লৌহ (Fe): ধর্ম, বিক্রিয়া এবং গুরুত্ব

ভূমিকা

লৌহ (Fe), একটি রূপালী-ধূসর রূপান্তর ধাতু, ভর অনুসারে পৃথিবীর ভূত্বকে চতুর্থ সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল এবং সামগ্রিকভাবে পৃথিবীতে সবচেয়ে প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল। এর ব্যাপক ব্যবহার, বিশেষ করে ইস্পাত আকারে, আধুনিক অবকাঠামো এবং প্রযুক্তির জন্য এটিকে অপরিহার্য করে তোলে। এর শিল্প গুরুত্ব ছাড়াও, লৌহ জৈবিক ব্যবস্থায় একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, প্রায় সমস্ত জীবের জীবন প্রক্রিয়ার জন্য অপরিহার্য।

CBSE/JEE দ্রুত রিভিশন নোট

• প্রতীক: Fe
• পারমাণবিক সংখ্যা (Z): 26
• পারমাণবিক ভর: 55.845 g/mol (গণনার জন্য সাধারণত 56 g/mol হিসাবে অনুমান করা হয়)
• গ্রুপ: 8
• পর্যায়: 4
• ব্লক: d-ব্লক (সংক্রমণ ধাতু)
• সাধারণ জারণ অবস্থা: +2 (ফেরাস) এবং +3 (ফেরিক)। কম সাধারণ অবস্থাগুলির মধ্যে রয়েছে 0, +1, +4, +5, +6।
• প্রকৃতি: ফেরোম্যাগনেটিক (শক্তিশালী চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য)।
• গলনাঙ্ক: 1538 °C
• স্ফুটনাঙ্ক: 2862 °C
• ঘনত্ব: 7.874 g/cm³
• প্রাপ্তি: প্রকৃতিতে কদাচিৎ মুক্ত অবস্থায় পাওয়া যায়; প্রাথমিকভাবে হেমাটাইট (Fe₂O₃), ম্যাগনেটাইট (Fe₃O₄), লাইমোনাইট (Fe₂O₃·nH₂O), সিডারাইট (FeCO₃), এবং আয়রন পাইরাইটস (FeS₂) এর মতো আকরিকগুলিতে পাওয়া যায়।

ইলেকট্রন বিন্যাস ও বন্ধন আচরণ

ইলেকট্রন বিন্যাস: লৌহের ভূমি-অবস্থার ইলেকট্রন বিন্যাস হল: [Ar] 3d⁶ 4s²

আয়ন গঠন: 4s এবং 3d উভয় ইলেকট্রনের বন্ধনে অংশগ্রহণের কারণে লৌহ পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।

• Fe²⁺ (ফেরাস আয়ন): দুটি 4s ইলেকট্রন হারানোর মাধ্যমে গঠিত হয়। Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ ইলেকট্রন বিন্যাস: [Ar] 3d⁶
• Fe³⁺ (ফেরিক আয়ন): দুটি 4s ইলেকট্রন এবং একটি 3d ইলেকট্রন হারানোর মাধ্যমে গঠিত হয়। এই বিন্যাস (3d⁵) অর্ধ-পূর্ণ d-অরবিটালের কারণে ব্যতিক্রমীভাবে স্থিতিশীল। Fe → Fe³⁺ + 3e⁻ ইলেকট্রন বিন্যাস: [Ar] 3d⁵

বন্ধন বৈশিষ্ট্য:

• অত্যন্ত তড়িৎ-ঋণাত্মক মৌলগুলির (যেমন, অক্সিজেন, হ্যালোজেন) সাথে প্রধানত আয়নিক যৌগ গঠন করে।
• ফাঁকা d-অরবিটালের উপস্থিতির কারণে অসংখ্য সযোজক যৌগ (কমপ্লেক্স) গঠন করে, যা এটিকে লিগ্যান্ড থেকে ইলেকট্রন জোড়া গ্রহণ করতে সাহায্য করে। উদাহরণস্বরূপ, হেক্সাসায়ানোফেরাট(II) আয়ন ([Fe(CN)₆]⁴⁻) এবং হেক্সাসায়ানোফেরাট(III) আয়ন ([Fe(CN)₆]³⁻)।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া

1. বায়ু/অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া (মরিচা ধরা): অক্সিজেন এবং আর্দ্রতার উপস্থিতিতে লৌহ ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে আর্দ্র ফেরিক অক্সাইড গঠন করে, যা সাধারণত মরিচা নামে পরিচিত। এটি একটি তড়িৎ-রাসায়নিক প্রক্রিয়া। 4Fe(s) + 3O₂(g) + 6H₂O(l) → 4Fe(OH)₃(s) (মধ্যবর্তী) 2Fe(OH)₃(s) → Fe₂O₃·xH₂O(s) + (3-x)H₂O(l) (মরিচা)

2. লঘু অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া: লৌহ লঘু অ-জারক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করে এবং ফেরাস লবণ গঠন করে। Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g) Fe(s) + H₂SO₄(dilute) → FeSO₄(aq) + H₂(g)

3. বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া (উচ্চ তাপমাত্রায়, >500 °C): 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g) (Fe₃O₄ একটি মিশ্র অক্সাইড, ফেরাস-ফেরিক অক্সাইড, FeO·Fe₂O₃)

4. গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া (গরম): লৌহ জারিত হয়ে ফেরিক অবস্থায় পরিণত হয় এবং সালফার ডাই অক্সাইড উৎপন্ন হয়। 2Fe(s) + 6H₂SO₄(conc, hot) → Fe₂(SO₄)₃(aq) + 3SO₂(g) + 6H₂O(l)

5. গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া (নিষ্ক্রিয়তা): গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করলে লৌহ নিষ্ক্রিয় হয়ে পড়ে। এটি লৌহের পৃষ্ঠে আয়রন অক্সাইডের (Fe₃O₄ বা Fe₂O₃) একটি খুব পাতলা, অছিদ্র, প্রতিরক্ষামূলক স্তর গঠনের কারণে ঘটে, যা পরবর্তী বিক্রিয়াকে বাধা দেয়। তখন লৌহ লঘু অ্যাসিডের সাথেও বিক্রিয়া করে না।

6. থার্মিট বিক্রিয়া: একটি অত্যন্ত তাপোৎপাদী রেডক্স বিক্রিয়া, যা বড় লৌহ উপাদানগুলির ঢালাই এবং ধাতব অক্সাইডগুলির বিজারণের জন্য ধাতুবিদ্যায় ব্যবহৃত হয়। Fe₂O₃(s) + 2Al(s) → 2Fe(l) + Al₂O₃(s) + Heat

7. লৌহ অক্সাইডের বিজারণ (ব্লাস্ট ফার্নেস - লৌহ নিষ্কাশনের জন্য):

   • কার্বন মনোক্সাইড দ্বারা প্রাথমিক বিজারণ: Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)
   • কার্বন দ্বারা সরাসরি বিজারণ (খুব উচ্চ তাপমাত্রায়): Fe₂O₃(s) + 3C(s) → 2Fe(l) + 3CO(g)

শিল্প এবং জৈবিক গুরুত্ব

শিল্প গুরুত্ব

• ইস্পাত উৎপাদন: লৌহ ইস্পাতের প্রাথমিক উপাদান, যা কার্বন এবং অন্যান্য মৌলের সাথে একটি সংকর ধাতু। ইস্পাতের উচ্চ টান শক্তি, নমনীয়তা এবং সাশ্রয়ী মূল্য এটিকে নির্মাণ, স্বয়ংচালিত এবং উৎপাদন শিল্পে সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত কাঠামোগত উপাদান করে তোলে।
• অনুঘটন: লৌহ, প্রায়শই সূক্ষ্মভাবে বিভক্ত আকারে বা প্রবর্তকগুলির (যেমন, মলিবডেনাম) সাথে মিশ্রিত হয়ে গুরুত্বপূর্ণ শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে অনুঘটক হিসাবে কাজ করে:
  • হ্যাবার-বশ প্রক্রিয়া: অ্যামোনিয়া (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃) সংশ্লেষণের জন্য।
  • ফিশার-ট্রপশ সংশ্লেষণ: সংশ্লেষণ গ্যাস (CO + H₂) কে তরল হাইড্রোকার্বনে রূপান্তরিত করার জন্য।
• রঞ্জক: বিভিন্ন আয়রন অক্সাইড রঞ্জক হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যা হলুদ (লাইমোনাইট), লাল (হেমাটাইট), থেকে কালো (ম্যাগনেটাইট) পর্যন্ত বিভিন্ন রঙের বিন্যাস প্রদান করে যা পেইন্ট, সিরামিকস এবং প্রসাধনীতে ব্যবহৃত হয়।
• চুম্বক: এর ফেরোম্যাগনেটিক বৈশিষ্ট্যগুলি তড়িৎচুম্বক, বৈদ্যুতিক মোটর, জেনারেটর এবং বিভিন্ন চৌম্বকীয় স্টোরেজ ডিভাইসে ব্যবহার করা হয়।

জৈবিক গুরুত্ব

• অক্সিজেন পরিবহন: লৌহ হিমোগ্লোবিনের একটি অপরিহার্য উপাদান, যা লোহিত রক্তকণিকায় বিদ্যমান একটি প্রোটিন এবং ফুসফুস থেকে সারা শরীরের টিস্যুগুলিতে অক্সিজেন বাঁধতে ও পরিবহন করতে দায়ী। প্রতিটি হিমোগ্লোবিন অণুতে চারটি হিম গ্রুপ থাকে, যার প্রতিটিতে একটি লৌহ আয়ন (Fe²⁺) কেন্দ্রে থাকে।
• অক্সিজেন সঞ্চয়: পেশী কোষে লৌহ মায়োগ্লোবিনে পাওয়া যায়, যা একটি প্রোটিন যা অক্সিজেন সংরক্ষণ করে, পেশী কার্যকলাপের সময় প্রয়োজনে এটি নির্গত করে।
• এনজাইম্যাটিক কার্যকলাপ: লৌহ অসংখ্য এনজাইমের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ সহ-উপাদান যা গুরুত্বপূর্ণ বিপাকীয় প্রক্রিয়াগুলিতে জড়িত:
  • সাইটোক্রোম: কোষীয় শ্বসনের সময় ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খলে ইলেকট্রন বাহক।
  • ক্যাটালেস এবং পারক্সিডেস: এনজাইম যা হাইড্রোজেন পারক্সাইড ভেঙে কোষকে অক্সিডেটিভ ক্ষতি থেকে রক্ষা করে।
  • নাইট্রোজেনেজ: নাইট্রোজেন-ফিক্সিং ব্যাকটেরিয়াতে থাকা একটি এনজাইম যাতে লৌহ থাকে, যা বায়ুমণ্ডলীয় নাইট্রোজেনকে অ্যামোনিয়াতে রূপান্তর করার জন্য অপরিহার্য।
• ক্লোরোফিল সংশ্লেষণ: যদিও ক্লোরোফিলের নিজস্ব উপাদান নয়, তবে উদ্ভিদে ক্লোরোফিল সংশ্লেষণের জন্য লৌহ প্রয়োজন। উদ্ভিদে লৌহের ঘাটতি ক্লোরোসিস (পাতার হলুদ হয়ে যাওয়া) ঘটায়।