pH নিয়ে আছে যত কথা
লিখে যাব শেষ অবধি পাতা
Rokib Hossain
B.Sc (ACCE), CU

pH: `H^{+}`/`H_{3}O^{+}` আয়নের মোলার ঘনমাত্রার ঋণাত্মক লগারিদম কে pH বলে। 

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`

Note: সংজ্ঞা থেকে খেয়াল কর এখানে মোলার ঘনমাত্রার কথা বলা হয়েছে। অর্থাৎ মোলারিটি ছাড়া অন্য কোন ঘনমাত্রা এখানে ব্যবহার করা যাবে না। যেমন যদি ঘনমাত্রা নরমালিটি তে দেওয়া থাকে তাহলে সেটাকে মোলারিটি তে রূপান্তর করতে হবে।

pOH: হাইড্রোক্সিল আয়নের মোলার ঘনমাত্রার ঋণাত্মক লগারিদমকে pOH বলা হয়।

অর্থাৎ,  `pOH = -log[OH^{-}]`

Note: pOH এর ক্ষেত্রেও একই কথা। এখানে মোলারিটি ছাড়া অন্য কোন ঘনমাত্রা রাখা যাবে না।

pH থেকে যত ধরনের প্রশ্ন আসতে পারে তার একটি তালিকা: 

  • Type-1: সবল এসিডের pH, pOH
  • Type-2: দুর্বল এসিডের pH, pOH
  • Type-3: সবল ক্ষারের pH, pOH
  • Type-4: দুর্বল ক্ষারের pH, pOH
  • Type-5: মিশ্রিত দ্রবণের pH, pOH
  • Type-6: সমআয়ন প্রভাবের ফলে দ্রবণের pH, pOH
প্রশ্ন সলভ করার আগে যে যে বিষয় সম্পর্কে একটু ক্লিয়ার করে রাখলে ভালো হয়
  1. মনোপ্রটিক এসিড, মনোবেসিক বেস 
  2. ডাইপ্রোটিক এসিড, ডাইবেসিক বেস
  3. অসওয়ার্ল্ডের লঘুকরণ সূত্র
  4. সবল এসিড, দুর্বল এসিড, সবল খার দুর্বল খার
  5. নরমালিটি
Type-1: সবল এসিডের pH ও pOH

1. প্রশ্ন: নিচের এসিড গুলোর pH বের কর

a. `10^{-2} M  HCl`

সমাধানঃ `HCl_{(aq)} → H^{+}  +  Cl^{-}` 

সমীকরণ থেকে বোঝা যায়,  `1M  HCl` থেকে `1M  H^{+}`তৈরি হয়। তাহলে প্রশ্নে ঘনমাত্রা দেওয়া আছে `10^{-2}M`।  অর্থাৎ `10^{-2}M  HCl` থেকে `10^{-2}M  H^{+}` তৈরি হবে। অর্থাৎ `H^{+}` এর ঘনমাত্রা `10^{-2}M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(10^{-2})`
 বা, `pH = 2`

b. `2 ✕ 10^{-3}M  HNO_{3}`

সমাধানঃ `H(NO_{3})_{(aq)} → H^{+}  +  NO_{3}^{-}` 

সমীকরণ থেকে বোঝা যায়,  `1M  HNO_{3}` থেকে `1M  H^{+}`তৈরি হয়। তাহলে প্রশ্নে ঘনমাত্রা দেওয়া আছে `2 ✕ 10^{-3}M`।  অর্থাৎ `2 ✕ 10^{-3}M  HNO_{3}` থেকে `2 ✕ 10^{-3}M  H^{+}` তৈরি হবে। অর্থাৎ `H^{+}` এর ঘনমাত্রা `2 ✕ 10^{-3}M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(2 ✕ 10^{-3})`
 বা, `pH = 2.70`
` 
c. `10^{-4}M   H_{2}SO_{4}`

সমাধানঃ `H_{2}(SO_{4})_{(aq)} → 2H^{+}  +  SO_{4}^{2-}`

সমীকরণ থেকে বোঝা যায়,  `1M  H_{2}SO_{4}` থেকে `2M  H^{+}`তৈরি হয়। তাহলে প্রশ্নে ঘনমাত্রা দেওয়া আছে `10^{-4}M`।  অর্থাৎ `10^{-4}M  H_{2}SO_{4}` থেকে `2 ✕10^{-4}M  H^{+}` তৈরি হবে। অর্থাৎ `H^{+}` এর ঘনমাত্রা `2 ✕10^{-4}M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(2 ✕10^{-4})`
 বা, `pH = 3.70`

d. `10^{-2}M   H_{3}PO_{4}`

সমাধানঃ `H_{3}(PO_{4})_{(aq)} → 3H^{+}  +  PO_{4}^{3-}` 

সমীকরণ থেকে বোঝা যায় `1M  H_{3}PO_{4}` থেকে `3M  H^{+}`তৈরি হয়। তাহলে প্রশ্নে ঘনমাত্রা দেওয়া আছে `10^{-2}M`।  অর্থাৎ `10^{-2}M  H_{3}PO_{4}` থেকে `3 ✕10^{-2}M  H^{+}` তৈরি হবে। অর্থাৎ `H^{+}` এর ঘনমাত্রা `3 ✕10^{-2}M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(3 ✕10^{-2})`
 বা, `pH = 1.53`

e. `10^{-8}M  HCl` ★★★

সমাধানঃ `HCl_{(aq)} → H^{+}  +  Cl^{-}` 

সমীকরণ থেকে বোঝা যায়,  `1M  HCl` থেকে `1M  H^{+}`তৈরি হয়। তাহলে প্রশ্নে ঘনমাত্রা দেওয়া আছে `10^{-8}M`।  অর্থাৎ `10^{-8}M  HCl` থেকে `10^{-8}M  H^{+}` তৈরি হবে। অর্থাৎ `H^{+}` এর ঘনমাত্রা `10^{-8}M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(10^{-8})`
 বা, `pH = 8`

প্রশ্নটা সমাধান করেই একটা ডেভিলের হাসি 😈 দিয়ে বলছ, এটা কোন প্রশ্ন হল নাকি? কিন্তু খাতায় দেখলা টিচার বিশাল একটা গোল্লা মেরে রেখেছে। আসলে সমাধানটা সঠিক হয়নি। কারণ এসিডের pH কখনই 7 বা 7 এর উপরে হয় না। এরকম যদি কখনও দেখো যে, এসিডের pH 7 বা 7 এর বেশি হচ্ছে  তাহলে ঘনমাত্রার সাথে অতিরিক্ত `10^{-7}` যোগ করতে হয়।

তাহলে সঠিক উত্তর হবে,

 `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(10^{-8} + 10^{-7})`
 বা, `pH = 6.96`

আচ্ছা `10^{-7}` যোগ কেন করলাম?🤔

উত্তরটা তোমাদেরই খুজে বের করা উচিত। তারপরও কিছুটা ধারণা দিচ্ছি, এসিডের pH 7 বা 7 এর বেশি হলে পানির `[H^{+}]` এর ঘনমাত্রা যোগ করতে হয় যার মান হল  `10^{-7}` । পানির অটো আয়নীকরণে বিস্তারিত যানতে পারবে। অনুরুপভাবে, ক্ষারের pH 7 বা 7 এর কম হলে পানির `[OH^{-}]` এর ঘনমাত্রা যোগ করতে হয় যার মান হল  `10^{-7}`

আচ্ছা ঘনমাত্রা মোলারিটিতে না দিয়ে নরমালিটিতে দিলে কি করবা?🤔

আগেই বলেছি, মোলারিটিকে নরমালিটিতে কনভার্ট করে নিতে হবে। এখন প্রশ্ন হচ্ছে কিভাবে সেটা করা যায়? খুবি সহজ একটা উপায় আছে। আমরা একটা সুত্রের মাধ্যমে কনভার্ট করব। সুত্রটা হল `N = M ✕ X` এখানে M হল মোলারিটি N হল নরমালিটি আর X হল X factor। X এর অর্থ হল দ্রবণে একটি এসিডের যতগুলো আয়ন আয়নিত হতে পারে তার সংখ্যা । কিছু উদাহরণ দিয়ে ব্যাপারটি বোঝা যাক।

`HCl_{(aq)} → H^{+}  +  Cl^{-}` এখানে x = 1 কারণ একটি `H^{+}` আয়নিত হয়েছে  
`H_{2}(SO_{4})_{(aq)} → 2H^{+}  +  SO_{4}^{2-}` এখানে x = 2 কারণ দুটি `H^{+}` আয়নিত হয়েছে
`H_{3}(PO_{4})_{(aq)} → 3H^{+}  +  PO_{4}^{3-}` এখানে x = 3 কারণ তিনটি `H^{+}` আয়নিত হয়েছে  

আশা করি ব্যাপারটা বুঝতে পেরেছ তোমরা। তাহলে এবার কিছু প্রশ্ন সমাধান করা যাক 
 
b. `0.1N  HCl` এর pH কত?

সমাধানঃ 

`HCl_{(aq)} → H^{+}  +  Cl^{-}` 

এখানে, x = 1 কারণ একটি `H^{+}` আয়নিত হয়েছে  
N = 0.1 N
M = ?

যেহেতু প্রশ্নে ঘনমাত্রার একক নরমালিটিতে দেয়া আছে তাই একে রুপান্তর করে মোলারিটিতে নিতে হবে।

আমরা জানি, 
`N = M ✕ X`
বা, `0,1 = M ✕ 1`
বা, `M = 0.1` 

`HCl` এর ঘনমাত্রা মোলারিটতে `0.1M`
সুতরাং, `H^{+}` এর ঘনমাত্রা মোলারিটতে `0.1M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(0.1)`
 বা, `pH = 1`

c. `0.1N  H_{2}(SO_{4})_{(aq)}` এর pH বের কর

সমাধানঃ 

`H_{2}(SO_{4})_{(aq)} → 2H^{+}  +  SO_{4}^{2-}` 

এখানে, X = 2 কারণ 2টি `H^{+}` আয়নিত হয়েছে  
N = 0.1 N
M = ?

যেহেতু প্রশ্নে ঘনমাত্রার একক নরমালিটিতে দেয়া আছে তাই একে রুপান্তর করে মোলারিটিতে নিতে হবে।

আমরা জানি, 
`N = M ✕ X`
বা, `0,1 = M ✕ 2`
বা, `M = 0.05` 

`H_{2}SO_{4}` এর ঘনমাত্রা মোলারিটিতে ` 0.05M`
সুতরাং,`H^{+}` এর ঘনমাত্রা মোলারিটিতে `2✕ 0.05M`

অর্থাৎ `pH = -log[H^{+}]`
বা,  `pH = -log(2✕ 0.05)`
 বা, `pH = 1`


Type-2: দুর্বল এসিড ও ক্ষারের pH, pOH 

প্রথমে আমাদেরকে বুঝতে হবে দুর্বল এসিড কি। দুর্বল এসিড হলো ওই সকল এসিড যারা জলীয় দ্রবণে অল্প পরিমাণে আয়নিত হয়। অর্থাৎ দুর্বল এসিডের একশটা অনু থাকলে সেখান থেকে মাত্র ৫ টা আয়নিত হবে (জাস্ট অনুভব করানোর জন্য বললাম এটা কিন্তু একচুয়াল তথ্য না)।
উদাহরণঃ  `CH_{3}COOH` (এসিটিক এসিড), `H_{2}CO_{3}` (কার্বনিক এসিড), `H_{2}S` (হাইড্রোজেন সালফাইড), `HCN` (হাইড্রজেন সায়ানাইড), `HF` ইত্যাদি।

সবল এসিডের যেখানে ১০০ টা অনু থাকলে ১০০ টাই ভেঙ্গে আয়নিত হবে সেখানে দুর্বল এসিডের মাত্র ৫ সর্বচ্চো ভাঙতে পারে। এজন্য সবল এসিডের ক্ষেত্রে একমুখী তীর চিহ্ন ব্যবহার করা হয়। আর দুর্বল এসিডের ক্ষেত্রে উভয়মুখি তীর চিহ্ন ব্যবহার করা। অর্থাৎ, দুর্বল এসিড তার তার আয়নিত অবস্থার সাথে সাম্যাবস্থায় থাকে। 

`H_{2}(SO_{4})_{(aq)} → 2H^{+}  +  SO_{4}^{2-}` (সবল এসিড তাই সবগুল ভেঙ্গে আয়নে পরিণত হয়েছে, এদের উভয়মুখি বিক্রিয়া হয়না। তাই  একমুখী তীর চিহ্ন ব্যবহার করা হয়েছে )

`CH_{3}COOH ⇌ H^{+}  +  CH_{3}COO_{-}`  (দুর্বল এসিড তাই অল্পকিছু যৌগ ভেঙ্গে আয়নে পরিণত হয়েছে, তাই উভয়মুখি তীর চিহ্ন ব্যবহার করা হয়েছে )

ক্ষারের ক্ষেত্রেও একই কথা, দুর্বল ক্ষার হলো ওই সকল ক্ষার যারা জলীয় দ্রবণে অল্প পরিমাণে আয়নিত হয়। অর্থাৎ দুর্বল ক্ষারের একশটা অনু থাকলে সেখান থেকে মাত্র ৫ টা আয়নিত হবে (জাস্ট অনুভব করানোর জন্য বললাম এটা কিন্তু একচুয়াল তথ্য না)।
উদাহরণঃ   `NH_{4}OH` (অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড)

এবার সমস্যায় প্রবেশ করা যাক, 😃

2. 298K তাপমাত্রায় ইথানোয়িক এসিডের বিয়োজন ধ্রুবক `k_{a} = 1.7 ✕ 10^{-5} mol dm^{-3}` হলে উক্ত এসিডের `0.1 mol dm^{-3}` দ্রবণের pH বের কর।


সমাধানঃ pH অর্থ যেহেতু  `H^{+}` এর ঘনমাত্রা তাই আমাদেরকে `H^{+}` এর ঘনমাত্রা খুজে বের করতে হবে। `H^{+}` এর ঘনমাত্রা কিভাবে খুজে পাব? `CH_{3}COOH` এসিড ভেঙ্গে আয়নের সাথে সাম্যাবস্থায় উপনিত হওয়ার পর যে  `H^{+}` পাওয়া যাবে ঐটা থেকেই pH বের করব।

`CH_{3}COOH ⇌ H^{+}  +  CH_{3}COO_{-}` 

`K_{a}= \frac{[H^{+}] [CH_{3}COO^{-}]}{[CH_{3}COOH]}`

বা, `K_{a}= \frac{[H^{+}] [H^{+}]}{[CH_{3}COOH]}` 

বা, `[H^{+}]^{2}  = K_{a} [CH_{3}COOH]  `

বা, `[H^{+}]^{2}  = 1.7 ✕ 10^{-5} ✕ 0.1 `

বা, `[H^{+}]  =  \sqrt{1.7 ✕ 10^{-5} ✕ 0.1} `

বা, `[H^{+}]  =  1.3 ✕ 10^{-3} mol dm^{-3}`

so, `pH = 2.88`

এটা হল মূল পদ্ধতি, যার মাধ্যমে যেকোনো দুর্বল এসিড বা ক্ষারের pH বের করা যাবে।

shortcut: মনোপ্রটিক দুর্বল এসিডের ক্ষেত্রে `[H^{+}]` এর ঘনমাত্রা সরাসরি বের করা যায়।

`[H^{+}]  =  \sqrt{K_{a}C}` 

বা, `[H^{+}]  =  \sqrt{1.7 ✕ 10^{-5} ✕ 0.1}`

বা, বা, `[H^{+}]  =  1.3 ✕ 10^{-3} mol dm^{-3}`

so, `pH = 2.88` [ উল্লেখ্য ডাইপ্রোটিক/ ট্রাইপ্রোটিক এসিড অথবা ডাইবেসিক ক্ষারের ক্ষেত্রে এই ফর্মুলা প্রয়োগ করা যাবে না]

Note: দুর্বল এসিড বা ক্ষারের `pH  =  C \alpha = \sqrt{K_{a}C }`  [শুধুমাত্র মনোপ্রোটিক অম্ল বা ক্ষার]
  
3. `0.74 M H_{3}PO_{4}}`এর জলীয় দ্রবণের pH কত? `(pK_{a}= 2.2)`; Ka হলো এসিড এর পূর্ণ বিয়োজন ধ্রুবক।

সমাধান: প্রথমে বলো `H_{3}PO_{4}` এসিড কি মনোপ্রোটিক অ্যাসিড নাকি ট্রাইপ্রোটিক এসিড? ইহা একটি ট্রাইপ্রোটিক এসিড। তাই `\sqrt{K_{a}C}` or `\alpha C` এই সূত্রগুলো কিন্তু খাটানো যাবে না। অর্থাৎ এই প্রশ্নটিকে মূল নিয়মে সমাধান করতে হবে। অর্থাৎ বিক্রিয়া করে সাম্যবস্থায় গিয়ে হাইড্রোজেনের ঘনমাত্রা বের করতে হবে। সরাসরি করা যাবে না।

বিক্রিয়া: `H_{3}(PO_{4})_{(aq)} → 3H^{+} + PO_{4}^{3-}` 

 শুরুতে     :       `C`                       `0`           `0`
সাম্যাবস্থায়:      `(C-C\alpha)`     `3C\alpha`    `C\alpha`    

সুতরাং, `K_{a}= \frac{[H^{+}]^{3} [PO_{4}^{3-}]}{[H_{3}PO_{4}]`   

বা, `K_{a}= \frac{[3\alpha C]^{3} [\alpha C]}{[C-\alpha C   ]`  

[বি:দ্র: দুঃখিত। ল্যাপটপ নষ্ট হয়ে যাওয়ার জন্যে প্রদত্ত কন্টেন্ট কমপ্লিট করা যাচ্ছে না। ]