্দ্রতার সংস্পর্শে এলে গঠিত হয়। এটি একটি তড়িৎ-রাসায়নিক প্রক্রিয়া।

মরিচা ধরার প্রক্রিয়া: মরিচা পড়ার জন্য অক্সিজেন এবং জল উভয়ই প্রয়োজন। সামগ্রিক সরলীকৃত প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপ উপস্থাপন করা যেতে পারে: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

আয়রন আয়নের তুলনামূলক ধর্মাবলী ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ বনাম $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

ধর্ম	আয়রন(II) আয়ন ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, ফেরাস)	আয়রন(III) আয়ন ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, ফেরিক)
ইলেকট্রনিক বিন্যাস	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
রঙ (জলীয়)	ফ্যাকাশে সবুজ	হলদে-বাদামী (দ্রবণে $\text\{Fe(OH)\}_3$ এর আর্দ্রবিশ্লেষণের কারণে)
স্থিতিশীলতা	কম স্থিতিশীল, সহজে $\text\{Fe\}^\{3+\}$ এ জারিত হয়	অধিক স্থিতিশীল
চুম্বকীয় প্রকৃতি	প্যারাম্যাগনেটিক (4টি অযুগ্ম ইলেকট্রন)	প্যারাম্যাগনেটিক (5টি অযুগ্ম ইলেকট্রন)
রেডক্স বৈশিষ্ট্য	ভালো বিজারক ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ এ জারিত হয়)	দুর্বল জারক ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ এ বিজারিত হয়)
হাইড্রক্সাইড	$\text\{Fe(OH)\}_2$, সাদা/সবুজ অধঃক্ষেপ, জারণে বাদামী হয়ে যায়	$\text\{Fe(OH)\}_3$, লালচে-বাদামী জেলির মতো অধঃক্ষেপ
সালফাইড	$\text\{FeS\}$, কালো অধঃক্ষেপ	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ বা $\text\{FeS\}$ (আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়ে $\text\{Fe(OH)\}_3$ এবং $\text\{H\}_2\text\{S\}$ গঠন করে)