অক্সিজেনের (O) রসায়ন - অনুশীলন প্রশ্ন

বহু নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)

প্রশ্ন 1

অক্সিজেন এবং ওজোন সম্পর্কে নিম্নলিখিত কোন উক্তিটি ভুল?

A. ওজোন ডায়াম্যাগনেটিক, যেখানে অক্সিজেন প্যারাম্যাগনেটিক। B. ওজোনে O-O বন্ধন দৈর্ঘ্য অক্সিজেন অণুর চেয়ে কম। C. ওজোন অক্সিজেনের চেয়ে শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে। D. ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের উপস্থিতিতে পটাশিয়াম ক্লোরেট গরম করে অক্সিজেন পাওয়া যায়।

সমাধান:

সঠিক উত্তর হল B।

ব্যাখ্যা:

• A. ওজোন ডায়াম্যাগনেটিক, যেখানে অক্সিজেন প্যারাম্যাগনেটিক।
  • অক্সিজেন (O₂) এর \pi* অ্যান্টিবন্ডিং আণবিক অরবিটালে দুটি অযুগ্ম ইলেকট্রন থাকে, যা এটিকে প্যারাম্যাগনেটিক করে তোলে।
  • ওজোন (O₃) এর কোনো অযুগ্ম ইলেকট্রন নেই, যা এটিকে ডায়াম্যাগনেটিক করে তোলে। এই উক্তিটি সঠিক।
• B. ওজোনে O-O বন্ধন দৈর্ঘ্য অক্সিজেন অণুর চেয়ে কম।
  • অক্সিজেন (O₂) এ, O=O বন্ধন একটি দ্বিবন্ধন, যার বন্ধন দৈর্ঘ্য প্রায় 121 pm।
  • ওজোন (O₃) এ, অনুরণন থাকে, যা ডিলোকালাইজড বন্ধনের দিকে পরিচালিত করে, এবং O-O বন্ধন দৈর্ঘ্য প্রায় 128 pm। এই বন্ধন দৈর্ঘ্য একটি একক বন্ধন এবং একটি দ্বিবন্ধনের মধ্যবর্তী, তবে এটি O₂ এর O=O দ্বিবন্ধনের চেয়ে দীর্ঘতর। অতএব, এই উক্তিটি ভুল।
• C. ওজোন অক্সিজেনের চেয়ে শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে।
  • ওজোন সহজেই বিয়োজিত হয়ে ডাইঅক্সিজেন এবং নবজাতক অক্সিজেন ($O_3 \rightarrow O_2 + [O]$) তৈরি করে, যা একটি অত্যন্ত শক্তিশালী জারক পদার্থ। অক্সিজেন তুলনামূলকভাবে দুর্বল জারক পদার্থ। এই উক্তিটি সঠিক।
• D. ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইডের উপস্থিতিতে পটাশিয়াম ক্লোরেট গরম করে অক্সিজেন পাওয়া যায়।
  • এটি অক্সিজেনের একটি প্রমাণ পরীক্ষাগার প্রস্তুতি: $2KClO_3(s) \xrightarrow\{MnO_2, \Delta\} 2KCl(s) + 3O_2(g)$। ম্যাঙ্গানিজ ডাই অক্সাইড ($MnO_2$) অনুঘটক হিসেবে কাজ করে। এই উক্তিটি সঠিক।

প্রশ্ন 2

আর্দ্র পটাশিয়াম আয়োডাইড দ্রবণের সাথে ওজোনের বিক্রিয়ায় কী উৎপন্ন হয়:

A. $KIO_3$ B. $I_2$ C. $KI_3$ D. $K_2O$

সমাধান:

সঠিক উত্তর হল B।

ব্যাখ্যা: ওজোন একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ। এটি জলের উপস্থিতিতে আয়োডাইড আয়ন ($I^-$) কে আয়োডিন ($I_2$) এ জারিত করে। বিক্রিয়াটি হল: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$ মুক্ত আয়োডিনকে তখন একটি প্রমাণ সোডিয়াম থায়োসালফেট দ্রবণ (হাইপো) এর বিরুদ্ধে টাইট্রেশন করা যেতে পারে ওজোন পরিমাপ করার জন্য।

প্রশ্ন 3

নিম্নলিখিত প্রজাতিগুলির মধ্যে কোনটির বন্ধন ক্রম (bond order) সর্বোচ্চ?

A. $O_2^+$ B. $O_2$ C. $O_2^-$ D. $O_2^\{2-\}$

সমাধান:

সঠিক উত্তর হল A।

ব্যাখ্যা: বন্ধন ক্রম নির্ধারণের জন্য, আমরা আণবিক অরবিটাল তত্ত্ব (Molecular Orbital Theory - MOT) ব্যবহার করতে পারি। বন্ধন ক্রম = $\frac\{1\}\{2\}$ (বন্ডিং MOs-এ ইলেকট্রনের সংখ্যা - অ্যান্টিবন্ডিং MOs-এ ইলেকট্রনের সংখ্যা)

• $O_2$: মোট ইলেকট্রন = 16 ইলেকট্রন বিন্যাস: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ বন্ডিং ইলেকট্রন ($N_b$) = 10 (2টি $\sigma_\{2s\}$ থেকে, 2টি $\sigma_\{2p_z\}$ থেকে, 4টি $\pi_\{2p_x\}$, $\pi_\{2p_y\}$ থেকে) অ্যান্টিবন্ডিং ইলেকট্রন ($N_a$) = 6 (2টি $\sigma_\{2s\}^*$ থেকে, 2টি $\pi_\{2p_x\}^*$ থেকে, 2টি $\pi_\{2p_y\}^*$ থেকে) বন্ধন ক্রম = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 6) = 2$

• $O_2^+$: মোট ইলেকট্রন = 15 (O₂ থেকে একটি ইলেকট্রন অপসারিত হয়েছে, সাধারণত সর্বোচ্চ শক্তি অ্যান্টিবন্ডিং অরবিটাল থেকে) ইলেকট্রন বিন্যাস: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*1\}$ বন্ডিং ইলেকট্রন ($N_b$) = 10 অ্যান্টিবন্ডিং ইলেকট্রন ($N_a$) = 5 বন্ধন ক্রম = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 5) = 2.5$

• $O_2^-$: মোট ইলেকট্রন = 17 (O₂ তে একটি ইলেকট্রন যুক্ত হয়েছে, সর্বোচ্চ শক্তি অ্যান্টিবন্ডিং অরবিটালে) ইলেকট্রন বিন্যাস: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*1\}$ বন্ডিং ইলেকট্রন ($N_b$) = 10 অ্যান্টিবন্ডিং ইলেকট্রন ($N_a$) = 7 বন্ধন ক্রম = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 7) = 1.5$

• $O_2^\{2-\}$: মোট ইলেকট্রন = 18 (O₂ তে দুটি ইলেকট্রন যুক্ত হয়েছে, সর্বোচ্চ শক্তি অ্যান্টিবন্ডিং অরবিটালগুলি পূর্ণ করে) ইলেকট্রন বিন্যাস: $\sigma_\{1s\}^2 \sigma_\{1s\}^\{*2\} \sigma_\{2s\}^2 \sigma_\{2s\}^\{*2\} \sigma_\{2p_z\}^2 \pi_\{2p_x\}^2 \pi_\{2p_y\}^2 \pi_\{2p_x\}^\{*2\} \pi_\{2p_y\}^\{*2\}$ বন্ডিং ইলেকট্রন ($N_b$) = 10 অ্যান্টিবন্ডিং ইলেকট্রন ($N_a$) = 8 বন্ধন ক্রম = $\frac\{1\}\{2\}(10 - 8) = 1$

বন্ধন ক্রমগুলি তুলনা করে: $O_2^+$ (2.5) > $O_2$ (2) > $O_2^-$ (1.5) > $O_2^\{2-\}$ (1)। সুতরাং, $O_2^+$ এর বন্ধন ক্রম সর্বোচ্চ।

দাবি-কারণ প্রশ্ন

প্রশ্ন 1

দাবি (A): ওজোন একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে। কারণ (R): ওজোন সহজেই বিয়োজিত হয়ে ডাইঅক্সিজেন এবং নবজাতক অক্সিজেন 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।

ব্যাখ্যা:

• দাবি (A) সত্য। ওজোন প্রকৃতপক্ষে একটি অত্যন্ত শক্তিশালী জারক পদার্থ, অক্সিজেনের চেয়েও শক্তিশালী।
• **কারণ (R)**ও সত্য। ওজোন সহজেই বিয়োজিত হয়, বিশেষ করে উচ্চ তাপমাত্রায় বা নির্দিষ্ট কিছু অনুঘটকের উপস্থিতিতে, এক অণু ডাইঅক্সিজেন ($O_2$) এবং এক পরমাণু নবজাতক অক্সিজেন ($[O]$) তে রূপান্তরিত হয়: $O_3(g) \rightarrow O_2(g) + [O]$
• নবজাতক অক্সিজেন অত্যন্ত সক্রিয় এবং এটি ওজোনের শক্তিশালী জারক ক্ষমতা জন্য দায়ী। এটি সহজেই ইলেকট্রন গ্রহণ করে বা অন্যান্য পদার্থ থেকে পরমাণু বিমূর্ত করে, যার ফলে তাদের জারিত করে। সুতরাং, কারণটি সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করে কেন ওজোন একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে।

প্রশ্ন 2

দাবি (A): কক্ষ তাপমাত্রায় ডাইঅক্সিজেন একটি গ্যাস, যখন সালফার একটি কঠিন পদার্থ। কারণ (R): অক্সিজেন p\pi-p\pi একাধিক বন্ধন গঠন করে, যখন সালফার S-S একক বন্ধন গঠন করতে পছন্দ 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।

ব্যাখ্যা:

• দাবি (A) সত্য। ডাইঅক্সিজেন ($O_2$) কক্ষ তাপমাত্রায় একটি দ্বিপরমাণুক গ্যাস হিসাবে বিদ্যমান থাকে, যখন সালফার সাধারণত কক্ষ তাপমাত্রায় কঠিন আকারে $S_8$ পাকানো রিং (যেমন, রম্বিক বা মনোক্লিনিক সালফার) হিসাবে বিদ্যমান থাকে।
• **কারণ (R)**ও সত্য এবং দাবি (A) এর সঠিক ব্যাখ্যা।
  • অক্সিজেন: এর পারমাণবিক আকার ছোট এবং উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা রয়েছে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি এর p-অরবিটালগুলির কার্যকর পার্শ্বীয় ওভারল্যাপের মাধ্যমে শক্তিশালী p\pi-p\pi একাধিক বন্ধন গঠনের পক্ষে সহায়ক। সুতরাং, অক্সিজেন দ্বিবন্ধনযুক্ত স্বতন্ত্র $O_2$ অণু হিসাবে বিদ্যমান। এই $O_2$ অণুগুলি দুর্বল ভ্যান ডার ওয়ালস বল দ্বারা একত্রিত থাকে, যার ফলে স্ফুটনাঙ্ক কম হয় এবং গ্যাসীয় অবস্থায় থাকে।
  • সালফার: এর আকার বড় হওয়ায় কার্যকর অরবিটাল ওভারল্যাপের অভাবে p\pi-p\pi বন্ধন গঠনের প্রবণতা কম। পরিবর্তে, সালফার শক্তিশালী S-S একক বন্ধন গঠন করতে পছন্দ করে। এই একক বন্ধনগুলি সালফার পরমাণুগুলিকে একসাথে যুক্ত হয়ে $S_8$ রিং বা দীর্ঘ শৃঙ্খলের মতো বড় পলিমারিক কাঠামো তৈরি করতে দেয়। এই বড় অণুগুলির মধ্যে শক্তিশালী সমযোজী S-S বন্ধন এবং $O_2$ এর তুলনায় তাদের মধ্যে শক্তিশালী আন্তঃআণবিক বলের কারণে সালফার কক্ষ তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থ হয়।

সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্ন

প্রশ্ন 1

ওজোন কীভাবে পরিমাণগতভাবে অনুমান করা হয়? জড়িত রাসায়নিক নীতি ব্যাখ্যা করুন।

নমুনা উত্তর:

পটাশিয়াম আয়োডাইড (KI) এর একটি নিরপেক্ষ দ্রবণের মধ্য দিয়ে ওজোনযুক্ত অক্সিজেনের একটি জ্ঞাত আয়তন প্রবাহিত করে ওজোন পরিমাণগতভাবে অনুমান করা হয়।

রাসায়নিক নীতি এবং বিক্রিয়া: ওজোন একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে এবং জলের (বা নিরপেক্ষ/অম্লীয় মাধ্যম) উপস্থিতিতে আয়োডাইড আয়ন ($I^-$) কে আয়োডিন ($I_2$) এ জারিত করে। এই প্রক্রিয়ায় অক্সিজেন গ্যাসও উৎপন্ন হয়। বিক্রিয়াটি হল: $O_3(g) + 2KI(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2KOH(aq) + I_2(s) + O_2(g)$

মুক্ত আয়োডিন ($I_2$) কে তখন সোডিয়াম থায়োসালফেট ($Na_2S_2O_3$) এর একটি প্রমাণ দ্রবণের বিরুদ্ধে টাইট্রেশন করা হয়, যা সাধারণত