a) কোষ-১ এর শক্তি রুপান্তর প্রক্রিয়া রাসায়নিক বিক্রিয়া সহ বিশ্লেষণ করো।
b) কোষ-১ তড়িৎ প্রবাহের প্রযয়োজনীয় অনস্বীকার্য-ব্যাখ্যা করো।
c) কোষ-৩ এর শক্তি রুপান্তর প্রক্রিয়া রাসায়নিক বিক্রিয়া সহ বিশ্লেষণ করো।
(a) নং প্রশ্নের উত্তর:-
উদ্দীপকে চিত্র-১ হল তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ । এ কোষের শক্তির রূপান্তর নিম্নরুপ-
বিশ্লেষণ : তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষে বাইরের বিদ্যুৎ উৎস হতে বিদ্যুৎ প্রবাহের ফলে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত হয়। এ কারণে, তড়িৎ বিশ্লেষ্য কোষের বাহ্যিক বর্তনীতে তড়িচ্চালক বলের উৎস যেমন: ব্যাটারি যুক্ত করা হয়। এ ব্যাটারি দ্বারা অ্যানোড ও ক্যাথোড সংযোগ স্থাপন করা হয়। ফলে অ্যানোড ও ক্যাথোড বিক্রিয়া অর্থাৎ রেডক্স বিক্রিয়া সংঘটিত হয়। অর্থাৎ রেডক্স বিক্রিয়া বাহ্যিক উৎসের বিদ্যুৎ প্রবাহের উপর নির্ভরশীল। তড়িৎশক্তি ব্যয় করে এ কোষে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত করা হয় তাই এ কোষে বিদ্যুৎ শক্তি রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত করা হয়।
এ কোষে একটি পাত্রে রক্ষিত একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য(যেমন: NaCl) নিয়ে একে গলিত বা জলীয় দ্রবণে দ্রবীভূত অবস্থায় রেখে তাতে উপযুক্ত তড়িদদ্বারের প্রবেশ ঘটিয়ে বাইরের বৈদ্যুতিক উৎস হতে বিদ্যুৎ চালনা করা হয়।
তড়িৎবিশ্লেষ্য হিসাবে বিগলিত যেমন: NaCl ব্যবহার করা হয়। ধনাত্মক তড়িদদ্বার বা আনোড ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্তে এবং ঋণাত্মক তড়িদদ্বার বা ক্যাথোড ব্যাটারির ঋণাত্মক প্রান্তের সাথে যুক্ত থাকে। অ্যানোড ধনাত্মক বলে তড়িৎবিশ্লেষ্য NaCl হতে উৎপন্ন Cl– আয়ন অ্যানোডে আকৃষ্ট হয়। অ্যানোডে এটি ইলেকট্রন ছেড়ে দিয়ে ক্লোরিন গ্যাস হিসাবে মুক্ত হয়। অ্যানোডে ইলেকট্রনের ত্যাগ ঘটে বলে এখানে জারণ বিক্রিয়া ঘটে।
2Cl– → Cl2 + 2e–
অর্থাৎ অ্যানোড বিক্রিয়ায় ক্লোরিন গ্যাস বিমুক্ত হয়।
অপর পক্ষে ক্যাথোড ঋণাত্মক বলে তড়িৎবিশ্লেষ্য NaCl হতে উৎপন্ন Na+ আয়ন ক্যাথোডে আকৃষ্ট হয়। ক্যাথোডে এটি ইলেকট্রন গ্রহন করে ধাতু হিসাবে ক্যাথোডে জমা হয়। ক্যাথোডে ইলেকট্রনের গ্রহন ঘটে বলে এখানে বিজারণ বিক্রিয়া ঘটে।
Na+ + e– → Na
(b) নং প্রশ্নের উত্তর:-
উদ্দীপকে উল্লেখিত ১ নং কোষটি হলো একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষ। এ কোষে তড়িৎ শক্তি রাসায়নিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। তাই তড়িৎ শক্তির যোগানদাতা হিসেবে বাহ্যিক কোষ যেমন: ব্যাটারি ব্যবহার করা । নিচে কোষে সংঘটিত বিক্রিয়ায় তড়িৎ প্রবাহের প্রয়োজনীয়তার যৌক্তিকতা বিশ্লেষণ করা হলো: উদ্দীপকে উল্লেখিত তড়িৎবিশ্লেষ্য কোষটি একটি এক প্রকোষ্ঠ কোষ। আাবার কোষটিতে একটি মাত্র তড়িৎবিশ্লেষ্য পদার্থ তড়িৎ প্রবাহের কাজ করে। ফলে তড়িৎ কোষে ইলেকট্রোডদ্বয়ে তড়িচ্চালক বলের কোন পার্থক্য সৃষ্টি হয় না ফলে বহিঃস্থ তার দ্বারা ইলেকট্রোডদ্বয় সংযোগ দিলেও কোনো বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয় না। ফলে ইলেকট্রোডে তড়িচ্চালক বলের পার্থক্য সৃষ্টি করতে বাহ্যিক বিদ্যুৎ উৎসের সাথে ইলেকট্রোড দুটি সংযুক্ত করা হয় এবং তড়িৎ প্রবাহিত করা হয়। ফলে ইলেকট্রোড দুটিতে জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া সংঘটিত হয়।
অ্যানোড বিক্রিয়া : 2Cl– → Cl2 + 2e–
ক্যাথোড বিক্রিয়া : Na+ + e– → Na
তাই সামগ্রিক আলোচনার প্রেক্ষিতে বলতে পারি উল্লেখিত কোষটিতে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত করার জন্য তড়িৎ প্রবাহের প্রযয়োজনীয় অনস্বীকার্য।
(c) নং প্রশ্নের উত্তর:
কোষ-৩ একটি গ্যালভানিক কোষ। রাসায়নিক বিক্রিয়ার শক্তি বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তরিত করা হয়। এ কোষের বাহ্যিক বর্তনীতে কোনো পরিবাহী তার থাকলেই চলে; বিদ্যুৎ উৎস যেমন ব্যাটারি যুক্ত থাকে না। বাহ্যিক বর্তনীতে তড়িৎ পরিবাহী তার দ্বারা সংযোগ স্থাপন করলে এ কোষে স্বতঃস্ফূর্তভাবে রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত হয়। অর্থাৎ কোষের রেডক্স বিক্রিয়া স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। তড়িৎ রাসায়নিক কোষ তড়িৎ শক্তি উৎপাদী কোষ।
ক্রিয়াকৌশল (Mechanism): একটি ধাতুর তার দ্বারা কপার ও জিংক ধাতুর দণ্ডদ্বয়কে সংযোগ করানো হলে তারের মধ্য দিয়ে জিংক দণ্ড হতে কপার দণ্ডের দিকে ইলেকট্রন প্রবাহিত হবে। এক্ষেত্রে কপার দণ্ড ধনাত্মক তড়িৎদ্বার বা ক্যাথোড এবং জিংক দণ্ড ঋণাত্মক তড়িৎদ্বার বা অ্যানোড হিসেবে কাজ করবে। এ সময়ে নিম্নোক্ত বিক্রিয়াসমূহ সংঘটিত হয়-
জিংক দণ্ড হতে জিংক দ্রবীভূত হয় এবং এসময়ে দু’টি ইলেকট্রন নির্গত হয়,
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– (জারণ) ………………………………………….(i)
ইলেকট্রনদ্বয় তার দিয়ে কপার দণ্ডের দিকে যায় এবং বিকারের সালফেট দ্রবণের Cu2+ আয়ন এ দুটো ইলেকট্রন গ্রহণ করে ধাতব কপার হিসেবে দণ্ডের গায়ে লেগে যায়।
Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) (বিজারণ) ………………………………………….(ii)
(i) +(ii) করে –
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
এই রাসায়নিক বিক্রিয়ার ফলে ইলেকট্রন মুক্ত হয়ে চলাচলের মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে। এক্ষেত্রে ইলেকট্রন যেদিকে প্রবাহিত হয় তড়িৎ প্রবাহ তার বিপরীত দিকে ঘটে।এই বিক্রিয়ার শক্তিই বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। বিদ্যুৎ প্রবাহের সময় জিংক দণ্ড ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। অন্যদিকে, কপার দণ্ড ক্রমশ পুরু হয় এবং জিংকের দ্রবণে Zn2+আয়নের ঘনমাত্রা বাড়তে থাকে এবং CuSO4 দ্রবণে Cu2+আয়নের ঘনমাত্রা কমতে থাকে।