টাংস্টেন (W) অধ্যয়ন নির্দেশিকা - বৈশিষ্ট্য, বিক্রিয়া ও ব্যবহার
ভূমিকা: টাংস্টেনের গুরুত্ব
টাংস্টেন (W), সুইডিশ শব্দ “tung sten” থেকে উদ্ভূত যার অর্থ “ভারী পাথর”, একটি অসাধারণ অবস্থান্তর ধাতু যা তার ব্যতিক্রমী বৈশিষ্ট্যের জন্য পরিচিত। এটি সমস্ত পরিচিত ধাতুর মধ্যে সর্বোচ্চ গলনাঙ্ক, উচ্চ তাপমাত্রায় উন্নত প্রসার্য শক্তি এবং চমৎকার ক্ষয় প্রতিরোধের গর্ব করে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে ভাস্বর আলোর ফিলামেন্ট থেকে শুরু করে উচ্চ-গতির কাটিং টুলস এবং বিশেষায়িত সংকর ধাতু পর্যন্ত অসংখ্য উচ্চ-কার্যকারিতা প্রয়োগে অপরিহার্য করে তোলে।
CBSE/JEE দ্রুত পুনর্বিবেচনার নোট
- প্রতীক: W
- পারমাণবিক সংখ্যা: 74
- পারমাণবিক ভর: 183.84 u
- শ্রেণী: 6
- পর্যায়: 6
- ব্লক: d-ব্লক (অবস্থান্তর ধাতু)
- প্রকৃতি: শক্ত, ভঙ্গুর, রূপালী-সাদা ধাতু
- গলনাঙ্ক: 3422 °C (সকল ধাতুর মধ্যে সর্বোচ্চ)
- স্ফুটনাঙ্ক: 5930 °C
- ঘনত্ব: 19.25 g/cm³ (খুব উচ্চ)
- সাধারণ জারণ অবস্থা: +2, +3, +4, +5, +6 (সর্বাধিক স্থিতিশীল ও সাধারণ হলো +6)
- কেলাস গঠন: দেহ-কেন্দ্রিক ঘনকাকার (BCC)
ইলেকট্রন বিন্যাস এবং বন্ধন আচরণ
ইলেকট্রন বিন্যাস
টাংস্টেনের ইলেকট্রন বিন্যাস হলো:
[Xe] 4f^14 5d^4 6s^2
বন্ধন আচরণ
টাংস্টেন অবস্থান্তর ধাতুগুলির বৈশিষ্ট্যপূর্ণ পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে, যার মধ্যে +6 সবচেয়ে সাধারণ এবং স্থিতিশীল। এর উচ্চ জারণ অবস্থা বন্ধনে 5d এবং 6s উভয় ইলেকট্রনের অংশগ্রহণের ফলে ঘটে। টাংস্টেন যৌগগুলি, বিশেষ করে উচ্চ জারণ অবস্থায় থাকা যৌগগুলি প্রায়শই উল্লেখযোগ্য সমযোজী চরিত্র প্রদর্শন করে। এটি স্থিতিশীল অক্সাইড (যেমন WO₃), হ্যালাইড (যেমন WF₆) এবং টাংস্টেট (টাংস্টিক অ্যাসিডের লবণ, H₂WO₄) গঠন করে। এর ধাতব বন্ধনের শক্তি এর অসাধারণ উচ্চ গলনাঙ্কে অবদান রাখে।
গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া
টাংস্টেন কক্ষ তাপমাত্রায় অপেক্ষাকৃত কম বিক্রিয়াশীল হলেও, উচ্চ তাপমাত্রায় এটি বিক্রিয়া করে।
অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া
উচ্চ তাপমাত্রায় টাংস্টেন অক্সিজেনের সাথে পুড়ে টাংস্টেন(VI) অক্সাইড (টাংস্টেন ট্রাইঅক্সাইড) গঠন করে।
2W(s) + 3O₂(g) --(heat)--> 2WO₃(s)
হ্যালোজেনের সাথে বিক্রিয়া
টাংস্টেন হ্যালোজেনের সাথে বিক্রিয়া করে বিভিন্ন টাংস্টেন হ্যালাইড গঠন করে। উদাহরণস্বরূপ, ফ্লোরিনের সাথে এটি টাংস্টেন(VI) ফ্লোরাইড গঠন করে, যা একটি উদ্বায়ী যৌগ।
W(s) + 3F₂(g) --(heat)--> WF₆(g)
ক্লোরিনের সাথে, এটি টাংস্টেন(VI) ক্লোরাইড গঠন করতে পারে:
2W(s) + 6Cl₂(g) --(heat)--> 2WCl₆(s)
অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া
টাংস্টেন সাধারণত কক্ষ তাপমাত্রায় অধিকাংশ অ্যাসিডের আক্রমণ প্রতিরোধ করে।
- অ-জারক অ্যাসিড (যেমন, HCl, লঘু H₂SO₄): টাংস্টেন মূলত বিক্রিয়াহীন।
- শক্তিশালী জারক অ্যাসিড (যেমন, উত্তপ্ত গাঢ় HNO₃): টাংস্টেন বিক্রিয়া করে টাংস্টিক অ্যাসিড (H₂WO₄) গঠন করে, যা অদ্রবণীয়।
W(s) + 6HNO₃(conc) --(heat)--> H₂WO₄(s) + 6NO₂(g) + 2H₂O(l) - হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড এবং নাইট্রিক অ্যাসিডের মিশ্রণ (HF/HNO₃): এই মিশ্রণটি টাংস্টেনকে দ্রবীভূত করতে পারে, হেক্সাফ্লুরোটাংস্টিক অ্যাসিড গঠন করে।
W(s) + 10HF(aq) + 2HNO₃(aq) --> H₂[WF₆](aq) + 2NO(g) + 6H₂O(l)
ক্ষারের সাথে বিক্রিয়া
টাংস্টেন সাধারণত ক্ষারীয় দ্রবণের প্রতি প্রতিরোধী, তবে এটি গলিত ক্ষারে ধীরে ধীরে দ্রবীভূত হয়ে টাংস্টেট গঠন করতে পারে।
WO₃(s) + 2NaOH(l) --(heat)--> Na₂WO₄(l) + H₂O(g)
শিল্পগত এবং জৈবিক গুরুত্ব
শিল্পগত গুরুত্ব
টাংস্টেনের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে অসংখ্য শিল্প প্রয়োগের জন্য গুরুত্বপূর্ণ করে তোলে:
- ফিলামেন্ট: এর উচ্চ গলনাঙ্ক এবং শক্তি এটিকে ভাস্বর আলোর বাল্বের ফিলামেন্ট, ভ্যাকুয়াম টিউব ফিলামেন্ট এবং এক্স-রে টিউবের টার্গেটের জন্য আদর্শ করে তোলে।
- সংকর ধাতু: টাংস্টেন ব্যাপকভাবে শক্ত, তাপ-প্রতিরোধী সংকর ধাতু তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।
- উচ্চ-গতির ইস্পাত (High-Speed Steel): উচ্চ তাপমাত্রায় কঠোরতা, শক্তি এবং পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায় এবং এই বৈশিষ্ট্যগুলি বজায় রাখে (যেমন, কাটিং টুলসের জন্য)।
- সুপারঅ্যালয় (Superalloys): জেট ইঞ্জিনের উপাদান, রকেট নজল এবং অন্যান্য উচ্চ-তাপমাত্রার প্রয়োগে ব্যবহৃত হয়।
- টাংস্টেন কার্বাইড (WC): একটি ব্যতিক্রমী শক্ত উপাদান, যা প্রায়শই কোবাল্টের সাথে মিশ্রিত হয় (সিমেন্টেড কার্বাইড), কাটিং টুলস (ড্রিল, মিলিং কাটার), অ্যাব্রেসিভ, আর্মার-পিয়ার্সিং গোলাবারুদ এবং খনিজ সরঞ্জামগুলিতে ব্যবহৃত হয়।
- ইলেকট্রোড: এর উচ্চ গলনাঙ্ক এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার কারণে TIG (Tungsten Inert Gas) ওয়েল্ডিংয়ে ব্যবহৃত হয়।
- বৈদ্যুতিক সংযোগ (Electrical Contacts): সুইচ এবং সার্কিট ব্রেকারে ব্যবহৃত হয়।
- ভারসাম্যকারী ওজন এবং ব্যালেন্স (Counterweights and Ballasts): এর উচ্চ ঘনত্বের কারণে এটি বিমান, গলফ ক্লাব এবং বিকিরণ সুরক্ষায় ভারসাম্যকারী ওজন হিসাবে উপযুক্ত।
- রাসায়নিক শিল্প: টাংস্টেন অক্সাইড এবং সালফাইড বিভিন্ন রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অনুঘটক হিসাবে কাজ করে।
জৈবিক গুরুত্ব
টাংস্টেন কিছু অণুজীবের (কিছু ব্যাকটেরিয়া এবং আর্কিয়া) জন্য একটি অপরিহার্য ট্রেস উপাদান, যেখানে এটি নির্দিষ্ট এনজাইমগুলিতে, বিশেষ করে অক্সিডোরিডাক্টেস (যেমন, অ্যালডিহাইড ফেরিডক্সিন অক্সিডোরিডাক্টেস) কোফ্যাক্টর হিসাবে কাজ করে। তবে, এটি মানুষ বা উচ্চতর প্রাণীদের জন্য একটি অপরিহার্য উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয় না। যদিও এর বিষাক্ততা সাধারণত কম, উচ্চ ঘনত্ব তাদের রাসায়নিক সাদৃশ্যের কারণে মলিবডেনাম বিপাকের সাথে হস্তক্ষেপ করতে পারে।