ডাউন প্রণালীতে গলিত NaCl হতে 'A' ধাতু নিষ্কাশনে দুটি লবণ NaCl ও CaCl₂ এর মিশ্রণ ব্যবহার করা হয়।

ক. অলিয়াম কী? (০.৫)

খ. সংকর ধাতু ব্যবহার সুবিধাজনক কেন? (১)

গ. উদ্দীপকের 'A' ধাতুটির নিষ্কাশন পদ্ধতি বর্ণনা কর। (১.৫)

ঘ. উদ্দীপকে 'A' ধাতু নিষ্কাশনে দুটি লবণের মিশ্রণ গুরুত্বপূর্ণ — উক্তিটি বিশ্লেষণ কর। (২)

গাঢ় সালফিউরিক এসিডে সালফার ট্রাইঅক্সাইড (SO₃) শোষণ করে যে ধূমায়মান সালফিউরিক এসিড (H₂S₂O₇) পাওয়া যায়, তাকে অলিয়াম বলে।

দুই বা ততোধিক ধাতু (অথবা ধাতু ও অধাতু) নির্দিষ্ট অনুপাতে মিশিয়ে সংকর ধাতু তৈরি করা হয়। এতে বিশুদ্ধ ধাতুর চেয়ে ভালো গুণ পাওয়া যায় — বেশি শক্ত ও টেকসই হয়, মরিচা ধরে না বা কম ধরে, প্রয়োজনমতো হালকা করা যায় এবং দেখতেও সুন্দর থাকে। তাই সংকর ধাতু ব্যবহার সুবিধাজনক।

💡 বাস্তব উদাহরণ: রান্নাঘরের স্টেইনলেস স্টিলের চামচ (লোহা + ক্রোমিয়াম + নিকেল) বছরের পর বছর পানিতে থাকলেও মরিচা ধরে না; কিন্তু সাধারণ লোহার পেরেকে কয়েক দিনেই মরিচা পড়ে।

উদ্দীপকের 'A' ধাতুটি হলো সোডিয়াম (Na)। ডাউন প্রণালীতে গলিত সোডিয়াম ক্লোরাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণ করে সোডিয়াম নিষ্কাশন করা হয়।

লোহার তৈরি একটি ট্যাংকে NaCl ও CaCl₂ এর মিশ্রণ নিয়ে প্রায় 600°C তাপমাত্রায় গলানো হয়।

ট্যাংকের মাঝখানে একটি গ্রাফাইট দণ্ড অ্যানোড হিসেবে থাকে; অ্যানোডকে ঘিরে থাকা লোহার বলয় ক্যাথোড হিসেবে কাজ করে।

অ্যানোড ও ক্যাথোডের মাঝে লোহার জালির পর্দা থাকে, যাতে উৎপন্ন Na ও Cl₂ মিশে আবার NaCl তৈরি না হয়।

বিদ্যুৎ প্রবাহ চালালে গলিত NaCl আয়নিত হয় এবং তড়িৎদ্বারে নিচের বিক্রিয়া ঘটে।

NaCl → Na⁺ + Cl⁻

ক্যাথোডে (বিজারণ): 2Na⁺ + 2e⁻ → 2Na

অ্যানোডে (জারণ): 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

সার্বিক বিক্রিয়া: 2NaCl → 2Na + Cl₂

উৎপন্ন গলিত সোডিয়াম গলিত লবণের চেয়ে হালকা বলে উপরে ভেসে ওঠে এবং ক্যাথোডের উপরের ঢাকনির পাইপ দিয়ে বের হয়ে কেরোসিনভর্তি পাত্রে জমা হয় (বাতাস ও জলীয় বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া ঠেকাতে)। অ্যানোডে উৎপন্ন ক্লোরিন গ্যাস উপজাত হিসেবে সংগ্রহ করা হয়।

বিশুদ্ধ NaCl এর গলনাংক 801°C। কিন্তু NaCl এর সাথে CaCl₂ মেশালে মিশ্রণটি মাত্র প্রায় 600°C তাপমাত্রায় গলে যায়। এই মিশ্রণ ব্যবহারের সুবিধাগুলো হলো:

জ্বালানি সাশ্রয়: প্রায় 200°C কম তাপমাত্রায় কাজ করা যায়, ফলে বিদ্যুৎ ও জ্বালানির খরচ অনেক কমে।

সোডিয়ামের অপচয় কম: সোডিয়ামের স্ফুটনাংক 883°C। 801°C এর কাছাকাছি তাপে কিছু সোডিয়াম বাষ্প হয়ে নষ্ট হতো; 600°C এ সেই ক্ষতি কমে।

যন্ত্রের আয়ু বাড়ে: কম তাপমাত্রায় ট্যাংক ও তড়িৎদ্বারের ক্ষয় কম হয়, কাজও নিরাপদ হয়।

নির্বাচিত অবস্থায় প্রধানত Na⁺ আয়নই বিজারিত হয়, তাই মিশ্রণ ব্যবহার করলেও বিশুদ্ধ সোডিয়াম পাওয়া যায়।

💡 বাস্তব উদাহরণ: শীতপ্রধান দেশে রাস্তার বরফে লবণ ছিটানো হয়; লবণ মেশালে বরফ কম তাপমাত্রায়ই গলে যায়। ঠিক তেমনি CaCl₂ মেশালে NaCl কম তাপমাত্রায় গলে।

সুতরাং খরচ কমিয়ে, অপচয় ঠেকিয়ে অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক উপায়ে সোডিয়াম উৎপাদনের জন্য দুটি লবণের মিশ্রণ ব্যবহার অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

(i) SO₃ (A) + 98% H₂SO₄ → B → (H₂O যোগে) C (ii) SO₃ + H₂O(l) → C

ক. সংকর ধাতু কী? (০.৫)

খ. সকল আকরিকই খনিজ কিন্তু সকল খনিজ আকরিক নয় — ব্যাখ্যা কর। (১)

গ. উদ্দীপকের A যৌগটি উৎপাদনে লা-শাতেলিয়ারের নীতির প্রয়োগ বর্ণনা কর। (১.৫)

ঘ. উদ্দীপকের C উৎপাদনে (i) ও (ii) পথের মধ্যে কোনটি উত্তম? বিশ্লেষণ কর। (২)

একটি ধাতুর সাথে নির্দিষ্ট অনুপাতে অন্য এক বা একাধিক ধাতু অথবা অধাতু মিশিয়ে যে কঠিন ধাতব মিশ্রণ তৈরি করা হয়, তাকে সংকর ধাতু বলে। যেমন: পিতল (Cu + Zn), ইস্পাত (Fe + C)।

ভূ-পৃষ্ঠ বা ভূ-গর্ভে প্রাকৃতিকভাবে যে সব পদার্থে কোনো মৌল মুক্ত বা যৌগ অবস্থায় থাকে, সেগুলো খনিজ। এদের মধ্যে যেগুলো থেকে সহজে ও লাভজনকভাবে ধাতু নিষ্কাশন করা যায়, শুধু সেগুলোই আকরিক। আকরিক মাত্রই খনিজ, কিন্তু অনেক খনিজ থেকে ধাতু বের করার খরচ ধাতুর দামের চেয়ে বেশি পড়ে — তাই সেগুলো আকরিক নয়।

💡 বাস্তব উদাহরণ: সাধারণ কাদামাটিতেও অ্যালুমিনিয়াম আছে, কিন্তু তা থেকে অ্যালুমিনিয়াম বের করা লাভজনক নয় — তাই কাদামাটি খনিজ, আকরিক নয়। অথচ বক্সাইট থেকে লাভজনকভাবে অ্যালুমিনিয়াম পাওয়া যায় — তাই বক্সাইট আকরিক।

উদ্দীপকের A যৌগটি হলো সালফার ট্রাইঅক্সাইড (SO₃)। স্পর্শ পদ্ধতিতে SO₂ ও O₂ বিক্রিয়া করে SO₃ তৈরি হয়। বিক্রিয়াটি উভমুখী ও তাপোৎপাদী:

2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g); ΔH = −196 kJ

চাপের প্রভাব: বামপাশে গ্যাসের মোট মোল 3, ডানপাশে 2। চাপ বাড়ালে সাম্যাবস্থা কম মোলের দিকে অর্থাৎ ডানে সরে, SO₃ বেশি হয়। বাস্তবে 1–2 atm চাপেই প্রায় সম্পূর্ণ রূপান্তর হয়, তাই অতিরিক্ত উচ্চচাপের খরচ করা হয় না।

তাপমাত্রার প্রভাব: বিক্রিয়াটি তাপোৎপাদী, তাই কম তাপমাত্রায় SO₃ বেশি হয়; কিন্তু খুব কম তাপে বিক্রিয়ার হার ধীর। এজন্য আপোষ হিসেবে 450°C (450–550°C) তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয়।

গাঢ়ত্বের প্রভাব: অতিরিক্ত O₂ (বাতাস) সরবরাহ করলে এবং উৎপন্ন SO₃ সরিয়ে নিলে সাম্যাবস্থা ডানে সরে।

প্রভাবক: ভ্যানাডিয়াম পেন্টাঅক্সাইড (V₂O₅) বিক্রিয়ার হার বাড়ায়, তবে সাম্যাবস্থা সরায় না।

উদ্দীপকের C হলো সালফিউরিক এসিড (H₂SO₄) এবং B হলো অলিয়াম (H₂S₂O₇)।

পথ (ii): SO₃ কে সরাসরি পানিতে শোষণ করালে প্রচুর তাপ উৎপন্ন হয়। ফলে সালফিউরিক এসিডের ঘন কুয়াশা (মিস্ট) তৈরি হয়, যা সহজে ঘনীভূত হয় না, উৎপাদন কমে যায় এবং কারখানার পরিবেশ দূষিত ও বিপজ্জনক হয়।

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (তীব্র তাপ, এসিড কুয়াশা)

পথ (i): SO₃ কে প্রথমে 98% গাঢ় H₂SO₄ এ শোষণ করে অলিয়াম তৈরি করা হয়, তারপর হিসাব করে পানি মিশিয়ে প্রয়োজনীয় গাঢ়ত্বের H₂SO₄ পাওয়া যায়:

SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇ (অলিয়াম, B)

H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄ (C)

এ পথে বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রিত থাকে, কুয়াশা তৈরি হয় না, উৎপাদন বেশি ও নিরাপদ।

💡 বাস্তব উদাহরণ: গাড়ির ব্যাটারির এসিড ও ফসফেট সার (টিএসপি) তৈরিতে বিপুল পরিমাণ সালফিউরিক এসিড লাগে — তাই কারখানায় নিরাপদ ও বেশি উৎপাদনের পথ (i)-ই ব্যবহার করা হয়।

সুতরাং C উৎপাদনে পথ (i) অর্থাৎ A → B → C পথটিই উত্তম।

ক. খনিজ কাকে বলে? (০.৫)

খ. বিগলন বলতে কী বোঝায়? (১)

গ. উদ্দীপকের দ্বিতীয় ধাতু নিষ্কাশনে সংঘটিত বিক্রিয়া সমীকরণসহ লিখ। (১.৫)

ঘ. উদ্দীপকের প্রথম আকরিক হতে নিষ্কাশিত ধাতুটির অক্সাইডের প্রকৃতি বিশ্লেষণ কর। (২)

ভূ-পৃষ্ঠ বা ভূ-গর্ভে প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত যে সব পদার্থে মূল্যবান ধাতু বা অধাতু মুক্ত মৌল অথবা যৌগ হিসেবে থাকে, তাদেরকে খনিজ বলে।

তাপজারিত আকরিককে (সাধারণত ধাতুর অক্সাইড) বিজারক পদার্থ (কোক বা কার্বন) ও বিগালক (যেমন চুনাপাথর) সহ চুল্লিতে উচ্চ তাপে গলিয়ে ধাতু নিষ্কাশন করার প্রক্রিয়াকে বিগলন বলে। এ সময় আকরিকের অপদ্রব্য বিগালকের সাথে যুক্ত হয়ে ধাতুমল (স্ল্যাগ) হিসেবে আলাদা হয়ে যায়।

CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (ধাতুমল)

💡 বাস্তব উদাহরণ: স্বর্ণকার সোনা গলানোর সময় সোহাগা (বোরাক্স) মেশান — এটিও বিগালকের কাজ করে; অপদ্রব্য গলে ময়লার মতো ওপরে ভেসে ওঠে আর খাঁটি সোনা নিচে জমে।

উদ্দীপকের দ্বিতীয় ধাতু আয়রন (Fe), যা ম্যাগনেটাইট (Fe₃O₄) আকরিক থেকে মারুৎ চুল্লিতে (ব্লাস্ট ফার্নেস) বিগলন পদ্ধতিতে নিষ্কাশন করা হয়। চুল্লিতে আকরিক, কোক ও চুনাপাথর দেওয়া হয় এবং নিচ দিয়ে গরম বাতাস পাঠানো হয়।

C + O₂ → CO₂ (কোক পুড়ে তাপ উৎপন্ন)

CO₂ + C → 2CO (বিজারক কার্বন মনোক্সাইড তৈরি)

Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂ (আকরিকের বিজারণ)

CaCO₃ → CaO + CO₂; CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (ধাতুমল)

উৎপন্ন গলিত লোহা চুল্লির তলায় জমা হয় (ঢালাই লোহা) এবং হালকা ধাতুমল তার উপরে ভেসে থাকে; দুটিকে আলাদা পথে বের করা হয়।

প্রথম আকরিক বক্সাইট (Al₂O₃·2H₂O) থেকে অ্যালুমিনিয়াম নিষ্কাশিত হয়। এর অক্সাইড অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al₂O₃) একটি উভধর্মী অক্সাইড — অর্থাৎ এটি এসিড ও ক্ষার উভয়ের সাথেই বিক্রিয়া করে লবণ ও পানি তৈরি করে।

ক্ষারকের মতো আচরণ (এসিডের সাথে): Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

এসিডের মতো আচরণ (ক্ষারের সাথে): Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

এই উভধর্মী গুণ কাজে লাগিয়ে বক্সাইটকে বিশুদ্ধ করা হয়: গরম NaOH দ্রবণে Al₂O₃ দ্রবীভূত হয়, কিন্তু অপদ্রব্য আয়রন অক্সাইড (Fe₂O₃) দ্রবীভূত হয় না — ফলে তা ছেঁকে আলাদা করা যায়।

💡 বাস্তব উদাহরণ: অ্যালুমিনিয়ামের পাতিলে তেঁতুল বা লেবুর টক (এসিড) কিংবা সোডা-মেশানো ক্ষারীয় পানি দীর্ঘক্ষণ রাখলে পাতিলের উপরিভাগ ক্ষয় হয় — কারণ পাতিলের উপরের Al₂O₃ স্তর এসিড ও ক্ষার দুটোর সাথেই বিক্রিয়া করে।

সুতরাং Al₂O₃ এর প্রকৃতি উভধর্মী।