পরীক্ষাগার ও রাসায়নিক শিল্পে অজৈব রসায়ন (অধ্যায় ৮.৪) — সম্পূর্ণ প্রশ্নোত্তর

অ্যামোনিয়া (NH₃) একটি ক্ষারকীয় গ্যাস। অপরদিকে গাঢ় H₂SO₄ ও P₂O₅ আম্লিক জলশোষক এবং অনার্দ্র CaCl₂ লবণটি NH₃-এর সাথে বিক্রিয়া করে যুত যৌগ গঠন করে:
• গাঢ় H₂SO₄-এর সাথে: 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ (লবণ উৎপন্ন হয়)
• P₂O₅-এর সাথে: 6NH₃ + P₂O₅ + 3H₂O → 2(NH₄)₃PO₄
• অনার্দ্র CaCl₂-এর সাথে: CaCl₂ + 8NH₃ → CaCl₂·8NH₃ (যুত যৌগ)
কিন্তু পোড়াচুন (CaO) নিজেও ক্ষারকীয় হওয়ায় ক্ষারকীয় অ্যামোনিয়ার সাথে কোনো বিক্রিয়া করে না, কেবল জলীয় বাষ্প শোষণ করে নেয়। তাই CaO ব্যবহৃত হয়।

উচ্চ চাপে জলে অ্যামোনিয়ার সম্পৃক্ত জলীয় দ্রবণকে লিকার অ্যামোনিয়া (প্রায় ৩৫% NH₃) বলে। সাধারণ উষ্ণতায় বোতলের ভেতরে তরলের ওপরে উচ্চ চাপে প্রচুর অ্যামোনিয়া গ্যাস জমে থাকে। বোতলটি ঠান্ডা না করে হঠাৎ ছিপি খুললে উচ্চ চাপে থাকা ঝাঁঝালো অ্যামোনিয়া গ্যাস সজোরে চারিদিকে ছিটকে বেরিয়ে এসে চোখে-মুখে পড়বে এবং চোখের মারাত্মক ক্ষতি বা অন্ধত্ব ঘটাতে পারে। উষ্ণতা কমালে গ্যাসের দ্রাব্যতা বৃদ্ধি পায় এবং ভেতরের চাপ কমে যায়, তাই ছিপি খোলার আগে বোতলটি ঠান্ডা করে নেওয়া হয়।

অ্যামোনিয়া গ্যাস জলে অত্যধিক মাত্রায় দ্রবণীয় (STP-তে ১ আয়তন জলে প্রায় ১১৫০ আয়তন অ্যামোনিয়া দ্রবীভূত হয়)। তাই বাতাসে অ্যামোনিয়া গ্যাস ছড়িয়ে পড়লে সেই স্থানে প্রচুর জল ছিটানো হয় এবং আক্রান্ত ব্যক্তির চোখে-মুখে জলের ঝাপটা দিলে বা ভেজা রুমাল নাকে চেপে রাখলে বিষাক্ত ও ক্ষারীয় অ্যামোনিয়া গ্যাস সঙ্গে সঙ্গে জলে দ্রবীভূত হয়ে ধুয়ে যায় এবং চোখ ও শ্বাসনালীর ক্ষতি হতে পারে না।

লোহিততপ্ত কালো রঙের কিউপ্রিক অক্সাইডের (CuO) ওপর দিয়ে শুষ্ক অ্যামোনিয়া গ্যাস চালনা করলে অ্যামোনিয়া CuO-কে বিজারিত করে লালচে বাদামি রঙের ধাতব কপারে (Cu) পরিণত করে এবং নিজে জারিত হয়ে নাইট্রোজেন গ্যাস (N₂) ও জলীয় বাষ্প উৎপন্ন করে:

• প্রথমে অল্প NH₄OH যোগ করলে ক্ষারকীয় কপার সালফেটের নীলাভ-সাদা অধঃক্ষেপ পড়ে:
2CuSO₄ + 2NH₄OH → CuSO₄·Cu(OH)₂↓ + (NH₄)₂SO₄
• এরপর অতিরিক্ত NH₄OH যোগ করলে ওই অধঃক্ষেপটি দ্রবীভূত হয়ে ঘন নীল (অ্যাজুর ব্লু) বর্ণের জটিল লবণ কিউপ্রোঅ্যামোনিয়াম সালফেটের স্বচ্ছ দ্রবণ উৎপন্ন করে:
CuSO₄·Cu(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄ + 6NH₄OH → 2[Cu(NH₃)₄]SO₄ (ঘন নীল) + 8H₂O

• AlCl₃ দ্রবণে: সাদা জেলির মতো থকথকে অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রক্সাইডের অধঃক্ষেপ পড়ে:
AlCl₃ + 3NH₄OH → Al(OH)₃↓ (সাদা জেলি) + 3NH₄Cl
• FeCl₃ দ্রবণে: লালচে-বাদামি রঙের ফেরিক হাইড্রক্সাইডের অধঃক্ষেপ পড়ে:
FeCl₃ + 3NH₄OH → Fe(OH)₃↓ (বাদামি) + 3NH₄Cl

গাঢ় H₂SO₄ এবং নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃) উভয়ই তীব্র জারক অ্যাসিড। অপরদিকে উৎপন্ন H₂S গ্যাসটি একটি তীব্র বিজারক পদার্থ। তাই H₂S প্রস্তুতিতে গাঢ় H₂SO₄ বা HNO₃ ব্যবহার করলে তারা উৎপন্ন H₂S গ্যাসকে সঙ্গে সঙ্গে জারিত করে হলুদ সালফারে (S) পরিণত করে দেয়:
ফলে বিশুদ্ধ H₂S গ্যাস পাওয়া যায় না। এজন্য অ-জারক লঘু H₂SO₄ ব্যবহৃত হয়।

হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) গ্যাস ঠান্ডা জলে যথেষ্ট পরিমাণে দ্রবণীয়, তাই ঠান্ডা জলের নিম্ন অপসারণ দ্বারা একে সংগ্রহ করা যায় না। কিন্তু গরম জলে H₂S প্রায় অদ্রবণীয় এবং বাতাসের চেয়ে 1.2 গুণ ভারী (বাষ্পঘনত্ব 17)। তাই একে বায়ুর ঊর্ধ্ব অপসারণ দ্বারা অথবা গরম জলের নিম্ন অপসারণ দ্বারা সংগ্রহ করা হয়।

লঘু H₂SO₄ মিশ্রিত কমলা বর্ণের পটাশিয়াম ডাইক্রোমেট (K₂Cr₂O₇) দ্রবণের মধ্য দিয়ে H₂S গ্যাস চালনা করলে H₂S পটাশিয়াম ডাইক্রোমেটকে বিজারিত করে সবুজ বর্ণের ক্রোমিক সালফেটে [Cr₂(SO₄)₃] পরিণত করে এবং নিজে জারিত হয়ে হলুদ সালফার (S) অধঃক্ষিপ্ত করে (ফলে দ্রবণটি ঘোলাটে সবুজ বর্ণ ধারণ করে):

কঠিন অ্যামোনিয়াম নাইট্রাইট (NH₄NO₂) একটি অত্যন্ত অস্থায়ী ও বিস্ফোরক প্রকৃতির যৌগ। একে সরাসরি উত্তপ্ত করলে তীব্র বিস্ফোরণসহ দ্রুত বিয়োজিত হয় এবং বড়ো দুর্ঘটনা ঘটতে পারে। তাই সরাসরি NH₄NO₂ ব্যবহার না করে সম-আণবিক অনুপাতে সোডিয়াম নাইট্রাইট (NaNO₂) এবং অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইডের (NH₄Cl) গাঢ় জলীয় দ্রবণের মিশ্রণকে ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করে নিরাপদে নাইট্রোজেন প্রস্তুত করা হয়।

ক্যালশিয়াম সায়ানামাইড (CaNCN) এবং কার্বনের (C) ধূসর-কালো মিশ্রণকে (CaNCN + C) নাইট্রোলিম বলে।
• প্রস্তুতি: প্রায় 1100°C উষ্ণতায় উত্তপ্ত ক্যালশিয়াম কার্বাইডের (CaC₂) ওপর দিয়ে নাইট্রোজেন গ্যাস চালনা করলে নাইট্রোলিম উৎপন্ন হয়: CaC₂ + N₂ → CaNCN + C।
• ব্যবহার: এটি কৃষিজমিতে একটি উৎকৃষ্ট নাইট্রোজেনঘটিত রাসায়নিক সার হিসেবে ব্যবহৃত হয় (মাটির জলের সাথে বিক্রিয়ায় ধীরে ধীরে অ্যামোনিয়া মুক্ত করে)।

SO₃ গ্যাসকে সরাসরি জলে দ্রবীভূত করলে:
(i) বিক্রিয়াটি অত্যন্ত তাপোৎপাদী হওয়ায় প্রচুর তাপ উৎপন্ন হয় এবং জলের স্ফুটন ঘটে।
(ii) এই প্রচণ্ড তাপে বেশিরভাগ SO₃ গ্যাস জলীয় বাষ্পের সাথে মিলে সালফিউরিক অ্যাসিডের সূক্ষ্ম কণার ঘন অ্যাসিড কুয়াশা (Acid Mist) সৃষ্টি করে, যা সহজে ঘনীভূত বা শোষিত হতে চায় না এবং অ্যাসিডের অপচয় ঘটে।
তাই সরাসরি জলে না গুলে 98% গাঢ় H₂SO₄-এ শোষণ করিয়ে প্রথমে ওলিয়াম (H₂S₂O₇) তৈরি করা হয় এবং পরে তাতে পরিমাণমতো জল মিশিয়ে H₂SO₄ প্রস্তুত করা হয়।

• প্রয়োজনীয় রাসায়নিক দ্রব্য: অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড (NH₄Cl) ও শুষ্ক কলিচুন বা ক্যালশিয়াম হাইড্রক্সাইড [Ca(OH)₂]।
• শর্ত ও নীতি: ১ ভাগ ভরের NH₄Cl এবং ৩ ভাগ ভরের শুষ্ক কলিচুন (1 : 3 ভরের অনুপাতে) ভালোভাবে মিশিয়ে গোলতল ফ্লাস্কে রেখে ধীরে ধীরে উত্তপ্ত করলে অ্যামোনিয়া গ্যাস উৎপন্ন হয়।
• সমিত সমীকরণ:
• শুষ্ককরণ: উৎপন্ন আর্দ্র অ্যামোনিয়া গ্যাসকে পোড়াচুন (CaO) পূর্ণ শোষক স্তম্ভের মধ্য দিয়ে চালনা করে জলীয় বাষ্প মুক্ত ও শুষ্ক করা হয়।
• সংগ্রহ: অ্যামোনিয়া জলে অতিমাত্রায় দ্রাব্য এবং বাতাসের চেয়ে হালকা, তাই শুষ্ক গ্যাসজারে বায়ুর নিম্ন অপসারণ দ্বারা অ্যামোনিয়া গ্যাস সংগ্রহ করা হয়।

পরীক্ষা: একটি শুষ্ক গোলতল ফ্লাস্ককে শুষ্ক অ্যামোনিয়া গ্যাস দ্বারা পূর্ণ করে মুখটি একছিদ্রযুক্ত রবার কর্ক দিয়ে বন্ধ করা হয়। ছিদ্রের মধ্য দিয়ে একটি দীর্ঘ জেটনল ফ্লাস্কের ভেতরে ঢোকানো থাকে। এবার ফ্লাস্কটিকে উলটো করে ধরে জেটনলের নিচের প্রান্তটি গ্যাসদ্রোণীতে রাখা ফেনলফথ্যালিন মিশ্রিত বর্ণহীন জলে ডোবানো হয়।
পর্যবেক্ষণ: ফ্লাস্কের ওপর বরফগলা ঠান্ডা জল ঢাললে বা ভেজা কাপড় জড়ালে ফ্লাস্কের ভেতরের গ্যাস সংকুচিত হয় এবং সামান্য জল নল বেয়ে ফ্লাস্কে প্রবেশ করে। সেই সামান্য জলে ফ্লাস্কের সমস্ত অ্যামোনিয়া গ্যাস মুহূর্তের মধ্যে দ্রবীভূত হয়ে যাওয়ায় ফ্লাস্কের ভেতর প্রায় শূন্যস্থানের সৃষ্টি হয়। ফলে বাইরের বায়ুমণ্ডলীয় চাপে গ্যাসদ্রোণীর জল জেটনল দিয়ে তীব্রবেগে গোলাপি বা লালচে-বেগুনি রঙের ফোয়ারার মতো ফ্লাস্কের ভেতর প্রবেশ করে।
সিদ্ধান্ত (প্রমাণিত ধর্ম): (i) অ্যামোনিয়া গ্যাস জলে অতিমাত্রায় দ্রবণীয় এবং (ii) অ্যামোনিয়ার জলীয় দ্রবণ ক্ষারধর্মী (তাই ফেনলফথ্যালিন দ্রবণকে বেগুনি-গোলাপি করেছে)।

নীতি ও শর্ত: হেবার পদ্ধতিতে 1 আয়তন বিশুদ্ধ ও শুষ্ক নাইট্রোজেন (N₂) এবং 3 আয়তন হাইড্রোজেন (H₂) গ্যাসকে (1 : 3 অনুপাতে) প্রায় 200 বায়ুমণ্ডলীয় চাপে (200 atm) এবং 450°C – 550°C সর্বোত্তম উষ্ণতায় উত্তপ্ত সূক্ষ্ম লৌহচূর্ণ (Fe) অনুঘটক ও মলিবডেনাম (Mo) চূর্ণ উদ্দীপকের (অথবা বর্তমানে ফেরিক অক্সাইড Fe₂O₃ অনুঘটক এবং K₂O ও Al₂O₃-এর মিশ্র উদ্দীপকের) ওপর দিয়ে চালনা করলে অ্যামোনিয়া গ্যাস উৎপন্ন হয়।
• সমিত রাসায়নিক সমীকরণ:
• বিক্রিয়াটি উভমুখী ও তাপোৎপাদী। উৎপন্ন অ্যামোনিয়াকে শীতল করে তরল অ্যামোনিয়ারূপে পৃথক করা হয় এবং অব্যবহৃত N₂ ও H₂ গ্যাসকে পুনরায় বিক্রিয়া কক্ষে পাঠানো হয়।

অসওয়াল্ড পদ্ধতিতে ৩টি ধাপে অ্যামোনিয়া থেকে নাইট্রিক অ্যাসিড প্রস্তুত করা হয়:
১ম ধাপ (অ্যামোনিয়ার অনুঘটকীয় জারণ): শুষ্ক ও ধূলিকণামুক্ত অ্যামোনিয়া এবং বায়ুর মিশ্রণকে (1 : 7.5 আয়তনিক অনুপাতে) 750°C – 900°C উষ্ণতায় উত্তপ্ত প্ল্যাটিনাম-রোডিয়াম (Pt-Rh) তারজালি অনুঘটকের মধ্য দিয়ে অতি দ্রুত (সংস্পর্শ সময় 1 মিলিসেকেন্ড) চালনা করলে অ্যামোনিয়া জারিত হয়ে নাইট্রিক অক্সাইড (NO) উৎপন্ন করে:
২য় ধাপ (NO-কে NO₂-তে জারণ): উৎপন্ন নাইট্রিক অক্সাইড গ্যাসকে শীতল করে (50°C) জারণ কক্ষে বায়ুর অক্সিজেনের সাথে মিশ্রিত করলে তা জারিত হয়ে বাদামি বর্ণের নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO₂) গ্যাসে পরিণত হয়:
৩য় ধাপ (জলে শোষণ): উৎপন্ন NO₂ গ্যাসকে কোয়ার্টজপূর্ণ শোষক স্তম্ভে ওপর থেকে পড়া জলের ধারায় শোষিত করালে নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃) উৎপন্ন হয়:

স্পর্শ পদ্ধতিতে ৪টি ধাপে সালফিউরিক অ্যাসিড প্রস্তুত করা হয়:
১ম ধাপ (SO₂ উৎপাদন): সালফার (S) অথবা আয়রন পাইরাইটসকে (FeS₂) অতিরিক্ত বাতাসে পুড়িয়ে সালফার ডাইঅক্সাইড (SO₂) প্রস্তুত করা হয়:
২য় ধাপ (SO₂-এর অনুঘটকীয় জারণ — মূল ধাপ): বিশুদ্ধ, শুষ্ক ও ধূলিকণামুক্ত SO₂ এবং বায়ুর (O₂) মিশ্রণকে প্রায় 450°C উষ্ণতায় ও 1–2 atm চাপে উত্তপ্ত ভ্যানাডিয়াম পেন্টক্সাইড (V₂O₅) বা প্ল্যাটিনাম চূর্ণাবৃত অ্যাসবেস্টস অনুঘটকের ওপর দিয়ে চালনা করলে সালফার ট্রাইঅক্সাইড (SO₃) উৎপন্ন হয়:
৩য় ধাপ (ওলিয়াম প্রস্তুতি): উৎপন্ন SO₃ গ্যাসকে সরাসরি জলে না গুলে 98% গাঢ় H₂SO₄-এ শোষণ করিয়ে ওলিয়াম বা পাইরোসালফিউরিক অ্যাসিড (H₂S₂O₇) প্রস্তুত করা হয়:
৪র্থ ধাপ (ওলিয়ামের লঘুকরণ): ওলিয়ামের সাথে পরিমাণমতো পাতিত জল মিশিয়ে 98% গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড পাওয়া যায়:

ঝড়-বৃষ্টির সময় আকাশে বজ্রপাত ঘটলে তড়িৎ-স্ফুলিঙ্গের প্রভাবে প্রায় 3000°C উচ্চ উষ্ণতায় বায়ুমণ্ডলের নাইট্রোজেন (N₂) ও অক্সিজেন (O₂) পরস্পর যুক্ত হয়ে বর্ণহীন নাইট্রিক অক্সাইড (NO) গ্যাস উৎপন্ন করে:
(i) N₂ + O₂ —[তড়িৎ-স্ফুলিঙ্গ, 3000°C]→ 2NO
• উৎপন্ন নাইট্রিক অক্সাইড ঠান্ডা হয়ে বায়ুর অক্সিজেনের দ্বারা জারিত হয়ে বাদামি বর্ণের নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO₂) গঠন করে:
(ii) 2NO + O₂ → 2NO₂
• এই NO₂ গ্যাস বৃষ্টির জলের সাথে বিক্রিয়া করে নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃) উৎপন্ন করে বৃষ্টির জলের সাথে মাটিতে নেমে আসে:
(iii) 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
• মাটিতে থাকা চুন বা ক্ষারকীয় কার্বনেট লবণের (যেমন CaCO₃) সাথে HNO₃ বিক্রিয়া করে জলে দ্রাব্য ক্যালশিয়াম নাইট্রেট [Ca(NO₃)₂] লবণ গঠন করে, যা উদ্ভিদ মূলরোমের সাহায্যে শোষণ করে:
(iv) CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

ইউরিয়ার শিল্প প্রস্তুতি: প্রায় 150 বায়ুমণ্ডলীয় চাপে (150 atm) এবং 200°C উষ্ণতায় অতিরিক্ত পরিমাণ নির্জল তরল অ্যামোনিয়া (NH₃) এবং তরল কার্বন ডাইঅক্সাইডের (CO₂) বিক্রিয়া ঘটিয়ে দুই ধাপে ইউরিয়া প্রস্তুত করা হয়:
• ১ম ধাপ: অ্যামোনিয়া ও CO₂ যুক্ত হয়ে অ্যামোনিয়াম কার্বামেট উৎপন্ন করে:
• ২য় ধাপ: অ্যামোনিয়াম কার্বামেট বিয়োজিত হয়ে ইউরিয়া ও জল উৎপন্ন করে:
ব্যবহার: (i) কৃষিক্ষেত্রে প্রধান নাইট্রোজেনঘটিত জৈব সার হিসেবে (এতে প্রায় 46% নাইট্রোজেন থাকে), (ii) ইউরিয়া-ফরম্যালডিহাইড রেজিন ও প্লাস্টিক প্রস্তুতিতে, এবং (iii) কালাজ্বরের ওষুধ ইউরিয়া স্টিবামাইন ও ঘুমের ওষুধ বারবিটিউরেটস তৈরিতে।