Class 11 Chemistry Semester 1
Unit - 1: Some Basic Concepts of Chemistry (রসায়নের প্রাথমিক ধারণাসমূহ)
Full Marks: 03
১. তত্ত্বীয় আলোচনা (Detailed Notes)
১.১ রাসায়নিক সংযোগ সূত্রাবলী (Laws of Chemical Combination)
- ভরের নিত্যতা সূত্র (Law of Conservation of Mass): ল্যাভয়সিয়ে (Lavoisier) এর মতে, রাসায়নিক বিক্রিয়ার আগে ও পরে পদার্থের মোট ভর সর্বদা অপরিবর্তিত থাকে। অর্থাৎ, পদার্থ সৃষ্টি বা ধ্বংস করা যায় না।
- স্থিরানুপাত সূত্র (Law of Definite Proportions): প্রাউস্ট (Proust) এর মতে, কোনো নির্দিষ্ট যৌগকে যেভাবেই প্রস্তুত করা হোক না কেন, তাতে উপস্থিত উপাদান মৌলগুলির ভরের অনুপাত সর্বদা স্থির থাকে। যেমন- জলে ($H_2O$) হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনের ভরের অনুপাত সর্বদা $1:8$।
- গুণানুপাত সূত্র (Law of Multiple Proportions): ডাল্টন (Dalton) এর মতে, দুটি মৌল যুক্ত হয়ে যখন একাধিক যৌগ গঠন করে, তখন একটি মৌলের নির্দিষ্ট ভরের সাথে অন্য মৌলটি যে ভিন্ন ভিন্ন ভরে যুক্ত হয়, সেই ভরগুলির অনুপাত সর্বদা সরল পূর্ণসংখ্যার হয়।
- গ্যা-লুসাকের গ্যাস আয়তন সূত্র (Gay Lussac’s Law): একই চাপ ও উষ্ণতায় গ্যাসীয় বিক্রিয়কগুলি তাদের আয়তনের সরল অনুপাতে বিক্রিয়া করে এবং বিক্রিয়াজাত পদার্থ গ্যাসীয় হলে তার আয়তনও বিক্রিয়কগুলির আয়তনের সাথে সরল অনুপাতে থাকে।
- অ্যাভোগাড্রো সূত্র (Avogadro's Law): একই চাপ ও উষ্ণতায় সমায়তন সকল গ্যাসে (মৌলিক বা যৌগিক) সমান সংখ্যক অণু বর্তমান থাকে।
১.২ পরমাণু, অণু এবং পারমাণবিক ও আণবিক ভর
পারমাণবিক ভর একক (Atomic Mass Unit - amu): কার্বন-১২ ($^{12}C$) আইসোটোপের একটি পরমাণুর ভরের $\frac{1}{12}$ অংশকে 1 amu বা 1 u (unified mass) ধরা হয়।
$1 \text{ amu} = 1.66056 \times 10^{-24} \text{ g}$
গড় পারমাণবিক ভর: প্রকৃতিতে প্রাপ্ত মৌলগুলির বিভিন্ন আইসোটোপের শতকরা উপস্থিতির উপর ভিত্তি করে গড় পারমাণবিক ভর নির্ণয় করা হয়।
১.৩ মোল ধারণা এবং মোলার ভর (Mole Concept and Molar Mass)
মোল (Mole): ১ মোল বলতে সেই পরিমাণ পদার্থকে বোঝায়, যার মধ্যে অ্যাভোগাড্রো সংখ্যক ($N_A = 6.022 \times 10^{23}$) কণা (অণু, পরমাণু বা আয়ন) উপস্থিত থাকে।
মোলার ভর: ১ মোল পরিমাণ কোনো পদার্থের গ্রামে প্রকাশিত ভরকে মোলার ভর বলে। যেমন- জলের মোলার ভর $18 \text{ g mol}^{-1}$।
১.৪ শতকরা সংযুতি, স্থূল সংকেত ও আণবিক সংকেত
শতকরা সংযুতি (Percentage Composition): কোনো যৌগের 100 ভাগ ভরে কোনো নির্দিষ্ট মৌল যত ভাগ থাকে, তাকে ওই মৌলের শতকরা সংযুতি বলে।
মৌলের শতকরা সংযুতি = $\frac{\text{jouger 1 mole oi mouler vor}}{\text{jouger molar vor}} \times 100$
স্থূল সংকেত (Empirical Formula) ও আণবিক সংকেত (Molecular Formula):
$\text{Molecular Formula} = (\text{Empirical Formula})_n$
যেখানে, $n = \frac{\text{Molecular Mass}}{\text{Empirical Formula Mass}}$
১.৫ স্টয়কিওমিতি (Stoichiometry)
রাসায়নিক সমীকরণ ব্যালেন্স করে বিক্রিয়ক ও বিক্রিয়াজাত পদার্থের ভর, আয়তন বা মোলের পরিমাণ নির্ণয় করাকে স্টয়কিওমিতি বলে। যে বিক্রিয়কটি বিক্রিয়ায় সম্পূর্ণভাবে ব্যবহৃত হয়ে যায় এবং বিক্রিয়াজাত পদার্থের পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করে, তাকে Limiting Reagent (সীমিতকারক বিকারক) বলে।
১.৬ দ্রবণের গাঢ়ত্ব প্রকাশক এককসমূহ (Concentration Terms)
- মোলারিটি (Molarity, M): 1 লিটার বা $1000 \text{ ml}$ দ্রবণে দ্রবীভূত দ্রাবের মোল সংখ্যা।
$M = \frac{\text{Moles of Solute}}{\text{Volume of Solution in Litres}}$ (উষ্ণতার উপর নির্ভরশীল) - মোলালিটি (Molality, m): $1000 \text{ g}$ বা $1 \text{ kg}$ দ্রাবকে দ্রবীভূত দ্রাবের মোল সংখ্যা।
$m = \frac{\text{Moles of Solute}}{\text{Mass of Solvent in kg}}$ (উষ্ণতা নিরপেক্ষ) - মোল ভগ্নাংশ (Mole Fraction, $x$): দ্রবণের কোনো উপাদানের মোল সংখ্যা এবং দ্রবণের মোট মোল সংখ্যার অনুপাত। দ্রবণের সমস্ত উপাদানের মোল ভগ্নাংশের সমষ্টি সর্বদা 1 হয় ($x_A + x_B = 1$)।
২. পরীক্ষার জন্য ৩০টি অতি গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নোত্তর ও ব্যাখ্যা (Premium Q&A)
প্রশ্ন ১: ভরের নিত্যতা সূত্রের প্রবর্তক কে?
উত্তর: বিজ্ঞানী অ্যান্টনি ল্যাভয়সিয়ে (Antoine Lavoisier)।
ব্যাখ্যা: ১৭৮৯ সালে তিনি প্রমাণ করেন যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ভরের কোনো পরিবর্তন হয় না, অর্থাৎ মোট বিক্রিয়কের ভর = মোট বিক্রিয়াজাত পদার্থের ভর।
প্রশ্ন ২: $H_2O$ এবং $H_2O_2$ যৌগ দুটি রাসায়নিক সংযোগের কোন সূত্রটি মেনে চলে?
উত্তর: গুণানুপাত সূত্র (Law of Multiple Proportions)।
ব্যাখ্যা: এখানে হাইড্রোজেন এর নির্দিষ্ট ভর ($2 \text{ g}$) এর সাথে অক্সিজেনের যে ভর যুক্ত হয়েছে ($16 \text{ g}$ এবং $32 \text{ g}$), তাদের অনুপাত $16:32 = 1:2$, যা একটি সরল অনুপাত।
প্রশ্ন ৩: 1 amu (Atomic Mass Unit) সমান কত গ্রাম?
উত্তর: $1.66056 \times 10^{-24} \text{ g}$
ব্যাখ্যা: কার্বন-১২ আইসোটোপের একটি পরমাণুর ভরের $\frac{1}{12}$ অংশকেই 1 amu বলে। 1 মোল $^{12}C$ এর ভর 12 গ্রাম, তাকে অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা দিয়ে ভাগ করলেই এই মান পাওয়া যায়।
প্রশ্ন ৪: STP তে 1 মোল আদর্শ গ্যাসের আয়তন কত?
উত্তর: $22.4 \text{ L}$ বা $22400 \text{ mL}$।
ব্যাখ্যা: অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুযায়ী, প্রমাণ চাপ ও উষ্ণতায় (STP) যেকোনো 1 মোল গ্যাসীয় পদার্থের আয়তন সর্বদা $22.4$ লিটার হয়।
প্রশ্ন ৫: $90 \text{ g}$ জলে কত মোল জল বর্তমান?
উত্তর: 5 মোল।
ব্যাখ্যা: জলের ($H_2O$) আণবিক ভর = $(2 \times 1) + 16 = 18$।
মোল সংখ্যা ($n$) = $\frac{\text{প্রদত্ত ভর}}{\text{আণবিক ভর}} = \frac{90}{18} = 5$ মোল।
প্রশ্ন ৬: 1 মোল $O_2$ গ্যাসে অণুর সংখ্যা কত?
উত্তর: $6.022 \times 10^{23}$ টি।
ব্যাখ্যা: যেকোনো পদার্থের 1 মোলে কণার সংখ্যা সর্বদা অ্যাভোগাড্রো সংখ্যার সমান হয়।
প্রশ্ন ৭: 1 মোল $O_2$ গ্যাসে পরমাণুর সংখ্যা কত?
উত্তর: $2 \times 6.022 \times 10^{23} = 1.2044 \times 10^{24}$ টি।
ব্যাখ্যা: $O_2$ অণুটি দ্বি-পারমাণবিক। তাই 1 মোল অণুতে পরমাণুর সংখ্যা হবে অণুর সংখ্যার দ্বিগুণ।
প্রশ্ন ৮: $CO_2$ যৌগে কার্বনের শতকরা সংযুতি (Percentage composition) কত?
উত্তর: $27.27\%$
ব্যাখ্যা: $CO_2$ এর আণবিক ভর = $12 + (2 \times 16) = 44$।
কার্বনের শতকরা পরিমাণ = $\frac{12}{44} \times 100\% = 27.27\%$।
প্রশ্ন ৯: বেঞ্জিন ($C_6H_6$) এর স্থূল সংকেত কী?
উত্তর: $CH$
ব্যাখ্যা: স্থূল সংকেত হলো অণুতে উপস্থিত পরমাণুগুলির সরলতম পূর্ণসংখ্যার অনুপাত। $C_6H_6$ এ C এবং H এর অনুপাত $6:6 = 1:1$। তাই স্থূল সংকেত $CH$।
প্রশ্ন ১০: আণবিক ভর (M) এবং বাষ্প ঘনত্বের (D) মধ্যে সম্পর্ক কী?
উত্তর: $M = 2D$
ব্যাখ্যা: অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প ব্যবহার করে প্রমাণ করা যায় যে, কোনো গ্যাসের আণবিক ভর তার বাষ্প ঘনত্বের দ্বিগুণ হয়।
প্রশ্ন ১১: Limiting Reagent বা সীমিতকারক বিকারক কাকে বলে?
উত্তর: রাসায়নিক বিক্রিয়ায় যে বিক্রিয়কটি সম্পূর্ণভাবে নিঃশেষিত হয়ে যায় তাকে Limiting Reagent বলে।
ব্যাখ্যা: এই বিকারকটিই বিক্রিয়াজাত পদার্থের পরিমাণ নির্দিষ্ট করে দেয়। এটি শেষ হয়ে গেলে বিক্রিয়া থেমে যায়।
প্রশ্ন ১২: মোলারিটি (Molarity) উষ্ণতার উপর নির্ভর করে কি?
উত্তর: হ্যাঁ, নির্ভর করে।
ব্যাখ্যা: মোলারিটি আয়তনের উপর নির্ভরশীল ($M = \frac{n}{V}$)। যেহেতু উষ্ণতা বাড়লে আয়তন বাড়ে, তাই মোলারিটি হ্রাস পায়।
প্রশ্ন ১৩: মোলালিটি (Molality) উষ্ণতার উপর নির্ভরশীল নয় কেন?
উত্তর: কারণ এটি ভরের উপর ভিত্তি করে নির্ণয় করা হয়।
ব্যাখ্যা: মোলালিটিতে $1 \text{ kg}$ দ্রাবকের কথা বলা হয়। ভরের কোনো পরিবর্তন উষ্ণতার সাথে হয় না, তাই মোলালিটি উষ্ণতা নিরপেক্ষ।
প্রশ্ন ১৪: সালফিউরিক অ্যাসিডের ($H_2SO_4$) তুল্যাঙ্কভার (Equivalent weight) কত?
উত্তর: 49
ব্যাখ্যা: $H_2SO_4$ এর আণবিক ভর 98 এবং ক্ষারগ্রাহিতা (basicity) হলো 2 (কারণ 2টি প্রতিস্থাপনযোগ্য $H^+$ আছে)।
তুল্যাঙ্কভার = $\frac{98}{2} = 49$।
প্রশ্ন ১৫: একটি দ্রবণের দুটি উপাদান A এবং B। A এর মোল ভগ্নাংশ $0.4$ হলে B এর মোল ভগ্নাংশ কত?
উত্তর: $0.6$
ব্যাখ্যা: যেকোনো দ্রবণের সমস্ত উপাদানের মোল ভগ্নাংশের যোগফল সর্বদা 1 হয়। অর্থাৎ $x_A + x_B = 1$।
সুতরাং, $x_B = 1 - 0.4 = 0.6$।
প্রশ্ন ১৬: 1 মোল কার্বনকে সম্পূর্ণ দহন করলে কত গ্রাম $CO_2$ উৎপন্ন হবে?
উত্তর: $44 \text{ g}$
ব্যাখ্যা: বিক্রিয়াটি হলো: $C + O_2 \rightarrow CO_2$। এখানে 1 মোল কার্বন (12 g) 1 মোল অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে 1 মোল $CO_2$ তৈরি করে, যার ভর $44 \text{ g}$।
প্রশ্ন ১৭: $11.2 \text{ L}$ $N_2$ গ্যাসে (STP তে) মোল সংখ্যা কত?
উত্তর: $0.5$ মোল
ব্যাখ্যা: STP তে $22.4 \text{ L}$ গ্যাসের মোল সংখ্যা 1।
অতএব, $11.2 \text{ L}$ গ্যাসের মোল সংখ্যা = $\frac{11.2}{22.4} = 0.5$ মোল।
প্রশ্ন ১৮: 1 টি জলের অণুর ভর গ্রামে কত?
উত্তর: $2.99 \times 10^{-23} \text{ g}$
ব্যাখ্যা: $6.022 \times 10^{23}$ টি জলের অণুর ভর = $18 \text{ g}$।
1 টি জলের অণুর ভর = $\frac{18}{6.022 \times 10^{23}} = 2.989 \times 10^{-23} \text{ g}$।
প্রশ্ন ১৯: নর্মালিটি (Normality) ও মোলারিটি (Molarity) এর মধ্যে সম্পর্ক কী?
উত্তর: $\text{Normality} = n \times \text{Molarity}$
ব্যাখ্যা: এখানে 'n' হলো n-factor (অ্যাসিডের ক্ষারগ্রাহিতা, ক্ষারের অম্লগ্রাহিতা বা জারক-বিজারকের আদান-প্রদান করা ইলেকট্রন সংখ্যা)।
প্রশ্ন ২০: পিপিএম (ppm - Parts per million) একক কোথায় ব্যবহার করা হয়?
উত্তর: অত্যন্ত লঘু দ্রবণের ক্ষেত্রে (যেমন জলে বায়ুদূষক বা খনিজ পদার্থের পরিমাণ মাপতে)।
ব্যাখ্যা: যখন দ্রাবকের তুলনায় দ্রাবের পরিমাণ খুবই সামান্য থাকে, তখন $10^6$ (1 মিলিয়ন) ভাগ দ্রবণে দ্রাবের ভরকে ppm বলে।
প্রশ্ন ২১: $CaCO_3$ এর আণবিক ভর কত?
উত্তর: $100 \text{ u}$
ব্যাখ্যা: $Ca = 40, C = 12, O = 16$।
মোট ভর = $40 + 12 + (3 \times 16) = 100 \text{ u}$।
প্রশ্ন ২২: $0.5$ মোল $CaCO_3$ এর ভর কত গ্রাম?
উত্তর: $50 \text{ g}$
ব্যাখ্যা: 1 মোল $CaCO_3$ = $100 \text{ g}$।
তাহলে, $0.5$ মোল = $0.5 \times 100 = 50 \text{ g}$।
প্রশ্ন ২৩: সমায়তন গ্যাস সূত্রের প্রবর্তক কে?
উত্তর: আমেদিও অ্যাভোগাড্রো (Amedeo Avogadro)।
ব্যাখ্যা: ১৮১১ সালে তিনি প্রস্তাব করেন যে একই চাপ ও উষ্ণতায় সমায়তন সকল গ্যাসে সমান সংখ্যক অণু থাকে।
প্রশ্ন ২৪: গ্লুকোজের ($C_6H_{12}O_6$) স্থূল সংকেত লেখ।
উত্তর: $CH_2O$
ব্যাখ্যা: $C:H:O = 6:12:6 = 1:2:1$। তাই স্থূল সংকেত $CH_2O$।
প্রশ্ন ২৫: রাসায়নিক সমীকরণের সমতা বিধান (Balancing) কোন সূত্রের উপর ভিত্তি করে করা হয়?
উত্তর: ভরের নিত্যতা সূত্র (Law of Conservation of Mass)।
ব্যাখ্যা: বিক্রিয়ক ও বিক্রিয়াজাত পদার্থের মোট ভর সমান রাখতে উভয় দিকে প্রতিটি মৌলের পরমাণু সংখ্যা সমান করা হয়।
প্রশ্ন ২৬: $2 \text{ g}$ হাইড্রোজেন ও $16 \text{ g}$ অক্সিজেন বিক্রিয়া করে জল উৎপন্ন করলে, limiting reagent কোনটি?
উত্তর: অক্সিজেন ($O_2$)
ব্যাখ্যা: বিক্রিয়া: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$। অর্থাৎ $4 \text{ g}$ $H_2$ এর জন্য $32 \text{ g}$ $O_2$ প্রয়োজন। তাহলে $2 \text{ g}$ $H_2$ এর জন্য $16 \text{ g}$ $O_2$ প্রয়োজন। এখানে উভয়ই সম্পূর্ণ শেষ হবে, তাই কোনো limiting reagent নেই (উভয়ই limiting বা কোনোটিই নয়, বিক্রিয়াটি ঠিক স্টয়কিওমেট্রিক অনুপাতেই আছে)। *যদি $3 \text{ g}$ $H_2$ এবং $16 \text{ g}$ $O_2$ দেওয়া থাকতো, তবে $O_2$ সীমিতকারক হতো।*
প্রশ্ন ২৭: $1 \text{ M}$ $NaOH$ দ্রবণ বলতে কী বোঝায়?
উত্তর: $1000 \text{ mL}$ (বা 1 লিটার) দ্রবণে 1 মোল ($40 \text{ g}$) $NaOH$ দ্রবীভূত আছে।
ব্যাখ্যা: মোলারিটি = (দ্রাবের মোল সংখ্যা) / (দ্রবণের আয়তন লিটারে)।
প্রশ্ন ২৮: মোলার আয়তন কাকে বলে?
উত্তর: নির্দিষ্ট চাপ ও উষ্ণতায় 1 মোল পরিমাণ যেকোনো পদার্থের আয়তনকে মোলার আয়তন বলে।
ব্যাখ্যা: গ্যাসের ক্ষেত্রে STP তে এর মান $22.4 \text{ L/mol}$।
প্রশ্ন ২৯: $250 \text{ mL}$ দ্রবণে $5.85 \text{ g}$ $NaCl$ দ্রবীভূত থাকলে মোলারিটি কত?
উত্তর: $0.4 \text{ M}$
ব্যাখ্যা: $NaCl$ এর আণবিক ভর = $23 + 35.5 = 58.5$। মোল সংখ্যা = $\frac{5.85}{58.5} = 0.1$।
মোলারিটি = $\frac{0.1}{250} \times 1000 = 0.4 \text{ M}$।
প্রশ্ন ৩০: রাসায়নিক বিক্রিয়ায় ভর ও শক্তির সংরক্ষণ সূত্রটি কী?
উত্তর: আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতাবাদ অনুযায়ী ভর ও শক্তি একে অপরের রূপান্তরযোগ্য ($E = mc^2$)।
ব্যাখ্যা: আধুনিক বিজ্ঞান অনুযায়ী, কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় সিস্টেমের মোট ভর এবং মোট শক্তির যোগফল সর্বদা ধ্রুবক থাকে।
পরবর্তী Unit এর নোটস খুব শীঘ্রই Bigyanbook-এ আসছে। তোমাদের পরীক্ষার প্রস্তুতির জন্য শুভকামনা!