জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া

• সনাতন জারণ: কোনো পদার্থের সাথে অক্সিজেন বা অন্য কোনো তড়িৎ-ঋণাত্মক মৌল বা মূলকের সংযোজন, অথবা কোনো পদার্থ থেকে হাইড্রোজেন বা অন্য কোনো তড়িৎ-ধনাত্মক মৌল বা মূলকের অপসারণকে জারণ বলে।
  উদাহরণ:
  • $2\text{Mg}(s) + \text{O}_2(g) \to 2\text{MgO}(s)$ (অক্সিজেন সংযোজন)
  • $2\text{H}_2\text{S}(g) + \text{O}_2(g) \to 2\text{S}(s) + 2\text{H}_2\text{O}(l)$ ($\text{H}_2\text{S}$ থেকে হাইড্রোজেন অপসারণ)
  • $\text{Fe}(s) + \text{S}(s) \to \text{FeS}(s)$ (তড়িৎ-ঋণাত্মক সালফার সংযোজন)
  • $2\text{KI} + \text{Cl}_2 \to 2\text{KCl} + \text{I}_2$ (আয়োডিন থেকে তড়িৎ-ধনাত্মক পটাশিয়াম অপসারণ)
• সনাতন বিজারণ: কোনো পদার্থের সাথে হাইড্রোজেন বা অন্য কোনো তড়িৎ-ধনাত্মক মৌল বা মূলকের সংযোজন, অথবা কোনো পদার্থ থেকে অক্সিজেন বা অন্য কোনো তড়িৎ-ঋণাত্মক মৌল বা মূলকের অপসারণকে বিজারণ বলে।
  উদাহরণ:
  • $\text{CuO}(s) + \text{H}_2(g) \to \text{Cu}(s) + \text{H}_2\text{O}(l)$ ($\text{CuO}$ থেকে অক্সিজেন অপসারণ)
  • $\text{Cl}_2(g) + \text{H}_2(g) \to 2\text{HCl}(g)$ (ক্লোরিনে হাইড্রোজেন সংযোজন)
  • $2\text{HgCl}_2(aq) + \text{SnCl}_2(aq) \to \text{Hg}_2\text{Cl}_2(s) + \text{SnCl}_4(aq)$ (তড়িৎ-ধনাত্মক পারদ সংযোজন)
  • $2\text{FeCl}_3(aq) + \text{H}_2(g) \to 2\text{FeCl}_2(aq) + 2\text{HCl}(aq)$ (তড়িৎ-ঋণাত্মক ক্লোরিন অপসারণ)

জারণ সংখ্যা গণনার মূল আন্তর্জাতিক নিয়মাবলী:

1. মুক্ত মৌলাবস্থা: কোনো মুক্ত, অসংযুক্ত বা রূপভেদীয় অবস্থায় মৌলের জারণ সংখ্যা সর্বদা শূন্য ($0$)। যেমন: $\text{O}_2, \text{O}_3, \text{P}_4, \text{S}_8, \text{H}_2, \text{Cl}_2, \text{Fe}(s), \text{Na}(s) = 0$।
2. এক-পারমাণবিক আয়ন: এক-পারমাণবিক আয়নের জারণ সংখ্যা তার প্রকৃত তড়িৎ-আধানের সমান। যেমন: $\text{Na}^+ (+1), \text{Mg}^{2+} (+2), \text{Al}^{3+} (+3), \text{Cl}^- (-1), \text{O}^{2-} (-2)$।
3. ফ্লুরিন: পর্যায় সারণির সর্বাধিক তড়িৎ-ঋণাত্মক মৌল হওয়ায় ফ্লুরিনের জারণ সংখ্যা তার সমস্ত যৌগে সর্বদা $-1$ হয় (কোনো ব্যতিক্রম নেই)।
4. অক্সিজেন:
   • সাধারণ অক্সাইডে (যেমন: $\text{H}_2\text{O}, \text{CaO}, \text{CO}_2$) অক্সিজেনের জারণ সংখ্যা $-2$।
   • পারঅক্সাইড যৌগে ($-O-O-$ বন্ধনযুক্ত, যেমন: $\text{H}_2\text{O}_2, \text{Na}_2\text{O}_2, \text{BaO}_2$) অক্সিজেনের জারণ সংখ্যা $-1$।
   • সুপারঅক্সাইডে (যেমন: $\text{KO}_2, \text{RbO}_2$) অক্সিজেনের জারণ সংখ্যা $-1/2$।
   • অক্সিজেন ফ্লুরাইডে ফ্লুরিন অধিক ঋণাত্মক হওয়ায় অক্সিজেনের মান ধনাত্মক হয়: $\text{OF}_2$-এ $+2$ এবং $\text{O}_2\text{F}_2$-এ $+1$।
5. হাইড্রোজেন: অধাতুর সাথে গঠিত সমযোজী যৌগে হাইড্রোজেনের মান $+1$, কিন্তু সক্রিয় ধাতব হাইড্রাইডে (যেমন: $\text{NaH}, \text{CaH}_2, \text{LiAlH}_4$) হাইড্রোজেনের মান $-1$ হয়।
6. ক্ষার ধাতু ও মৃৎক্ষার ধাতু: গ্রুপ ১ ক্ষার ধাতুসমূহ সর্বদা $+1$ এবং গ্রুপ ২ মৃৎক্ষার ধাতুসমূহ সর্বদা $+2$ হয়।
7. বীজগণিতীয় সমষ্টি:
   • যেকোনো নিরপেক্ষ অণুর সমস্ত পরমাণুর জারণ সংখ্যার বীজগণিতীয় সমষ্টি শূন্য: $\sum \text{O.N.} = 0$।
   • যেকোনো জটিল বা বহুপারমাণবিক আয়নের ক্ষেত্রে পরমাণুগুলির জারণ সংখ্যার সমষ্টি আয়নটির মোট আধানের সমান: $\sum \text{O.N.} = z$।

1. সংযোজন বিক্রিয়া (Combination Reactions): যে বিক্রিয়ায় দুটি বা ততোধিক পদার্থ যুক্ত হয়ে একটি মাত্র যৌগ উৎপন্ন করে। এটি রেডক্স বিক্রিয়া হওয়ার শর্ত হলো বিক্রিয়কগুলির অন্তত একটিকে মুক্ত মৌলাবস্থায় থাকতে হবে। $$\overset{0}{\text{C}}(s) + \overset{0}{\text{O}_2}(g) \to \overset{+4}{\text{C}}\overset{-2}{\text{O}_2}(g) \quad (\text{কার্বন জারিত এবং অক্সিজেন বিজারিত})$$ $$3\overset{0}{\text{Mg}}(s) + \overset{0}{\text{N}_2}(g) \to \overset{+2}{\text{Mg}}_3\overset{-3}{\text{N}}_2(s) \quad (\text{ম্যাগনেসিয়াম জারিত এবং নাইট্রোজেন বিজারিত})$$
2. বিয়োজন বিক্রিয়া (Decomposition Reactions): যে বিক্রিয়ায় কোনো যৌগ বিশ্লিষ্ট হয়ে দুই বা ততোধিক সরল পদার্থ উৎপন্ন করে। এটি রেডক্স বিক্রিয়া হবে যদি উৎপাদগুলির অন্তত একটি মুক্ত মৌল হিসেবে পাওয়া যায়। $$2\overset{+1}{\text{H}_2}\overset{-1}{\text{O}_2}(l) \to 2\overset{+1}{\text{H}_2}\overset{-2}{\text{O}}(l) + \overset{0}{\text{O}_2}(g) \quad (\text{রেডক্স বিয়োজন})$$ $$2\overset{+1}{\text{K}}\overset{+5}{\text{Cl}}\overset{-2}{\text{O}_3}(s) \xrightarrow{\text{MnO}_2, \Delta} 2\overset{+1}{\text{K}}\overset{-1}{\text{Cl}}(s) + 3\overset{0}{\text{O}_2}(g) \quad (\text{Cl বিজারিত এবং O জারিত})$$
3. প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া (Displacement Reactions):
   • ধাতু প্রতিস্থাপন: তড়িৎ-রাসায়নিক শ্রেণিতে উচ্চস্থানে থাকা অধিক সক্রিয় ধাতু কম সক্রিয় ধাতুকে তার লবণের জলীয় দ্রবণ থেকে প্রতিস্থাপিত করে: $$\overset{0}{\text{Zn}}(s) + \overset{+2}{\text{Cu}}\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}_4}(aq) \to \overset{+2}{\text{Zn}}\overset{+6}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}_4}(aq) + \overset{0}{\text{Cu}}(s)$$
   • অধাতু প্রতিস্থাপন:
     হাইড্রোজেন প্রতিস্থাপন: ঋণাত্মক বিভবযুক্ত সক্রিয় ধাতু লঘু অ্যাসিড বা জল থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস মুক্ত করে: $$\overset{0}{\text{Fe}}(s) + 2\overset{+1}{\text{H}}\overset{-1}{\text{Cl}}(aq) \to \overset{+2}{\text{Fe}}\overset{-1}{\text{Cl}_2}(aq) + \overset{0}{\text{H}_2}(g)$$
     হ্যালোজেন প্রতিস্থাপন: হ্যালোজেনসমূহের জারক ক্ষমতা $\text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2$ ক্রম অনুসরণ করে। অধিক সক্রিয় হ্যালোজেন কম সক্রিয় হ্যালাইডকে জারিত করে: $$\overset{0}{\text{Cl}_2}(g) + 2\overset{+1}{\text{K}}\overset{-1}{\text{Br}}(aq) \to 2\overset{+1}{\text{K}}\overset{-1}{\text{Cl}}(aq) + \overset{0}{\text{Br}_2}(l)$$
4. অসমঞ্জসন বিক্রিয়া (Disproportionation / Auto-Redox): যে বিশেষ রেডক্স বিক্রিয়ায় একটি মাত্র পদার্থের অন্তর্ভুক্ত একটি নির্দিষ্ট মৌল যুগপৎ জারিত এবং বিজারিত হয়ে দুটি ভিন্ন জারণ দশাযুক্ত উৎপাদ গঠন করে, তাকে অসমঞ্জসন বিক্রিয়া বলে।
   প্রয়োজনীয় শর্ত: সংশ্লিষ্ট মৌলটির কমপক্ষে তিনটি জারণ অবস্থা থাকতে হবে এবং বিক্রিয়কে মৌলটিকে মধ্যবর্তী জারণ অবস্থায় থাকতে হবে।
5. সমানুপাতীকরণ বিক্রিয়া (Comproportionation): দুটি ভিন্ন জারণ অবস্থায় থাকা একই মৌলযুক্ত দুটি বিক্রিয়ক পরস্পর বিক্রিয়া করে একটি মধ্যবর্তী জারণ অবস্থার সাধারণ উৎপাদ তৈরি করে (অসমঞ্জসনের বিপরীত প্রক্রিয়া): $$2\overset{-2}{\text{H}_2\text{S}}(g) + \overset{+4}{\text{S}}\overset{-2}{\text{O}_2}(g) \to 3\overset{0}{\text{S}}(s) + 2\overset{+1}{\text{H}_2}\overset{-2}{\text{O}}(l)$$

রেডক্স পদার্থের $n$-ফ্যাক্টর নির্ণয়ের সূত্র:

ড্যানিয়েল কোষের প্রধান অংশসমূহ:

• অ্যানোড অর্ধ-কোষ: জিংক সালফেট ($\text{ZnSO}_4, 1.0\text{ M}$) দ্রবণে নিমজ্জিত জিংক দণ্ড। এতে জারণ ঘটে এবং এটি ঋণাত্মক মেরু ($-$): $$\text{Zn}(s) \to \text{Zn}^{2+}(aq) + 2e^- \quad (\text{জারণ অর্ধ-বিক্রিয়া})$$
• ক্যাথোড অর্ধ-কোষ: কপার সালফেট ($\text{CuSO}_4, 1.0\text{ M}$) দ্রবণে নিমজ্জিত কপার দণ্ড। এতে বিজারণ ঘটে এবং এটি ধনাত্মক মেরু ($+$): $$\text{Cu}^{2+}(aq) + 2e^- \to \text{Cu}(s) \quad (\text{বিজারণ অর্ধ-বিক্রিয়া})$$
• বহিঃস্থ বর্তনী: ধাতব তারের মাধ্যমে অ্যানোড থেকে ক্যাথোডে ইলেকট্রন প্রবাহিত হয়। প্রচলিত তড়িৎপ্রবাহ কপার থেকে জিংকের দিকে ঘটে।
• কোষ বিক্রিয়া: দুটি অর্ধ-বিক্রিয়া যোগ করলে সামগ্রিক সমীকরণ পাওয়া যায়: $$\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \to \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s) \quad (E^\circ_{\text{cell}} = +1.10\text{ V})$$

প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বারের (SHE) বৈশিষ্ট্য:

• প্লাটিনাম ব্ল্যাক প্রলেপযুক্ত প্লাটিনাম তারের সাহায্যে ১ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে বিশুদ্ধ $\text{H}_2$ গ্যাস $1.0\text{ M H}^+$ আয়নযুক্ত দ্রবণে চালনা করা হয়।
• সর্বজনীন আন্তর্জাতিক নিয়ম অনুসারে যেকোনো তাপমাত্রায় SHE-এর প্রমাণ বিভব শূন্য ($0.00\text{ V}$) ধরা হয়: $$E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) = 0.00\text{ V}$$

• যদি $E^\circ_{\text{কোষ}} > 0 \implies \Delta G^\circ < 0$: বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে এবং বিদ্যুৎ উৎপন্ন করবে।
• যদি $E^\circ_{\text{কোষ}} < 0 \implies \Delta G^\circ > 0$: সম্মুখমুখী বিক্রিয়াটি অস্বতঃস্ফূর্ত।
• যদি $E^\circ_{\text{কোষ}} = 0 \implies \Delta G^\circ = 0$: ব্যবস্থাটি রাসায়নিক সাম্যাবস্থায় রয়েছে (কোষ নিঃশেষিত)।