রূপা (Ag) এর রসায়ন - সমাধান করা অনুশীলন প্রশ্নাবলী

বহু-নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)

এই প্রশ্নগুলি রূপা (Ag) সম্পর্কিত মূল ধারণাগুলিতে আপনার বোঝাপড়া পরীক্ষা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। প্রদত্ত বিকল্পগুলি থেকে সবচেয়ে উপযুক্ত উত্তরটি নির্বাচন করুন।

প্রশ্ন ১

রূপার সালফাইড আকরিক থেকে রূপা নিষ্কাশনের জন্য নিম্নলিখিত প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে কোনটি প্রধানত ব্যবহৃত হয়? (A) বায়ার প্রক্রিয়া (B) হল-হেরল্ট প্রক্রিয়া (C) ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট সায়ানাইড প্রক্রিয়া (D) ফ্রোথ ফ্লোটেশন প্রক্রিয়া

সমাধান: (C) ব্যাখ্যা: ম্যাকআর্থার-ফরেস্ট সায়ানাইড প্রক্রিয়া হলো একটি হাইড্রোমেটালার্জিক্যাল পদ্ধতি যা রূপা এবং সোনার মতো মূল্যবান ধাতুগুলিকে তাদের নিম্ন-মানের আকরিক থেকে নিষ্কাশনের জন্য ব্যবহৃত হয়। এই প্রক্রিয়ায়, রূপার সূক্ষ্মভাবে গুঁড়ো করা সালফাইড আকরিক (যেমন, আর্জেনটাইট, Ag₂S) বায়ু (অক্সিজেন) এর উপস্থিতিতে সোডিয়াম সায়ানাইড (NaCN) বা পটাশিয়াম সায়ানাইড (KCN) এর একটি লঘু দ্রবণ দিয়ে লিচ করা হয়। এটি একটি দ্রবণীয় ডাইসায়ানোআর্জেন্টেট(I) জটিল যৌগ তৈরি করে, যেখান থেকে পরবর্তীতে জিঙ্ক ডাস্ট ব্যবহার করে রূপা অধঃক্ষিপ্ত করা হয়।

জড়িত বিক্রিয়াগুলি হলো:

1. লিচিং: Ag₂S(s) + 4NaCN(aq) + ½O₂(g) + H₂O(l) → 2NaAg(CN)₂ + 2NaOH(aq) + S(s)
2. বিজারণ (প্রতিস্থাপন দ্বারা): 2NaAg(CN)₂ + Zn(s) → Na₂Zn(CN)₄ + 2Ag(s)

বায়ার প্রক্রিয়া অ্যালুমিনিয়ামের জন্য, হল-হেরল্ট অ্যালুমিনিয়াম ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য, এবং ফ্রোথ ফ্লোটেশন সালফাইড আকরিকের ঘনত্বের জন্য, ধাতু নিষ্কাশনের জন্য নয়।

প্রশ্ন ২

যখন রূপা লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে, তখন প্রধান গ্যাসীয় উৎপাদ কোনটি গঠিত হয়? (A) NO₂ (B) N₂O (C) NO (D) NH₄NO₃

সমাধান: (C) ব্যাখ্যা: নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে রূপার বিক্রিয়া অ্যাসিডের ঘনত্বের উপর নির্ভর করে।

• লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে, রূপা জারিত হয়ে সিলভার নাইট্রেট তৈরি করে এবং নাইট্রিক অক্সাইড (NO) গ্যাস উৎপন্ন হয়। 3Ag(s) + 4HNO₃(dilute) → 3AgNO₃(aq) + NO(g) + 2H₂O(l)
• গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিডের সাথে, রূপা সিলভার নাইট্রেটও তৈরি করে, কিন্তু নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO₂) গ্যাস উৎপন্ন হয়। Ag(s) + 2HNO₃(conc.) → AgNO₃(aq) + NO₂(g) + H₂O(l)

সুতরাং, লঘু নাইট্রিক অ্যাসিডের জন্য প্রধান গ্যাসীয় উৎপাদ হলো NO।

প্রশ্ন ৩

রূপার হ্যালাইডগুলির (AgF, AgCl, AgBr, AgI) মধ্যে কোনটি জলে সবচেয়ে বেশি দ্রবণীয়? (A) AgF (B) AgCl (C) AgBr (D) AgI

সমাধান: (A) ব্যাখ্যা: সিলভার ফ্লোরাইড (AgF) জলে উল্লেখযোগ্যভাবে দ্রবণীয়, যেখানে AgCl, AgBr এবং AgI অল্প দ্রবণীয়। জলে আয়নিক যৌগগুলির দ্রবণীয়তা ল্যাটিস শক্তি এবং হাইড্রেশন শক্তির ভারসাম্যের উপর নির্ভর করে।

• AgF: ফ্লোরাইড আয়ন (F⁻) অন্যান্য হ্যালাইড আয়নগুলির (Cl⁻, Br⁻, I⁻) চেয়ে অনেক ছোট। এর ফলে F⁻ এর উপর উচ্চ চার্জ ঘনত্ব তৈরি হয় এবং AgF এর জন্য অনেক শক্তিশালী হাইড্রেশন শক্তি হয়। AgF এর ছোট F⁻ আকারের কারণে উচ্চ ল্যাটিস শক্তি থাকলেও, এর হাইড্রেশন শক্তি ল্যাটিস শক্তিকে অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট বেশি, যা এটিকে দ্রবণীয় করে তোলে।
• AgCl, AgBr, AgI: হ্যালাইড আয়নের আকার Cl⁻ থেকে I⁻ পর্যন্ত বাড়ার সাথে সাথে সিলভার হ্যালাইডের ল্যাটিস শক্তি হ্রাস পায়, তবে হাইড্রেশন শক্তি আরও উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায় (কারণ বড় আয়নগুলি কম হাইড্রেশন হয়)। উপরন্তু, AgCl থেকে AgI পর্যন্ত সমযোজী চরিত্র বৃদ্ধির কারণে (ফাজানের নিয়ম অনুসারে – বড় অ্যানায়ন, ছোট ক্যাটায়ন) পোলার দ্রাবক যেমন জলে তাদের দ্রবণীয়তা আরও হ্রাস পায়।

অ্যাসারশন-রিজন প্রশ্নাবলী

এই প্রশ্নগুলিতে, একটি অ্যাসারশন (A) বিবৃতি দেওয়া হয়েছে এবং এর পরে একটি রিজন (R) বিবৃতি দেওয়া হয়েছে। নিচে দেওয়া বিকল্পগুলি থেকে সঠিক বিকল্পটি চিহ্নিত করুন: (A) A এবং R উভয়ই সত্য এবং R হলো A এর সঠিক ব্যাখ্যা। (B) A এবং R উভয়ই সত্য কিন্তু R হলো A এর সঠিক ব্যাখ্যা নয়। (C) A সত্য কিন্তু R মিথ্যা। (D) A মিথ্যা কিন্তু R সত্য। (E) A এবং R উভয়ই মিথ্যা।

প্রশ্ন ১

অ্যাসারশন (A): রূপাকে একটি সত্যিকারের সন্ধিগত মৌল হিসাবে বিবেচনা করা হয় না। রিজন (R): রূপার ভূমি অবস্থা এবং এর সাধারণ +1 জারণ অবস্থায় একটি সম্পূর্ণভাবে পূর্ণ d-উপকক্ষ থাকে।

সমাধান: (A) ব্যাখ্যা: অ্যাসারশন (A): রূপা (Ag) এর ইলেকট্রন বিন্যাস হলো [Kr] 4d¹⁰ 5s¹। এর সবচেয়ে সাধারণ এবং স্থিতিশীল জারণ অবস্থা, Ag⁺ এ, বিন্যাসটি হলো [Kr] 4d¹⁰। IUPAC সংজ্ঞা অনুসারে, একটি সন্ধিগত মৌল হলো এমন একটি মৌল যার ভূমি অবস্থায় অথবা এর যেকোনো সাধারণ জারণ অবস্থায় অসম্পূর্ণভাবে পূর্ণ d-কক্ষপথ থাকে। যেহেতু Ag⁺ এর একটি সম্পূর্ণভাবে পূর্ণ 4d উপকক্ষ রয়েছে, তাই এটি কঠোরভাবে এই সংজ্ঞা পূরণ করে না। অতএব, অ্যাসারশনটি সত্য। রিজন (R): যেমন বলা হয়েছে, Ag এর ভূমি অবস্থার বিন্যাস 4d¹⁰ 5s¹ এবং সাধারণ +1 জারণ অবস্থা (Ag⁺) হলো 4d¹⁰। উভয় ক্ষেত্রেই সম্পূর্ণভাবে পূর্ণ d-উপকক্ষ রয়েছে। অতএব, রিজনটি সত্য। রিজনটি সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করে কেন রূপাকে কঠোর সংজ্ঞা অনুসারে একটি সত্যিকারের সন্ধিগত মৌল হিসাবে বিবেচনা করা হয় না। সুতরাং, (A) সঠিক উত্তর।

প্রশ্ন ২

অ্যাসারশন (A): ব্ল্যাক এন্ড হোয়াইট ফটোগ্রাফিতে সিলভার ব্রোমাইড ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। রিজন (R): আলোতে উন্মুক্ত হলে সিলভার ব্রোমাইড আলোক-রাসায়নিক পচনের শিকার হয়।

সমাধান: (A) ব্যাখ্যা: অ্যাসারশন (A): সিলভার ব্রোমাইড (AgBr) তার উচ্চ আলোক সংবেদনশীলতার কারণে ব্ল্যাক এন্ড হোয়াইট ফটোগ্রাফিতে ব্যবহৃত ফটোগ্রাফিক ইমালশনের একটি মূল উপাদান। অতএব, অ্যাসারশনটি সত্য। রিজন (R): জিলেটিনে এমবেড করা AgBr স্ফটিকগুলি আলোর প্রতি সংবেদনশীল। যখন আলোতে উন্মুক্ত করা হয়, তখন AgBr একটি আলোক-রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটায়, যা সূক্ষ্ম ধাতব রূপার কণা (Ag) এবং ব্রোমিন (Br₂) তে পচে যায়। এই বিক্রিয়াটি হলো: 2AgBr(s) → 2Ag(s) + Br₂(g) ধাতব রূপার কণাগুলি একটি “সুপ্ত চিত্র” (latent image) তৈরি করে, যা পরে রাসায়নিকভাবে উন্নত করে দৃশ্যমান চিত্র তৈরি করা হয়। এই বৈশিষ্ট্যটি ফটোগ্রাফিতে এর ব্যবহারের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অতএব, রিজনটি সত্য। রিজনটি সরাসরি ফটোগ্রাফিতে AgBr এর উপযোগিতা ব্যাখ্যা করে। সুতরাং, (A) সঠিক উত্তর।

সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্নাবলী

নিম্নলিখিত প্রশ্নগুলির সংক্ষিপ্ত ও নির্ভুল উত্তর দিন।

প্রশ্ন ১

ব্যাখ্যা করুন কেন সিলভার ক্লোরাইড (AgCl) জলে অল্প দ্রবণীয় কিন্তু অ্যামোনিয়া জলে সহজেই দ্রবণীয়। সংশ্লিষ্ট রাসায়নিক সমীকরণগুলি লিখুন।

মডেল উত্তর: সিলভার ক্লোরাইড (AgCl) মূলত এর উচ্চ ল্যাটিস শক্তির কারণে জলে অল্প দ্রবণীয়। ল্যাটিস শক্তি হলো আয়নিক ল্যাটিসকে ভাঙতে যে শক্তি প্রয়োজন। Ag⁺ এবং Cl⁻ আয়নগুলি জলের অণুগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সময় যে হাইড্রেশন শক্তি নির্গত হয়, তা এই ল্যাটিস শক্তিকে যথেষ্ট পরিমাণে অতিক্রম করতে পারে না। তবে, AgCl অ্যামোনিয়া জলে (NH₃(aq)) সহজেই দ্রবীভূত হয় কারণ একটি স্থিতিশীল, দ্রবণীয় জটিল আয়ন, ডাইঅ্যামিনসিলভার(I) আয়ন, [Ag(NH₃)₂]⁺ গঠিত হয়। অ্যামোনিয়া অণুগুলি লিগ্যান্ড হিসাবে কাজ করে, Ag⁺ আয়নের সাথে সমন্বয় করে এই জটিল যৌগটি তৈরি করে। এই অত্যন্ত স্থিতিশীল জটিল যৌগের গঠন দ্রবণে মুক্ত Ag⁺ আয়নের ঘনত্বকে উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়, যা লা-শ্যাতেলিয়ের নীতি অনুসারে AgCl এর দ্রবীভূত হওয়ার ভারসাম্যকে ডানদিকে সরিয়ে দেয়। এটি Ag⁺ আয়নগুলিকে পুনরায় পূরণ করার জন্য আরও AgCl দ্রবীভূত হতে চালিত করে, যতক্ষণ না প্রায় সমস্ত AgCl দ্রবীভূত হয়।

রাসায়নিক সমীকরণসমূহ:

1. জলে অল্প দ্রবণীয়: AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) (Ksp খুব কম, ~1.8 × 10⁻¹⁰)

2. অ্যামোনিয়া জলে সহজেই দ্রবণীয়: AgCl(s) + 2NH₃(aq) → [Ag(NH₃)₂]⁺(aq) + Cl⁻(aq)

প্রশ্ন ২

রূপার জিনিসের কালচে হওয়া (tarnishing) ঘটনাটি বর্ণনা করুন এবং এই প্রক্রিয়ার জন্য সুষম রাসায়নিক সমীকরণটি লিখুন।

মডেল উত্তর: রূপার কালচে হওয়া (tarnishing) একটি সাধারণ ঘটনা যেখানে রূপার জিনিসপত্র, যেমন গহনা, চামচ বা মুদ্রা, তাদের বৈশিষ্ট্যপূর্ণ ঔজ্জ্বল্য হারায় এবং নিস্তেজ হয়ে যায়, প্রায়শই একটি গাঢ় ধূসর বা কালো বিবর্ণতা দেখা যায়। এটি ঘটে যখন রূপার ধাতু বায়ুমণ্ডলে উপস্থিত নির্দিষ্ট কিছু পদার্থের সাথে বিক্রিয়া করে। রূপা কালচে হওয়ার প্রধান কারণ হলো হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) গ্যাসের ট্রেস পরিমাণের সাথে এর বিক্রিয়া, যা বায়ু দূষণের একটি উপাদান এবং কিছু জৈবিক প্রক্রিয়া থেকেও প্রাকৃতিকভাবে নির্গত হয়। সালফার-যুক্ত যৌগগুলিও অবদান রাখতে পারে। রূপা হাইড্রোজেন সালফাইডের সাথে বিক্রিয়া করে তার পৃষ্ঠে সিলভার সালফাইডের (Ag₂S) একটি পাতলা স্তর তৈরি করে। সিলভার সালফাইড একটি কালো যৌগ, যা কালচে রূপাকে তার বৈশিষ্ট্যপূর্ণ গাঢ় চেহারা দেয়। লোহার উপর মরিচার মতো, যা খসে পড়ে, সিলভার সালফাইডের স্তরটি রূপার পৃষ্ঠে লেগে থাকে।

সুষম রাসায়নিক সমীকরণ: 2Ag(s) + H₂S(g) → Ag₂S(s) + H₂(g)

উচ্চ-স্তরের চিন্তাভাবনার দক্ষতা (HOTS) প্রশ্ন

প্রশ্ন ১

রূপা (Ag) প্রধানত +1 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে, যেখানে এর গ্রুপের প্রতিবেশী কপার (Cu) এবং গোল্ড (Au) সাধারণত উচ্চতর জারণ অবস্থাও দেখায় (Cu এর জন্য +2, Au এর জন্য +3)। উপরন্তু, রূপার অনুঘটকীয় কার্যকলাপ তুলনামূলকভাবে সীমিত, যদিও এটি একটি d-ব্লক মৌল। এই পর্যবেক্ষণগুলির অন্তর্নিহিত ইলেকট্রন বিন্যাসগত কারণগুলি আলোচনা করুন।

বিস্তারিত রাসায়নিক ব্যাখ্যা:

১. রূপার প্রধান +1 জারণ অবস্থা:

• ইলেকট্রন বিন্যাস: রূপার ইলেকট্রন বিন্যাস হলো [Kr] 4d¹⁰ 5s¹। একটি একক 5s ইলেকট্রন হারানোর মাধ্যমে +1 জারণ অবস্থা অর্জন হয়।
• Ag⁺ এর স্থিতিশীলতা: ফলস্বরূপ Ag⁺ আয়নের একটি স্থিতিশীল, সম্পূর্ণভাবে পূর্ণ 4d¹⁰ ইলেকট্রন বিন্যাস থাকে। এই পূর্ণ d-উপকক্ষটি শক্তিগতভাবে অত্যন্ত স্থিতিশীল, যা 4d কক্ষপথ থেকে আরও ইলেকট্রন অপসারণ করা কঠিন করে তোলে। Ag⁺ থেকে একটি 4d ইলেকট্রন অপসারণের জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি Cu এর মতো মৌলগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি।
• Cu এবং Au এর সাথে তুলনা:
  • কপার (Cu): [Ar] 3d¹⁰ 4s¹। এটি সাধারণত +1 (Cu⁺, 3d¹⁰) এবং +2 (Cu²⁺, 3d⁹) জারণ অবস্থা দেখায়। Ag এর 4d এবং 5s কক্ষপথের মধ্যে শক্তির পার্থক্যের চেয়ে 3d এবং 4s কক্ষপথের মধ্যে শক্তির পার্থক্য কম, যা Cu²⁺ গঠনের জন্য একটি অতিরিক্ত 3d ইলেকট্রন অপসারণকে আরও সম্ভাব্য করে তোলে। d-কক্ষপথও ততটা গভীরভাবে প্রবেশ করে না, যা এটিকে আরও সহজলভ্য করে তোলে।
  • গোল্ড (Au): [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹। গোল্ড +1 এবং +3 এর সাধারণ জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে। +3 অবস্থার ব্যাপকতা মূলত আপেক্ষিক প্রভাবের (relativistic effects) কারণে। এই প্রভাবগুলি 6s কক্ষপথকে সংকুচিত ও স্থিতিশীল করে, যখন 5d কক্ষপথগুলি প্রসারিত ও অস্থিতিশীল হয়, যা 5d ইলেকট্রনগুলিকে বন্ধন এবং উচ্চতর জারণ অবস্থা প্রচারের জন্য আরও সহজলভ্য করে তোলে। এছাড়াও, ল্যান্থানাইড সংকোচন শক্তির স্তরগুলিকে প্রভাবিত করে।

২. রূপার সীমিত অনুঘটকীয় কার্যকলাপ:

• সন্ধিগত ধাতুর অনুঘটক ক্রিয়ার প্রক্রিয়া: সন্ধিগত ধাতুগুলি চমৎকার অনুঘটক কারণ তাদের সাধারণত থাকে:
  • পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: বিক্রিয়া প্রক্রিয়াগুলিতে ইলেকট্রন স্থানান্তরকে সহজতর করতে।
  • আংশিকভাবে পূর্ণ d-কক্ষপথ: শূন্য d-কক্ষপথের মাধ্যমে বিক্রিয়কদের সাথে অস্থায়ী বন্ধন তৈরি করে, মধ্যবর্তী জটিল যৌগ গঠন করতে।
  • বৃহৎ পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল: হেটেরোজেনাস অনুঘটকতার জন্য।
• রূপার সীমাবদ্ধতা: এর সবচেয়ে সাধারণ এবং স্থিতিশীল +1 জারণ অবস্থায়, রূপার একটি সম্পূর্ণভাবে পূর্ণ 4d¹⁰ বিন্যাস রয়েছে। এর মানে:
  • শূন্য d-কক্ষপথের অভাব: এমন কোনো সহজে অ্যাক্সেসযোগ্য শূন্য d-কক্ষপথ নেই যা বিক্রিয়ক অণুগুলির সাথে শক্তিশালী মধ্যবর্তী বন্ধন তৈরি করতে পারে বা d-ইলেকট্রন গণনার পরিবর্তন জড়িত ইলেকট্রন স্থানান্তর প্রক্রিয়াগুলিতে কার্যকরভাবে অংশগ্রহণ করতে পারে।
  • সীমিত পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: Ag উচ্চতর জারণ অবস্থা (+2, +3) অর্জন করতে পারলেও, এগুলি অন্যান্য অনেক সন্ধিগত ধাতুর তুলনায় কম স্থিতিশীল এবং শক্তিশালী অবস্থা বা নির্দিষ্ট স্থিতিশীলকারী লিগ্যান্ডের প্রয়োজন হয়। d-কক্ষপথের অংশগ্রহণের মাধ্যমে একাধিক স্থিতিশীল জারণ অবস্থার মধ্যে সহজে রূপান্তর করতে না পারার কারণে অনেক অনুঘটকীয় চক্রে এর ভূমিকা সীমিত হয়।
• বৈসাদৃশ্য: Fe, Pt, Pd এবং V এর মতো মৌলগুলির সাধারণ জারণ অবস্থাগুলিতে অসম্পূর্ণভাবে পূর্ণ d-কক্ষপথ থাকে (যেমন, Fe²⁺/Fe³⁺, V²⁺/V³⁺/V⁴⁺/V⁵⁺)। এটি তাদের সহজে স্থিতিশীল মধ্যবর্তী জটিল যৌগ গঠন করতে এবং দ্রুত ইলেকট্রন স্থানান্তর ঘটাতে সহায়তা করে, যা অনেক অনুঘটক প্রক্রিয়াতে গুরুত্বপূর্ণ ধাপ।
• নির্দিষ্ট অনুঘটন: যদিও রূপা কিছু অনুঘটকীয় কার্যকলাপ প্রদর্শন করে (যেমন, ইথিলিনকে ইথিলিন অক্সাইডে জারিত করণে), এর সামগ্রিক পরিসর এবং অনুঘটকীয় প্রক্রিয়াগুলিতে কার্যকারিতা সাধারণত অন্যান্য সন্ধিগত ধাতুগুলির তুলনায় বেশি সীমিত যারা আংশিকভাবে পূর্ণ d-কক্ষপথ ধারণ করে। এই প্রসঙ্গে রূপার আচরণকে প্রায়শই “ছদ্ম-সন্ধিগত” (pseudo-transition) বলা হয়।