কয়েকটি পরিচিত গ্যাস

১.১ আবিষ্কার, উপস্থিতি ও ভৌত ধর্ম

শুষ্ক বায়ুতে আয়তন হিসেবে প্রায় ২০.৯৫% এবং ভর হিসেবে প্রায় ২৩% অক্সিজেন ($\text{O}_2$) গ্যাস থাকে। জলে ভর হিসেবে প্রায় ৮৯% অক্সিজেন বিদ্যমান। বিজ্ঞানী কার্ল উইলহেম শিলে (১৭৭২) এবং জোসেফ প্রিস্টলে (১৭৭৪) স্বতন্ত্রভাবে এই গ্যাস আবিষ্কার করেন। বিজ্ঞানী ল্যাভয়সিয়ে ১৭৭৭ সালে এর নাম দেন "অক্সিজেন" (যার অর্থ অম্ল উৎপাদক)।

ভৌত ধর্ম: অক্সিজেন বর্ণহীন, গন্ধহীন ও স্বাদহীন গ্যাস। এটি বাতাসের চেয়ে সামান্য ভারী (বাষ্প ঘনত্ব ১৬, বায়ুর বাষ্প ঘনত্ব ১৪.৪)। এটি জলে সামান্য পরিমাণে দ্রবীভূত হয় (২০°সে উষ্ণতায় ১০০ সেমি³ জলে প্রায় ৩ সেমি³ অক্সিজেন দ্রবীভূত থাকে), যা জলজ প্রাণী ও উদ্ভিদের বেঁচে থাকার জন্য অপরিহার্য। এটি -১৮৩°সে উষ্ণতায় হালকা নীল তরলে এবং -২১৮.৮°সে উষ্ণতায় নীলাভ কঠিনে পরিণত হয়।

১.২ পরীক্ষাগার প্রস্তুতি: পটাশিয়াম ক্লোরেটের তাপীয় বিয়োজন

পরীক্ষাগারে অক্সিজেন প্রস্তুত করতে কঠিন ও শুষ্ক পটাশিয়াম ক্লোরেট ($\text{KClO}_3$) এবং ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড ($\text{MnO}_2$) কে ৪:১ ভর অনুপাতে মিশিয়ে একটি শক্ত কাচের টেস্টটিউবে ২০০°সে - ২৪০°সে উষ্ণতায় উত্তপ্ত করা হয়।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক যুক্তি: শুধু পটাশিয়াম ক্লোরেটকে উত্তপ্ত করলে প্রায় ৬৫০°সে উষ্ণতার প্রয়োজন হয় এবং এতে টেস্টটিউব গলে যাওয়ার বা বিস্ফোরণ ঘটার ঝুঁকি থাকে। কিন্তু মিশ্রণে $\text{MnO}_2$ যোগ করলে বিয়োজন তাপমাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে কমে ২০০°-২৪০°সে-এ নেমে আসে এবং দ্রুত অক্সিজেন নির্গত হয়।

১.৩ অনুঘটক ও সাধারণ উষ্ণতায় বিকল্প প্রস্তুতি

অনুঘটকের সংজ্ঞা (Catalyst): যে পদার্থ কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় সামান্য পরিমাণে উপস্থিত থেকে বিক্রিয়ার বেগ বাড়ায় বা কমায়, কিন্তু বিক্রিয়া শেষে নিজে ভরে ও রাসায়নিক গঠনে সম্পূর্ণ অপরিবর্তিত থাকে, তাকে অনুঘটক বলে। এখানে $\text{MnO}_2$ হলো একটি ধন্যাত্মক অনুঘটক (Positive Catalyst)।

উত্তাপহীন প্রস্তুতি: কোনো তাপপ্রয়োগ ছাড়াই সাধারণ উষ্ণতায় হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড দ্রবণে ম্যাঙ্গানিজ ডাইঅক্সাইড যোগ করলে দ্রুত অক্সিজেন তৈরি হয়:

গ্যাস সংগ্রহ পদ্ধতি: অক্সিজেন গ্যাস জলের নিম্নমুখী অপসারণ দ্বারা (Downward displacement of water) গ্যাসজারে সংগ্রহ করা হয়, কারণ এটি জলে খুব সামান্য দ্রাব্য এবং জলের সঙ্গে বিক্রিয়া করে না। বাতাসের সঙ্গে এর ঘনত্বের পার্থক্য কম হওয়ায় বাতাসের অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা হয় না।

১.৪ রাসায়নিক ধর্ম ও বিভিন্ন মৌলের দহন

অক্সিজেন নিজে জ্বলে না, কিন্তু দহনে প্রবল সহায়তা করে। একটি শিখাহীন জ্বলন্ত পাটকাঠি অক্সিজেনভর্তি গ্যাসজারে প্রবেশ করালে তা উজ্জ্বল শিখাসহ জ্বলে ওঠে।

• কার্বন (C): স্ফুলিঙ্গসহ জ্বলে আম্লিক কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাস তৈরি করে: $\text{C} + \text{O}_2 \\to \text{CO}_2$।
• সালফার (S): উজ্জ্বল নীল শিখায় জ্বলে তীব্র ঝাঁঝালো গন্ধযুক্ত সালফার ডাইঅক্সাইড উৎপন্ন করে: $\text{S} + \text{O}_2 \\to \text{SO}_2$।
• ম্যাগনেসিয়াম (Mg): চোখ ধাঁধানো উজ্জ্বল সাদা আলোয় জ্বলে ক্ষারীয় ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইডের সাদা গুঁড়ো তৈরি করে: $2\text{Mg} + \text{O}_2 \\to 2\text{MgO}$।
• সোডিয়াম (Na): সোনালী হলুদ শিখায় জ্বলে ক্ষারীয় সোডিয়াম অক্সাইড ও পারঅক্সাইড উৎপন্ন করে: $4\text{Na} + \text{O}_2 \\to 2\text{Na}_2\text{O}$।
• লোহা (Fe): লোহিত তপ্ত লোহার তার অক্সিজেনে স্ফুলিঙ্গ ছিটকে জ্বলে কালো ফেরোসো-ফেরিক অক্সাইড গঠন করে: $3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \\to \text{Fe}_3\text{O}_4$।

১.৫ অক্সাইডের শ্রেণিবিভাগ ও লোহায় মরিচা পড়ার বিজ্ঞান

অক্সিজেনের সঙ্গে বিভিন্ন মৌলের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন অক্সাইডগুলোকে চার ভাগে ভাগ করা হয়:

লোহায় মরিচা পড়ার রহস্য (Rusting of Iron): সাধারণ বায়ুমণ্ডলে লোহা রেখে দিলে তার ওপর যে বাদামি রঙের ভঙ্গুর আস্তরণ পড়ে তাকে মরিচা বলে। মরিচা আসলে আর্দ্র ফেরিক অক্সাইড। মরিচা পড়ার জন্য অক্সিজেন এবং তরল জল বা জলীয় বাষ্প উভয়ের যুগপৎ উপস্থিতি আবশ্যক। শুষ্ক অক্সিজেন বা বাতাসহীন ফুটানো জলে লোহা কখনোই মরিচাধরা হয় না।

মরিচা নিবারণের উপায়: (১) লোহার ওপর তেল, গ্রিজ বা রঙের প্রলেপ দেওয়া, (২) গ্যালভানাইজেশন (Galvanization) — গলিত দস্তার (Zinc) পাতলা আস্তরণ দেওয়া, (৩) ক্রোমিয়াম বা নিকেলের তড়িৎলেপন।

২.১ উপস্থিতি, লঘুতম বৈশিষ্ট্য ও পরিচয়

হাইড্রোজেন ($\text{H}_2$) হলো মহাবিশ্বের সবচেয়ে হালকা এবং সর্বাধিক প্রাচুর্যপূর্ণ মৌল (সূর্য ও নক্ষত্রের প্রধান জ্বালানি)। ১৭৬৬ সালে বিজ্ঞানী হেনরি ক্যাভেন্ডিশ এটি আবিষ্কার করেন এবং একে "দাহ্য বাতাস" (Inflammable air) নাম দেন। বিজ্ঞানী ল্যাভয়সিয়ে এর নাম দেন হাইড্রোজেন (যার অর্থ জল উৎপাদক)।

ভৌত ধর্ম: হাইড্রোজেন বর্ণহীন, গন্ধহীন ও স্বাদহীন গ্যাস। এটি সমস্ত পদার্থের মধ্যে সবচেয়ে হালকা (ঘনত্ব মাত্র ০.০৮৯৯ গ্রাম/লিটার, বাতাসের ভরের প্রায় ১/১৪.৪ ভাগ)। এটি জলে প্রায় অদ্রাব্য (২০°সে তাপমাত্রায় ১০০ সেমি³ জলে মাত্র ২ সেমি³ হাইড্রোজেন দ্রবীভূত হতে পারে) এবং গ্রাহামের ব্যাপন সূত্রানুযায়ী এটি দ্রুততম গতিতে ব্যাপিত হয়।

২.২ পরীক্ষাগার প্রস্তুতি: দানাযুক্ত দস্তা ও লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড

পরীক্ষাগারে সাধারণ উষ্ণতায় একটি উল্ফ বোতলে দানাযুক্ত দস্তা (Granulated Zinc) নিয়ে তাতে দীর্ঘনল ফানেলের সাহায্যে লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড ($\text{H}_2\text{SO}_4$) ঢাললে বুদবুদ আকারে হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন হয়। এতে কোনো তাপপ্রয়োগের প্রয়োজন হয় না।

বিশুদ্ধ দস্তার পরিবর্তে দানাযুক্ত দস্তা ব্যবহারের কারণ:

• কপার অশুদ্ধির অনুঘটন: দানাযুক্ত দস্তায় সামান্য পরিমাণে কপার ($\text{Cu}$) অশুদ্ধি হিসেবে মিশে থাকে। অ্যাসিডের সংস্পর্শে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র তড়িৎকোষ ($\text{Zn-Cu}$ কাপল) তৈরি হয়, যা অনুঘটকের মতো কাজ করে বিক্রিয়ার গতি বহুগুণ বাড়িয়ে দেয়। বিশুদ্ধ দস্তা খুব ধীরগতিতে বিক্রিয়া করে।
• অধিক কার্যকরী পৃষ্ঠতল: গলিত দস্তাকে ঠান্ডা জলে ফেলে দানাযুক্ত দস্তা তৈরি করা হয়, ফলে এটি অনিয়মিত, খাঁজকাটা ও ছিদ্রযুক্ত হয় এবং অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়ার জন্য অনেক বেশি ক্ষেত্রফল উন্মুক্ত রাখে।

সতর্কতা: হাইড্রোজেন প্রস্তুতিতে কখনোই নাইট্রিক অ্যাসিড ($\text{HNO}_3$) ব্যবহার করা হয় না, কারণ নাইট্রিক অ্যাসিড তীব্র জারক পদার্থ; এটি উৎপন্ন হাইড্রোজেনকে জারিত করে সঙ্গে সঙ্গে জলে পরিণত করে এবং নিজে নাইট্রোজেনের অক্সাইডে ($\text{NO}_2, \text{NO}$) বিজারিত হয়।

২.৩ গ্যাস সংগ্রহ ও পরীক্ষাগারের সতর্কতা

হাইড্রোজেন গ্যাসকে জলের নিম্নমুখী অপসারণ দ্বারা গ্যাসজারে সংগ্রহ করা হয়। এটি বাতাসের চেয়ে হালকা হলেও বাতাসের নিম্নমুখী অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা বিপজ্জনক, কারণ বাতাস ও হাইড্রোজেনের মিশ্রণ অত্যন্ত বিস্ফোরক।

জরুরি সতর্কতা: উল্ফ বোতলে দীর্ঘনল ফানেলের নিচের প্রান্তটি যেন সর্বদা অ্যাসিডের মধ্যে নিমজ্জিত থাকে। ফানেলের মুখ অ্যাসিডের ওপরে থাকলে উৎপন্ন হাইড্রোজেন গ্যাস ফানেল দিয়ে বাইরে বেরিয়ে ঘরে ছড়িয়ে পড়বে এবং মারাত্মক বিস্ফোরণ ঘটতে পারে।

২.৪ রাসায়নিক ধর্ম, পপ শব্দ পরীক্ষা ও দহন

হাইড্রোজেন একটি দাহ্য গ্যাস। এটি বাতাসে বা অক্সিজেনে হালকা নীল শিখায় জ্বলে জলীয় বাষ্প তৈরি করে এবং প্রচুর তাপ উৎপন্ন করে:

দহনে সহায়ক নয়: হাইড্রোজেনভর্তি উল্টানো গ্যাসজারের ভেতরে জ্বলন্ত মোমবাতি প্রবেশ করালে মোমবাতিটি নিভে যায়, কিন্তু গ্যাসজারের মুখে বাতাস পাওয়ার কারণে হাইড্রোজেন গ্যাস হালকা নীল শিখায় জ্বলতে থাকে।

শনাক্তকারী পপ পরীক্ষা (Pop Sound Test): টেস্টটিউবে সংগৃহীত হাইড্রোজেন গ্যাসের মুখে জ্বলন্ত কাঠি ধরলে এটি একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ তীব্র "পপ" (Pop) শব্দ করে বিস্ফোরিত হয়ে জ্বলে ওঠে। এই পরীক্ষার মাধ্যমে হাইড্রোজেন গ্যাস নিশ্চিতভাবে শনাক্ত করা হয়।

২.৫ বিজারণ ধর্ম ও শিল্পক্ষেত্রের তাৎপর্য

হাইড্রোজেন একটি শক্তিশালী বিজারক পদার্থ (Reducing Agent)। উত্তপ্ত কালো কপার অক্সাইডের ($\text{CuO}$) ওপর দিয়ে শুষ্ক হাইড্রোজেন গ্যাস চালনা করলে হাইড্রোজেন কপার অক্সাইড থেকে অক্সিজেন কেড়ে নিয়ে তাকে লালচে-বাদামি ধাতব তামায় বিজারিত করে, এবং নিজে জারিত হয়ে জলে পরিণত হয়:

প্রধান ব্যবহারসমূহ:

• হেবার পদ্ধতিতে অ্যামোনিয়া তৈরি: $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \\xrightleftharpoons[\text{Fe / Mo}]{450^\circ\text{C}, 200\text{ atm}} 2\text{NH}_3$, যা ইউরিয়া ও সার উৎপাদনে প্রধান কাঁচামাল।
• বনস্পতি ঘি প্রস্তুত (হাইড্রোজিনেশন): তরল উদ্ভিজ্জ তেলের সাথে নিকেল অনুঘটকের উপস্থিতিতে হাইড্রোজেন যোগ করে কঠিন বনস্পতি ঘি তৈরি করা হয়।
• ভবিষ্যতের গ্রিন ফুয়েল: তরল হাইড্রোজেন রকেটের জ্বালানি হিসেবে ব্যবহৃত হয়। এর দহনে শুধুমাত্র জল উৎপন্ন হয়, কোনো কার্বন নির্গমন ঘটে না।

৩.১ বায়ুমণ্ডলীয় উপস্থিতি ও সাধারণ ধর্ম

বায়ুমণ্ডলে কার্বন ডাইঅক্সাইড ($\text{CO}_2$) গ্যাসের পরিমাণ আয়তন হিসেবে মাত্র প্রায় ০.০৪% (প্রায় ৪২০ পিপিএম)। কম পরিমাণে থাকলেও সালোকসংশ্লেষ প্রক্রিয়ায় উদ্ভিদের শর্করা তৈরিতে এবং পৃথিবীর ভারসাম্য রক্ষায় এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

ভৌত ধর্ম: বর্ণহীন গ্যাস, মৃদু ঝাঁঝালো অম্লীয় গন্ধ ও স্বাদযুক্ত। এটি বাতাসের চেয়ে ১.৫৩ গুণ ভারী (বাষ্প ঘনত্ব ২২, বাতাসের ১৪.৪)। এটি জলে দ্রবণীয় (২০°সে তাপমাত্রায় ১ আয়তন জলে প্রায় ১ আয়তন $\text{CO}_2$ দ্রবীভূত হয়) এবং মৃদু কার্বনিক অ্যাসিড ($\text{H}_2\text{CO}_3$) গঠন করে।

৩.২ পরীক্ষাগার প্রস্তুতি: মার্বেল কুচি ও লঘু হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড

পরীক্ষাগারে উত্তাপ ছাড়াই সাধারণ উষ্ণতায় উল্ফ বোতলে বা কিপস যন্ত্রে মার্বেল কুচি (ক্যালসিয়াম কার্বনেট, $\text{CaCO}_3$) নিয়ে তাতে দীর্ঘনল ফানেল দিয়ে লঘু হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড ($\text{HCl}$) ঢাললে তীব্র বুদবুদসহ কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাস উৎপন্ন হয়।

পরীক্ষকের বিশেষ প্রশ্ন — লঘু সালফিউরিক অ্যাসিড কেন ব্যবহার করা হয় না?

মার্বেল কুচির ওপর লঘু $\text{H}_2\text{SO}_4$ ঢাললে প্রথমে সামান্য গ্যাস বের হয়েই বিক্রিয়াটি চিরতরে বন্ধ হয়ে যায়। কারণ বিক্রিয়ায় উৎপন্ন উপজাত ক্যালসিয়াম সালফেট ($\text{CaSO}_4$) জলে অত্যন্ত অদ্রাব্য। এটি মার্বেল কুচির ওপর একটি কঠিন, দুর্ভেদ্য আস্তরণ তৈরি করে অ্যাসিডের সাথে কার্বনেটের যোগাযোগ বিচ্ছিন্ন করে দেয়:

গ্যাস সংগ্রহ পদ্ধতি: $\text{CO}_2$ বাতাসের চেয়ে দেড়গুণ ভারী এবং জলে বেশ দ্রাব্য হওয়ায় একে বাতাসের ঊর্ধ্বমুখী অপসারণ দ্বারা (Upward displacement of air) সোজা গ্যাসজারে সংগ্রহ করা হয়।

৩.৩ স্বচ্ছ চুনজলের পরীক্ষা (দুই পর্যায়ের সুনির্দিষ্ট বিক্রিয়া)

কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্যাস শনাক্তকরণের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ও নির্ভরযোগ্য পরীক্ষা হলো সদ্য প্রস্তুত স্বচ্ছ চুনজল [ক্যালসিয়াম হাইড্রক্সাইড দ্রবণ, $\text{Ca(OH)}_2$]-এর মধ্য দিয়ে গ্যাসটি চালনা করা:

প্রথম পর্যায় (স্বল্প সময় গ্যাস চালনা): চুনজলের মধ্য দিয়ে অল্প সময় $\text{CO}_2$ চালনা করলে জলে অদ্রাব্য ক্যালসিয়াম কার্বনেটের সাদা অধঃক্ষেপ তৈরি হওয়ায় দ্রবণটি দুধের মতো ঘোলা হয়ে যায়:

দ্বিতীয় পর্যায় (অতিরিক্ত সময় গ্যাস চালনা): ঘোলা দ্রবণের মধ্য দিয়ে একটানা অতিরিক্ত $\text{CO}_2$ চালনা করতে থাকলে অদ্রবণীয় ক্যালসিয়াম কার্বনেট দ্রাব্য ক্যালসিয়াম বাইকার্বনেটে রূপান্তরিত হয়, ফলে দ্রবণটি আবার সম্পূর্ণ স্বচ্ছ ও বর্ণহীন হয়ে যায়:

বিশেষ দ্রষ্টব্য: এই স্বচ্ছ দ্রবণটিকে ফোটালে $\text{Ca(HCO}_3)_2$ বিয়োজিত হয়ে পুনরায় অদ্রাব্য $\text{CaCO}_3$ গঠন করে এবং দ্রবণটি আবার ঘোলা হয়ে যায়।

৩.৪ আগুন নেভানোর ভূমিকা ও জ্বলন্ত ম্যাগনেসিয়াম ফিতার ব্যতিক্রম

কার্বন ডাইঅক্সাইড নিজে দাহ্য নয় এবং দহনে সহায়তাও করে না। বাতাসের চেয়ে দেড়গুণ ভারী হওয়ায় এটি জ্বলন্ত বস্তুর ওপর বাতাসের কম্বলের মতো চেপে বসে অক্সিজেনের সরবরাহ বন্ধ করে দেয়। এই কারণে অগ্নিনির্বাপক যন্ত্রে কার্বন ডাইঅক্সাইড ব্যবহৃত হয়।

জ্বলন্ত ম্যাগনেসিয়াম ফিতার ব্যতিক্রমী ঘটনা: $\text{CO}_2$ গ্যাসে জ্বলন্ত পাটকাঠি বা মোমবাতি সঙ্গে সঙ্গে নিভে গেলেও একটি জ্বলন্ত ম্যাগনেসিয়াম ফিতা প্রবেশ করালে তা উজ্জ্বল আলো সহকারে জ্বলতেই থাকে এবং জারের গায়ে সাদা গুঁড়ো ও কালো দাগ পড়ে:

ম্যাগনেসিয়ামের অক্সিজেনের প্রতি তীব্র আকর্ষণ থাকে এবং এর জ্বলন উষ্ণতা ২০০০°সে-এর বেশি হওয়ায় এটি $\text{CO}_2$ অণুকে ভেঙে অক্সিজেন গ্রহণ করে ও মুক্ত কার্বন তৈরি করে।

৩.৫ শুষ্ক বরফ (Dry Ice) ও বাস্তব প্রয়োগ

উচ্চ চাপে ($>৫০\text{ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ}$) তরল কার্বন ডাইঅক্সাইডকে সরু ছিদ্র দিয়ে দ্রুত প্রসারিত করলে উষ্ণতা দ্রুত হ্রাস পেয়ে এটি বরফের মতো সাদা কঠিনে পরিণত হয়। একে শুষ্ক বরফ (Dry Ice) বলে।

• ঊর্ধ্বপাতন (-৭৮.৫°সে): সাধারণ বায়ুমণ্ডলীয় চাপে কঠিন $\text{CO}_2$ তরলে পরিণত না হয়ে সরাসরি বাষ্পে রূপান্তরিত হয় (ঊর্ধ্বপাতন ঘটে)। এটি কোনো বস্তুকে বা হাতকে ভেজায় না বলেই এর নাম "শুষ্ক" বরফ।
• ব্যবহার: ওষুধ, প্রতিষেধক ও মাংস সংরক্ষণে হিমাঙ্ককারী হিসেবে, থিয়েটার বা মঞ্চে কৃত্রিম ঘন কুয়াশা সৃষ্টিতে, সোডা ওয়াটার ও কোমল পানীয় তৈরিতে ব্যবহৃত হয়।

৪.১ প্রাচুর্য ও ত্রিবন্ধনের সুদৃঢ় রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তা

বায়ুমণ্ডলে আয়তনের দিক থেকে সবচেয়ে বেশি থাকে নাইট্রোজেন ($\text{N}_2$) গ্যাস — প্রায় ৭৮.০৮%। ১৭৭২ সালে বিজ্ঞানী ড্যানিয়েল রাদারফোর্ড এটি আবিষ্কার করেন। এর বাষ্প ঘনত্ব ১৪, অর্থাৎ বাতাসের (১৪.৪) চেয়ে সামান্য হালকা।

সাধারণ উষ্ণতায় নাইট্রোজেনের রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তার কারণ:

নাইট্রোজেনের অণুতে দুটি নাইট্রোজেন পরমাণু পরস্পরের সাথে তিনটি ইলেকট্রন জোড় শেয়ার করে একটি অত্যন্ত সুদৃঢ় সমযোজী ত্রিবন্ধন ($\mathbf{N \equiv N}$) গঠন করে। এই ত্রিবন্ধনটিকে ভাঙতে বিপুল পরিমাণ শক্তির (বন্ধন বিয়োজন শক্তি প্রায় ৯৪৫.৩ কিলোজুল/মোল) প্রয়োজন হয়। সাধারণ ঘরের উষ্ণতায় এই বিপুল শক্তি পাওয়া সম্ভব হয় না বলে নাইট্রোজেন প্রায় কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশ নেয় না এবং বাতাসের তীব্র অক্সিজেন দহনকে প্রশমিত করে রাখে।

৪.২ উচ্চ উষ্ণতায় বিক্রিয়া ও তড়িৎমোক্ষণ সংবন্ধন

প্রচণ্ড উচ্চ উষ্ণতায় ($৩০০০^\circ\text{সে}$) বা আকাশে মেঘে মেঘে যখন বিদ্যুৎ চমকায় (বজ্রপাত ঘটে), তখন নাইট্রোজেন অণুর ত্রিবন্ধন ভেঙে গিয়ে অক্সিজেনের সঙ্গে সরাসরি যুক্ত হয়:

বৃষ্টির জলের সঙ্গে এই নাইট্রিক অ্যাসিড মাটিতে নেমে এসে মাটির ক্যালসিয়াম যৌগের সঙ্গে বিক্রিয়া করে নাইট্রেট লবণে ($\text{Ca(NO}_3)_2$) পরিণত হয়, যা উদ্ভিদের বৃদ্ধির পক্ষে অত্যন্ত প্রয়োজনীয় পুষ্টি উপাদান।

৪.৩ জীবাণুঘটিত নাইট্রোজেন সংবন্ধন ও নাইট্রোজেন চক্র

উদ্ভিদ সরাসরি বাতাস থেকে গ্যাসীয় নাইট্রোজেন গ্রহণ করতে পারে না। তারা নির্ভর করে:

• মিথোজীবী ব্যাকটিরিয়া: শিম্বীগোত্রীয় উদ্ভিদের (মটর, ছোলা, ডাল) মূলের অর্বুদে বসবাসকারী রাইজোবিয়াম (Rhizobium) ব্যাকটিরিয়া বাতাস থেকে সরাসরি নাইট্রোজেন শোষণ করে নাইট্রেট যৌগে রূপান্তর করে।
• স্বাধীনজীবী ব্যাকটিরিয়া: মাটির অ্যাজোটোব্যাকটর ও ক্লসট্রিডিয়াম এবং নীলচে-সবুজ শৈবাল যেমন অ্যানাবিনা ও নস্টক।
• ডি-নাইট্রিফাইং ব্যাকটিরিয়া: সিউডোমোনাস ব্যাকটিরিয়া মাটির ক্ষয়িষ্ণু জৈব নাইট্রেট যৌগকে পুনরায় গ্যাসীয় নাইট্রোজেনে পরিণত করে বায়ুমণ্ডলে ফেরত পাঠায়, ফলে নাইট্রোজেন চক্রের ভারসাম্য রক্ষা পায়।

৪.৪ চারটি প্রধান গ্যাস শনাক্তকরণের মাস্টার সারণি

পরীক্ষাগারে চারটি আলাদা গ্যাসজারে রাখা অজানা গ্যাস শনাক্ত করার সুনির্দিষ্ট বৈজ্ঞানিক সারণি নিচে দেওয়া হলো:

৫.১ প্রাকৃতিক গ্রিনহাউস প্রভাব ও কৃত্রিম বিশ্ব উষ্ণায়ন

প্রাকৃতিক গ্রিনহাউস প্রভাব: সূর্য থেকে আসা ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলোকরশ্মি বায়ুমণ্ডল ভেদ করে সহজেই ভূ-পৃষ্ঠে আপতিত হয় এবং পৃথিবীকে উত্তপ্ত করে। উত্তপ্ত ভূ-পৃষ্ঠ থেকে এই তাপ দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অবলোহিত বিকিরণ (ইনফ্রারেড রশ্মি) রূপে মহাশূন্যে ফিরে যেতে চায়। বায়ুমণ্ডলের নির্দিষ্ট কিছু গ্যাস এই অবলোহিত রশ্মি শোষণ করে পুনরায় ভূ-পৃষ্ঠের দিকে বিকিরিত করে। ফলে পৃথিবীর গড় উষ্ণতা মানুষের বসবাসের উপযোগী ১৫°সে-এ স্থির থাকে (এই প্রভাব না থাকলে পৃথিবীর উষ্ণতা মাইনাস ১৮°সে হতো)।

প্রধান গ্রিনহাউস গ্যাসসমূহ: কার্বন ডাইঅক্সাইড ($\text{CO}_2$), মিথেন ($\text{CH}_4$), নাইট্রাস অক্সাইড ($\text{N}_2\text{O}$), ক্লোরোফ্লুরোকার্বন ($\text{CFC}$) এবং জলীয় বাষ্প ($\text{H}_2\text{O}$)।

বিশ্ব উষ্ণায়ন (Global Warming): অতিরিক্ত জীবাশ্ম জ্বালানি দহন ও অরণ্য ধ্বংসের ফলে বায়ুমণ্ডলে $\text{CO}_2$-এর মাত্রা প্রাক-শিল্পযুগের ২৮০ পিপিএম থেকে বেড়ে বর্তমানে ৪২০ পিপিএম ছাড়িয়ে গেছে। ফলে অতিরিক্ত তাপ আটকে গিয়ে পৃথিবীর সামগ্রিক উষ্ণতা অস্বাভাবিক হারে বাড়ছে। এর ফলস্বরূপ মেরু অঞ্চলের বরফ গলে সমুদ্রের জলস্তর বৃদ্ধি পাচ্ছে এবং সুন্দরবনসহ উপকূলীয় অঞ্চল প্লাবিত হওয়ার মারাত্মক ঝুঁকি তৈরি হয়েছে।

৫.২ অ্যাসিড বৃষ্টি (Acid Rain) ও পাথরের কুষ্ঠ

স্বাভাবিক বৃষ্টির জলের $\text{pH}$ বায়ুমণ্ডলের $\text{CO}_2$ দ্রবীভূত থাকার কারণে সামান্য আম্লিক (প্রায় ৫.৬) হয়। কিন্তু যখন বৃষ্টির জলের $\text{pH}$ ৫.৬-এর কম হয়ে যায়, তখন তাকে অ্যাসিড বৃষ্টি বলে।

দূষক উৎস ও রাসায়নিক রূপান্তর:

• সালফার ডাইঅক্সাইড ($\text{SO}_2$): তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্র ও তেল শোধনাগারের ধোঁয়া থেকে নির্গত হয়ে জারিত হয়ে সালফিউরিক অ্যাসিড তৈরি করে: $$2\text{SO}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \\longrightarrow 2\mathbf{\text{H}_2\text{SO}_4}\text{ (সালফিউরিক অ্যাসিড)}$$
• নাইট্রোজেনের অক্সাইড ($\text{NO}_x$): দ্রুতগামী মোটরযান ও বিমানের ধোঁয়া থেকে নির্গত হয়ে নাইট্রিক অ্যাসিড তৈরি করে: $$4\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \\longrightarrow 4\mathbf{\text{HNO}_3}\text{ (নাইট্রিক অ্যাসিড)}$$

মারাত্মক ক্ষতিকর প্রভাব:

• পাথরের কুষ্ঠ (Stone Leprosy): অ্যাসিড বৃষ্টির সালফিউরিক অ্যাসিড মার্বেল পাথরের তৈরি প্রাচীন স্থাপত্যের (তাজমহল, ভিক্টোরিয়া মেমোরিয়াল) ক্যালসিয়াম কার্বনেটকে গলিয়ে ভঙ্গুর ক্যালসিয়াম সালফেটে রূপান্তরিত করে: $$\text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \\longrightarrow \text{CaSO}_4 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\\uparrow$$
• জলজ বাস্তুতন্ত্রের বিনাশ: হ্রদ ও নদীর জলের $\text{pH}$ কমে গেলে মাটি থেকে বিষাক্ত অ্যালুমিনিয়াম আয়ন মুক্ত হয়ে মাছের ফুলকা বন্ধ করে দেয়।
• মাটির উর্বরতা হ্রাস: উদ্ভিদের পাতার ক্লোরোফিল নষ্ট করে এবং মাটির প্রয়োজনীয় খনিজ উপাদান ধুয়ে বের করে দেয়।

৫.৩ স্ট্র্যাটোস্ফিয়ারের ওজোন স্তর ($\text{O}_3$) ও অতিবেগুনি রশ্মি প্রতিরোধ

ভূ-পৃষ্ঠ থেকে ১৫ থেকে ৩৫ কিমি ওপরে স্ট্র্যাটোস্ফিয়ারে ওজোন গ্যাসের একটি ঘন প্রাকৃতিক আবরণ রয়েছে, যাকে ওজোন স্তর (Ozone Layer) বলে। এটি সূর্যের অতি ক্ষতিকর অতিবেগুনি রশ্মি (UV-B ও UV-C) শোষণ করে জীবজগৎকে ত্বকের ক্যান্সার ও অন্ধত্ব থেকে রক্ষা করে।

ওজোন সৃষ্টি ও ভাঙনের প্রাকৃতিক গতিশীল সাম্যাবস্থা:

৫.৪ ক্লোরোফ্লুরোকার্বন (CFC) দ্বারা ওজোন স্তর ধ্বংস

রেফ্রিজারেটর, এসি ও স্প্রে ক্যানে ব্যবহৃত ক্লোরোফ্লুরোকার্বন (CFC বা ফ্রিয়ন) রাসায়নিকভাবে অত্যন্ত সুস্থির হওয়ায় সহজে ভাঙে না এবং স্ট্র্যাটোস্ফিয়ারে পৌঁছে যায়। সেখানে তীব্র অতিবেগুনি রশ্মির প্রভাবে ভেঙে গিয়ে অত্যন্ত সক্রিয় ক্লোরিন মুক্ত মূলক ($\text{Cl}^\bullet$) উৎপন্ন করে:

অনুঘটনীয় ধ্বংসচক্র: তৃতীয় ধাপে ক্লোরিন মূলকটি ($\text{Cl}^\bullet$) আবার অবিকৃত অবস্থায় ফিরে আসে! ফলে একটিমাত্র ক্লোরিন পরমাণু লক্ষাধিক ওজোন অণুকে ধ্বংস করে দিতে পারে। এর ফলেই আন্টার্কটিকার আকাশে বিশালাকার ওজোন গহ্বরের সৃষ্টি হয়েছিল।

আন্তর্জাতিক চুক্তি: ১৯৮৭ সালের ঐতিহাসিক মন্ট্রিল প্রোটোকল (Montreal Protocol) অনুযায়ী বিশ্বজুড়ে CFC-এর ব্যবহার নিষিদ্ধ করা হয়েছে।