পাঠ ১ / ১৩অনুচ্ছেদ ৪.১–৪.২.১

সবুজ রসায়ন ও উভমুখী বিক্রিয়াGreen chemistry, atom economy & reversible reactions

ইথিলিন অক্সাইড (ethylene oxide, C₂H₄O) থেকে তৈরি হয় গাড়ির অ্যান্টিফ্রিজ (antifreeze) আর পলিয়েস্টার (polyester) কাপড়ের কাঁচামাল। দুটি কারখানা একই 100 kg ইথিলিন অক্সাইড বানাবে — কিন্তু দুই ভিন্ন বিক্রিয়ায়। কারখানা A-র উৎপাদন হার (yield) বেশি। নিজে চালিয়ে দেখো, কোন কারখানা পরিবেশে কত বর্জ্য (waste) ফেলে:

পণ্য (product): ইথিলিন অক্সাইড, C₂H₄O — প্রতিটি কারখানা বানাবে 100 kg

কারখানা A (factory A)উৎপাদন হার (yield): 95 %

C₂H₄ + Cl₂ + Ca(OH)₂ → C₂H₄O + CaCl₂ + H₂O

কাঁচামাল বাকি (feed left)413 kg

পণ্য (product)0 kg

বর্জ্য (waste)0 kg

কারখানা B (factory B)উৎপাদন হার (yield): 80 %

2C₂H₄ + O₂ → 2C₂H₄O (Ag প্রভাবক)

কাঁচামাল বাকি (feed left)125 kg

পণ্য (product)0 kg

বর্জ্য (waste)0 kg

উৎপাদন হার (yield) দুটি উদাহরণের জন্য ধরে নেওয়া (illustrative); কোন পরমাণু কোথায় যায় তা আসল সমীকরণ থেকে হিসাব করা।

“চালাও (run)” চাপো — দুই কারখানাই 100 kg করে ইথিলিন অক্সাইড (ethylene oxide) বানাবে।
দেখো কোন পাত্রে কত কেজি জমে: পণ্য (product) আর বর্জ্য (waste)।
নিচের প্রশ্নের উত্তর দাও: কোন কারখানাটি বেশি “সবুজ” (green)?

উৎপাদন হার বেশি হলেও A পণ্যের তিন গুণ বর্জ্য ফেলল কেন? কোনো বিক্রিয়া কতটা “সবুজ”, তা কীভাবে মাপা যায় — আর কিছু বিক্রিয়া কেন শেষ পর্যন্ত যায়ই না?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

পূর্বজ্ঞান — সমতাকৃত সমীকরণ (balanced equation), মোলার ভর (molar mass) ও ভরের নিত্যতা (conservation of mass)
কেন সবুজ রসায়ন (green chemistry) — দূষণ থেকে 12টি নীতি (12 principles)
শতকরা অ্যাটম ইকনমি (% atom economy) আর উৎপাদন হারের (% yield) পার্থক্য
বইয়ের তুলনাগুলো — ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইড, ইথিলিন অক্সাইড, অ্যালাইল অ্যালকোহল
একমুখী (irreversible) ও উভমুখী (reversible) বিক্রিয়া
উভমুখী বিক্রিয়াকে একমুখী ও সম্পূর্ণ করার উপায়
এবার নিজে করে দেখো — অ্যাটম ইকনমি কারখানা (simulation)

ধাপ ১: পূর্বজ্ঞান — প্রতিটি পরমাণু কোথাও যায়

একটি সমতাকৃত রাসায়নিক সমীকরণ (balanced chemical equation) আসলে পরমাণুর হিসাবের খাতা: বিক্রিয়ায় কোনো পরমাণু তৈরিও হয় না, ধ্বংসও হয় না — শুধু নতুনভাবে জোড়া লাগে। তাই সমীকরণের দুই পাশে প্রতিটি মৌলের (element) পরমাণুর সংখ্যা সমান হতে হয়।

কোনো যৌগের মোলার ভর (molar mass, M) হলো তার সংকেতের সব পরমাণুর পারমাণবিক ভরের (atomic mass) যোগফল, একক g mol⁻¹। যেমন পানির জন্য:

M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 1.008 + 15.999 = 18.015\ \text{g mol}^{-1}

এই পাঠের সব হিসাবে IUPAC-এর 2021 সালের পারমাণবিক ভর ব্যবহার করা হয়েছে: H 1.008, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Cl 35.45, Ca 40.078।

সমীকরণের সহগ (coefficient) দিয়ে মোলার ভর গুণ করে দুই পাশ যোগ করলে ভর সমান আসে — এটিই ভরের নিত্যতা সূত্র (law of conservation of mass):

সমতাকৃত সমীকরণে (balanced equation) দুই পাশে প্রতিটি মৌলের পরমাণু সমান — তাই ভরও সমান (ভরের নিত্যতা, conservation of mass)। প্রতিটি পরমাণু কোথাও না কোথাও যায়: হয় কাঙ্ক্ষিত পণ্যে, নয়তো বর্জ্যে।

সবুজ রসায়নের মূল প্রশ্নটি এখান থেকেই আসে: বিক্রিয়কের (reactant) যত পরমাণু ঢোকানো হলো, তার কতগুলো আমাদের কাঙ্ক্ষিত পণ্যে (desired product) গেল, আর কতগুলো গেল অদরকারি উপজাতে (by-product), অর্থাৎ বর্জ্যে?

নিজে যাচাই করো

2H₂ + O₂ → 2H₂O বিক্রিয়ায় 4.032 g H₂ ঠিক 31.998 g O₂-এর সাথে সম্পূর্ণ বিক্রিয়া করল। কত g পানি তৈরি হবে?

ধাপ ২: কেন সবুজ রসায়ন

কারখানায় জ্বালানি হিসেবে প্রাকৃতিক গ্যাস (CH₄) আর কয়লা পোড়ানো হয়; কয়লায় সালফার (sulfur) থাকে:

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)
C(s) + O₂(g) → CO₂(g)
S(s) + O₂(g) → SO₂(g)

CO₂ একটি গ্রিনহাউস গ্যাস (greenhouse gas) — বাতাসে এর পরিমাণ বাড়লে পৃথিবী গরম হয় (global warming)। SO₂ বাতাসে জারিত হয়ে পানির সাথে H₂SO₄ তৈরি করে এসিড বৃষ্টি (acid rain) ঘটায়। শিল্পবিপ্লবের পর থেকে কারখানার বিষাক্ত গ্যাস ও তরল বর্জ্য পরিবেশ দূষণের সবচেয়ে বড় উৎস হয়ে ওঠে।

সমাধানের ভাবনাটা বদলায় 1990 সালে: আমেরিকার পরিবেশ সংস্থা EPA-র (Environmental Protection Agency) দূষণ প্রতিরোধ আইন (Pollution Prevention Act, 1990) বলল — দূষণ তৈরির পর পরিষ্কার করার চেয়ে দূষণ তৈরিই না হতে দেওয়া ভালো। 1991 সালে EPA “গ্রিন কেমিস্ট্রি” কর্মসূচি শুরু করে, আর 1996 থেকে সবুজ উদ্ভাবনের জন্য Presidential Green Chemistry Challenge Award দেওয়া হয়। 1998 সালে পল অ্যানাস্তাস (Paul Anastas) ও জন ওয়ার্নার (John Warner) সবুজ রসায়নের 12টি নীতি প্রকাশ করেন — তাই অ্যানাস্তাসকে সবুজ রসায়নের জনক বলা হয়।

সংজ্ঞা — সবুজ রসায়ন (green chemistry): রাসায়নিক পণ্য ও উৎপাদন-পদ্ধতির এমন নকশা (design), যা ক্ষতিকর পদার্থের ব্যবহার ও উৎপাদন কমায় বা পুরোপুরি বাদ দেয়। অর্থাৎ বর্জ্য ও বিপদ গোড়াতেই থামানো — পরে পরিষ্কার করা নয়।

12টি নীতির সবগুলো মুখস্থ করার চেয়ে নিচের মোটা অক্ষরের ছয়টি ভালো করে বোঝা দরকার — HSC-র হিসাব ও ব্যাখ্যায় এগুলোই লাগে:

নং	নীতি	উদাহরণ (এই পাঠ থেকে)
১	বর্জ্য রোধ (prevent waste)	বর্জ্য তৈরির পর শোধন নয়, তৈরিই না হওয়া
২	সর্বোচ্চ অ্যাটম ইকনমি (atom economy)	বিক্রিয়কের বেশিরভাগ পরমাণু পণ্যে যাবে
৩	কম ঝুঁকির সংশ্লেষণ (less hazardous synthesis)	অ্যালাইল অ্যালকোহল তৈরিতে Cl₂ বাদ
৪	নিরাপদ রাসায়নিক নকশা (design safer chemicals)	পণ্য নিজেই কম বিষাক্ত
৫	নিরাপদ দ্রাবক (safer solvents)	বেনজিন, CCl₄-এর বদলে পানি বা কম বিষাক্ত দ্রাবক
৬	শক্তি দক্ষতা (energy efficiency)	কম তাপমাত্রা ও চাপে বিক্রিয়া
৭	নবায়নযোগ্য কাঁচামাল (renewable feedstock)	বায়োডিজেলের উপজাত গ্লিসারল থেকে প্রোপিলিন গ্লাইকল
৮	উপজাতক কমানো (reduce derivatives)	অপ্রয়োজনীয় মধ্যবর্তী ধাপ বাদ
৯	প্রভাবক ব্যবহার (catalysis)	Ag প্রভাবকে ইথিলিন অক্সাইড; আইবুপ্রোফেনের BHC পথ
১০	প্রাকৃতিকভাবে ভাঙে এমন নকশা (design for degradation)	জীবাণু-বিয়োজ্য (biodegradable) প্লাস্টিক
১১	তাৎক্ষণিক দূষণ পর্যবেক্ষণ (real-time analysis)	কারখানায় সারাক্ষণ গ্যাস মাপা
১২	দুর্ঘটনা প্রতিরোধ (accident prevention)	আগুন, বিস্ফোরণ, বিষাক্ত গ্যাস লিক এড়ানো

নিরাপদ দ্রাবক নিয়ে ল্যাবের উদাহরণ পাবে অধ্যায় ১-এর রাসায়নিক সংরক্ষণ, বর্জ্য ও পরিবেশ পাঠে।

নিজে যাচাই করো

নিচের কোনটি সবুজ রসায়নের নীতির সাথে মেলে না?

ধাপ ৩: শতকরা অ্যাটম ইকনমি আর উৎপাদন হার

1991 সালে ব্যারি ট্রস্ট (Barry Trost) একটি সহজ মাপকাঠি দেন: সমীকরণ অনুযায়ী বিক্রিয়কের মোট ভরের কত শতাংশ কাঙ্ক্ষিত পণ্যে যেতে পারে। একে বলে শতকরা অ্যাটম ইকনমি (percentage atom economy, % AE):

\%\,\text{AE} = \frac{\text{coefficient} \times M \text{ of desired product}}{\sum \left(\text{coefficient} \times M\right) \text{ of all reactants}} \times 100

অর্থাৎ লবে (numerator) কাঙ্ক্ষিত পণ্যের মোল সংখ্যা × মোলার ভর, আর হরে (denominator) সব বিক্রিয়কের মোল সংখ্যা × মোলার ভরের যোগফল। ভরের নিত্যতার কারণে হরে সব উৎপাদের মোট ভর বসালেও একই উত্তর আসে — বই দুটোই লিখেছে। তবে মনে রাখো: সমীকরণ আগে সমতা করতে হবে, না হলে হিসাব অর্থহীন।

এর সাথে গুলিয়ে ফেলা হয় শতকরা উৎপাদন হার (percentage yield):

\%\,\text{yield} = \frac{\text{actual mass of product obtained}}{\text{theoretical mass from the equation}} \times 100

	অ্যাটম ইকনমি (atom economy)	উৎপাদন হার (yield)
কোথা থেকে আসে	শুধু সমীকরণ থেকে, কাগজে-কলমে	পরীক্ষাগারে বা কারখানায় মেপে
কী বলে	সবচেয়ে ভালো অবস্থায়ও কত ভাগ ভর পণ্যে যেতে পারে	সমীকরণ যতটুকু দিতে পারত, তার কত ভাগ পাওয়া গেল
কম হওয়ার কারণ	উপজাত (by-product) তৈরি হবেই	অসম্পূর্ণ বা পার্শ্ব-বিক্রিয়া (side reaction), হারানো পণ্য
100 % হলে	কোনো উপজাত নেই	সব বিক্রিয়ক পুরো বিক্রিয়া করেছে

নিচে ইথিলিন অক্সাইডের পুরনো পথের প্রতিটি পরমাণু নিজে বাছাই করো — কোনটি পণ্যে যেতে পারে, কোনটি বর্জ্যে যেতে বাধ্য। পাত্রে ভর জমার সাথে মিটারও (gauge) সরবে। তারপর বাকি দুটি বিক্রিয়াও করে দেখো:

লক্ষ্য পণ্য (target): C₂H₄O — ইথিলিন অক্সাইড (ethylene oxide)C: 0/2H: 0/4O: 0/1

C₂H₄ · ইথিলিন (ethylene)

Cl₂ · ক্লোরিন (chlorine)

Ca(OH)₂ · চুনের পানি (slaked lime)

পণ্য (product)

0.00 g

বর্জ্য (waste)

0.00 g

শতকরা অ্যাটম ইকনমি (% atom economy)
0.00 ÷ 173.05 × 100 = 0.00 %
পণ্যের পাত্রের ভর ÷ সব বিক্রিয়কের মোট ভর (g, প্রতি মোল বিক্রিয়ায়)

একটি পরমাণু (atom) টেনে পণ্য (product) বা বর্জ্যের (waste) পাত্রে ফেলো — অথবা পরমাণুতে চাপ দিয়ে তারপর পাত্রে চাপ দাও।

সমাধান করেছ: 0/3 — তিনটিই করে তুলনা করো।

নিজে যাচাই করো

একটি কারখানার উৎপাদন হার (yield) 98 %, কিন্তু বিক্রিয়ার অ্যাটম ইকনমি 30 %। কোন কথাটি ঠিক?

ধাপ ৪: বইয়ের তুলনাগুলো — একই পণ্য, দুই পথ

ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইড (maleic anhydride, C₄H₂O₃)

ওষুধ, কীটনাশক, রঞ্জক ও পলিমার তৈরির কাঁচামাল। M(C₄H₂O₃) = 98.06 g mol⁻¹।

বেনজিন পথ: 2C₆H₆ + 9O₂ → 2C₄H₂O₃ + 4H₂O + 4CO₂

\%\,\text{AE} = \frac{2 \times 98.06}{2 \times 78.11 + 9 \times 32.00} \times 100 = \frac{196.11}{444.22} \times 100 = 44.15\,\%

বিউটেন পথ: 2C₄H₁₀ + 7O₂ → 2C₄H₂O₃ + 8H₂O

\%\,\text{AE} = \frac{2 \times 98.06}{2 \times 58.12 + 7 \times 32.00} \times 100 = \frac{196.11}{340.23} \times 100 = 57.64\,\%

বিউটেন পথ সবুজ — তিন কারণে: (i) অ্যাটম ইকনমি বেশি; (ii) বেনজিনের মতো ক্যান্সার সৃষ্টিকারী (carcinogen) বিক্রিয়ক লাগে না; (iii) বেনজিনের 6টি কার্বনের 2টি CO₂ হয়ে বাতাসে যায়, বিউটেনের সব কার্বন পণ্যে থাকে।

ইথিলিন অক্সাইড (ethylene oxide, C₂H₄O)

পুরাতন ক্লোরোহাইড্রিন পথ: C₂H₄ + Cl₂ + Ca(OH)₂ → C₂H₄O + CaCl₂ + H₂O

\%\,\text{AE} = \frac{44.05}{28.05 + 70.90 + 74.09} \times 100 = \frac{44.05}{173.05} \times 100 = 25.46\,\%

Ag প্রভাবকে সরাসরি জারণ (250 °C): 2C₂H₄ + O₂ → 2C₂H₄O, এখানে % AE = 100 %।

দ্বিতীয়টি একটি যুত বিক্রিয়া (addition reaction) — সব বিক্রিয়ক মিলে একটিমাত্র পণ্য, তাই বাদ পড়ার মতো কোনো পরমাণু নেই।

অ্যালাইল অ্যালকোহল (allyl alcohol, CH₂=CHCH₂OH বা C₃H₆O)

প্রচলিত ক্লোরিন পথ (দুই ধাপ): C₃H₆ + Cl₂ → CH₂=CHCH₂Cl + HCl, তারপর CH₂=CHCH₂Cl + NaOH → C₃H₅OH + NaCl। দুই ধাপ যোগ করে মধ্যবর্তী যৌগ (intermediate) কেটে দিলে মোট সমীকরণ: C₃H₆ + Cl₂ + NaOH → C₃H₅OH + HCl + NaCl।

\%\,\text{AE} = \frac{58.08}{42.08 + 70.90 + 40.00} \times 100 = 37.97\,\%

গ্রিনার অ্যাসিটেট পথ: প্রোপিন, ইথানয়িক এসিড (acetic acid) আর অক্সিজেন থেকে অ্যালাইল অ্যাসিটেট, তারপর তার আর্দ্র বিশ্লেষণে (hydrolysis) অ্যালাইল অ্যালকোহল আর ইথানয়িক এসিড ফেরত। ফেরত পাওয়া এসিড আবার ব্যবহার হয়, তাই মোট সমীকরণ দাঁড়ায় 2C₃H₆ + O₂ → 2C₃H₅OH — % AE = 100 %, আর বিষাক্ত ক্লোরিন একেবারেই লাগে না (নীতি ৩)।

পণ্য	পুরনো পথ	% AE	সবুজ পথ	% AE
ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইড	বেনজিনের জারণ	44.15	বিউটেনের জারণ	57.64
ইথিলিন অক্সাইড	ক্লোরোহাইড্রিন	25.46	Ag প্রভাবকে জারণ	100
অ্যালাইল অ্যালকোহল	Cl₂ + NaOH	37.97	অ্যাসিটেট পথ	100 (এসিড ফেরত ধরে)

নিজে যাচাই করো

কোন ধরনের বিক্রিয়ার অ্যাটম ইকনমি সবসময় 100 %?

ধাপ ৫: একমুখী ও উভমুখী বিক্রিয়া

এতক্ষণ ধরে নিয়েছি বিক্রিয়ক পুরোপুরি উৎপাদে বদলে যায়। কিন্তু সব বিক্রিয়া সেভাবে চলে না।

একমুখী বিক্রিয়া (irreversible reaction): যে বিক্রিয়া কার্যত শুধু সামনের দিকে চলে এবং বিক্রিয়ক প্রায় সম্পূর্ণ উৎপাদে পরিণত হয়। চিহ্ন: একমুখী তীর (→)। যেমন:

2KClO₃(s) → 2KCl(s) + 3O₂(g) (তাপে) — KCl আর O₂ মিশিয়ে রাখলে আবার KClO₃ হয় না।
C(s) + O₂(g) → CO₂(g) (দহন)

উভমুখী বিক্রিয়া (reversible reaction): যে বিক্রিয়া একই সাথে সম্মুখ (forward) ও পশ্চাৎ (backward) দুই দিকেই ঘটে। চিহ্ন: বিপরীতমুখী দুটি অর্ধ-তীর (⇌)। যেমন:

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g) — বন্ধ পাত্রে 450 °C-এ H₂ ও I₂ থেকে HI হয়, আবার বিশুদ্ধ HI একই অবস্থায় রাখলে ভেঙে H₂ ও I₂ হয়।
CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) — বন্ধ পাত্রে উভমুখী।

উভমুখী বিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য (characteristics):

দুই দিক থেকেই শুরু করা যায় — বিক্রিয়ক থেকে, বা উৎপাদ থেকে।
বন্ধ পাত্রে কখনো সম্পূর্ণ হয় না: বিক্রিয়ক ও উৎপাদ সবসময় একসাথে থাকে।
শেষে সাম্যাবস্থায় (equilibrium) পৌঁছায় — তখন সম্মুখ বিক্রিয়ার হার (rate) = পশ্চাৎ বিক্রিয়ার হার, তাই পরিমাণগুলো আর বদলায় না।
সমীকরণে = বা → নয়, ⇌ চিহ্ন বসে।

নিচের চুল্লিতে (kiln) চুনাপাথর (limestone, CaCO₃) গরম করো — প্রথমে ঢাকনা (lid) বন্ধ রেখে, তারপর ঢাকনা খুলে। ঢাকনা বন্ধ থাকলে CaCO₃-এর সংখ্যা কোথায় গিয়ে থামে, খেয়াল করো:

CaCO₃ (চুনাপাথর, limestone)24

CaO (চুন, quicklime)0

CO₂ চুল্লির ভেতরে (gas inside)0

বেরিয়ে গেছে (escaped)0

ভাঙন → (forward) · জোড়া ← (backward)0 · 0

চুল্লিতে (kiln) 24 টুকরা চুনাপাথর, CaCO₃। ঢাকনা (lid) বন্ধ রেখে “তাপ দাও” চাপো।

কণার সংখ্যা ও গতি বোঝানোর জন্য (illustrative)। বাস্তবে প্রায় 900 °C-এ CaCO₃-এর ওপর CO₂-এর সাম্য চাপ 1 atm-এ পৌঁছায়; বন্ধ পাত্রে চাপ ওই মানে পৌঁছালেই ভাঙন থেমে যায়।

ঢাকনা বন্ধ রেখে তাপ দাও (heat, lid closed)।
অপেক্ষা করো যতক্ষণ না CaCO₃-এর সংখ্যা স্থির হয় — লেখচিত্রে (graph) রেখাটি সমান হয়ে যাবে।
এবার ঢাকনা খোলো (open the lid) — সব CaCO₃ ভাঙা পর্যন্ত দেখো।

তাত্ত্বিকভাবে (in principle) প্রতিটি বিক্রিয়াই উভমুখী। কিন্তু অনেক বিক্রিয়ায় পশ্চাৎ বিক্রিয়ার হার এত নগণ্য যে কার্যত বিক্রিয়াটি একমুখী — তাই এদের একমুখী ধরা হয়। পরের পাঠে রাসায়নিক সাম্যাবস্থা বিস্তারিত দেখব।

নিজে যাচাই করো

বন্ধ চুল্লিতে CaCO₃ গরম করতে থাকলেও কিছুক্ষণ পর CaCO₃-এর পরিমাণ আর কমে না কেন?

ধাপ ৬: উভমুখী বিক্রিয়াকে একমুখী করার উপায়

উভমুখী বিক্রিয়া অসম্পূর্ণ থাকে কারণ উৎপাদ জমে পশ্চাৎ বিক্রিয়া চালায়। তাই কোনো একটি উৎপাদকে মিশ্রণ থেকে সরিয়ে দিলে পশ্চাৎ বিক্রিয়া আর হতে পারে না, আর বিক্রিয়া সামনের দিকে শেষ পর্যন্ত চলে:

১. খোলা পাত্র (open vessel) — গ্যাসীয় উৎপাদ বেরিয়ে যায়।
CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)↑

২. অধঃক্ষেপ (precipitate) — উৎপাদ কঠিন হয়ে দ্রবণ থেকে সরে যায়।
NaCl(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgCl(s)↓

৩. রাসায়নিকভাবে সরানো (remove chemically) — NaOH এসিডকে লবণ বানিয়ে ফেলে, পেছনের বিক্রিয়া আর হয় না।
CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa

তিনটি উপায়েই একটি উৎপাদকে বিক্রিয়ার মিশ্রণ থেকে সরিয়ে ফেলা হয়, ফলে পশ্চাৎমুখী (backward) বিক্রিয়া ঘটার সুযোগ থাকে না।

খোলা পাত্রে বিক্রিয়া (open vessel): উৎপাদ গ্যাসীয় আর বাকিরা কঠিন বা তরল হলে গ্যাসটি বেরিয়ে যায়। চুন তৈরির ভাটায় (lime kiln) ঠিক এভাবেই CO₂ বের করে দিয়ে সব CaCO₃-কে CaO বানানো হয়।
অধঃক্ষেপ তৈরি (precipitation): NaCl(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgCl(s) — অদ্রবণীয় AgCl দ্রবণ থেকে আলাদা হয়ে পড়ে যায়।
রাসায়নিকভাবে সরানো (removing chemically): CH₃COOC₂H₅ + H₂O ⇌ C₂H₅OH + CH₃COOH উভমুখী; কিন্তু NaOH দিলে এসিডটি CH₃COONa লবণে পরিণত হয়, ফলে CH₃COOC₂H₅ + NaOH → C₂H₅OH + CH₃COONa একমুখী হয়ে সম্পূর্ণ হয়।

উৎপাদ সরিয়ে বা বিক্রিয়ক যোগ করে সাম্যকে ঠেলে দেওয়ার এই ধারণাটিই পরে লা-শাতেলিয়ারের নীতি হয়ে হেবার (Haber) প্রক্রিয়ায় অ্যামোনিয়ার উৎপাদন বাড়াতে কাজে লাগবে।

নিজে যাচাই করো

চুনের ভাটা (lime kiln) উপরে খোলা রাখা হয় মূলত কেন?

ধাপ ৭: এবার নিজে করে দেখো — অ্যাটম ইকনমি কারখানা

ধারণাগুলো এখন তোমার জানা। নিচের সিমুলেশনে বাস্তব শিল্প-পথগুলো (industrial routes) পাশাপাশি তুলনা করো:

শিল্পের পথ (industrial routes): একটি পণ্য বেছে তার দুটি পথ পালা করে খোলো। ভরের দণ্ড (mass bars) দেখাবে বিক্রিয়কের ভর কীভাবে পণ্য (সবুজ) আর বর্জ্যে (বাদামি/ধূসর) ভাগ হয়, মিটার দেখাবে % AE।
উৎপাদন হার (yield) স্লাইডার বদলে দেখো প্রতি কেজি পণ্যে কত কেজি বর্জ্য হয় — উপজাত আর অবিক্রিয় কাঁচামাল আলাদা রঙে।
“উত্তর লুকাও” চালু করে নিজে হিসাব করো, তারপর “যাচাই” চাপো।
নিজে সমীকরণ বানাও (build your own): সহগ বদলে সমীকরণ সমতা করো, বা নিজের সংকেত লেখো — সমতা না হলে মিটার চালু হবে না।
প্রতিটি পর্যবেক্ষণ খাতায় লেখো, আর চ্যালেঞ্জগুলো একে একে শেষ করো।

অ্যাটম ইকনমি কারখানা

Atom economy: compare industrial routes

↗

পণ্য (product)

2C₆H₆+9O₂→2C₄H₂O₃+4H₂O+4CO₂

2C₆H₆ বেনজিন (benzene)	2 × 78.11	156.23 g
9O₂	9 × 32.00	287.98 g
2C₄H₂O₃ ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইডপণ্য	2 × 98.06	196.11 g
4H₂Oবর্জ্য	4 × 18.02	72.06 g
4CO₂বর্জ্য	4 × 44.01	176.04 g

বেনজিনের 6টি কার্বনের 2টি CO₂ হয়ে বাতাসে যায়। বেনজিন নিজেও ক্যান্সার সৃষ্টিকারী (carcinogen)।

% AE = 196.11 ÷ 444.21 × 100 = 44.15 %

বইয়ের উত্তর: 44.15 % ✓

উৎপাদন হার (yield): 90 % — ধরে নেওয়া (assumed)

প্রতি 1 kg পণ্যে বর্জ্য (waste per kg product): 1.52 kg · কাঁচামাল লাগে 2.52 kg

উপজাত (by-products): 1.27 kg অবিক্রিয়/পার্শ্ব-বিক্রিয়া (unreacted, side reactions): 0.25 kg

উত্তর লুকাও (hide answers)

তোমার হিসাবে % AE:

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6

এমন একটি শিল্প-পথ (route) খুঁজে বের করো যার অ্যাটম ইকনমি (atom economy) 100 %
ক্লোরোমিথেন (chloromethane) পথটি খুলে ব্যাখ্যা করো: প্রতিস্থাপন (substitution) কেন কখনো 100 % হয় না?
ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইডের (maleic anhydride) জন্য 50 %-এর বেশি অ্যাটম ইকনমির পথ খুঁজে বের করো
গ্লিসারল → প্রোপিলিন গ্লাইকলের % AE নিজে হিসাব করে বসাও (“উত্তর লুকাও” চালু রেখে), তারপর বইয়ের উত্তরের সাথে মেলাও
“নিজে সমীকরণ বানাও” অংশে একটি অসমতাকৃত (unbalanced) সমীকরণের সহগ (coefficient) ঠিক করে সমতা করো, যাতে মিটার চালু হয়
উৎপাদন হার (yield) 90 % বা তার বেশি রেখে এমন একটি পথ খাতায় লেখো, যেটি প্রতি কেজি পণ্যে 1 kg-এর বেশি বর্জ্য তৈরি করে

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কিছু লেখা হয়নি। একটি পথ বেছে “খাতায় লেখো” চাপো — উৎপাদন হার বদলে আবার লেখো।

বই পড়ার সময় সাবধান

বই KClO₃-এর বিয়োজনকে এমনভাবে লিখেছে যেন এটি পুরোপুরি একমুখী। সঠিক কথা: এটি কার্যত একমুখী (practically irreversible) — পশ্চাৎ বিক্রিয়া এত নগণ্য, আর খোলা পাত্রে O₂ বেরিয়ে যায়। বইয়ের নিজের কথাই ঠিক: তাত্ত্বিকভাবে সব বিক্রিয়া উভমুখী।
বই (পৃ. 414) লিখেছে, সংশ্লেষণে উৎপাদন 70–90 % হলে বাকি 10–30 % বিক্রিয়ক “বিক্রিয়াহীন থাকে”। এটি উৎপাদন হার (yield) আর বর্জ্যকে গুলিয়ে ফেলে: উৎপাদন হার 90 % হলেও অ্যাটম ইকনমি কম হলে বর্জ্য পণ্যের কয়েক গুণ হতে পারে (ক্লোরোহাইড্রিন পথে 95 % yield-এ প্রতি কেজি পণ্যে 3 kg-এর বেশি বর্জ্য)। আর হারানো অংশ শুধু অবিক্রিয় নয় — পার্শ্ব-বিক্রিয়াতেও (side reaction) যায়।
বই (পৃ. 415) জৈব দ্রাবকের বাষ্প থেকে তৈরি ধোঁয়াশার (smog) সাথে “SO₂ ও pH প্রায় 2” জুড়ে দিয়েছে। আসলে দুই ধরনের ধোঁয়াশা আলাদা: উদ্বায়ী জৈব যৌগ (VOC) + NOx + সূর্যালোক থেকে আলোক-রাসায়নিক ধোঁয়াশা (photochemical smog) হয়, যাতে থাকে ওজোন (O₃) — SO₂ নয়। SO₂-যুক্ত অম্লীয় ধোঁয়াশা আসে কয়লা পোড়ানো থেকে।
ছোট রাউন্ডিং পার্থক্য: IUPAC-2021 পারমাণবিক ভরে ইথিলিন অক্সাইডের পুরনো পথ 25.46 % (বই 25.43 %), বিউটেন পথ 57.64 % (বই 57.63 %), গ্লিসারল পথ 80.86 % (বই 80.85 %)। দুটিই গ্রহণযোগ্য — বই মোলার ভর আগেই রাউন্ড করেছে।

ঘরে বসে পরীক্ষা: পরমাণুগুলো কোথায় গেল?

লাগবে: রান্নাঘরের ডিজিটাল দাঁড়িপাল্লা (kitchen scale), খাবার সোডা (baking soda, NaHCO₃), সিরকা (vinegar, 5 % ইথানয়িক এসিড), একটি প্লাস্টিকের কাপ আর একটি জিপ-লক ব্যাগ।

খোলা পাত্র: কাপে 50 mL সিরকা নিয়ে দাঁড়িপাল্লায় রাখো। পাশে কাগজে 1 চা-চামচ সোডা রেখে মোট ভর লেখো। সোডা কাপে ঢালো — ফেনা থামলে আবার মোট ভর মাপো (কাগজটিও পাল্লায় রেখো)। ভর কমেছে কেন?
বন্ধ পাত্র: জিপ-লক ব্যাগে 50 mL সিরকা নাও; সোডা একটি ছোট কাগজে মুড়ে ব্যাগের এক কোণে রাখো যাতে সিরকা না লাগে। ব্যাগ বন্ধ করে ভর মাপো। এবার ব্যাগ কাত করে মিশিয়ে দাও; ফোলা থামলে আবার মাপো।
সমীকরণটি: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂। খোলা কাপে CO₂ বেরিয়ে গেছে (তাই বিক্রিয়াটিও একমুখী হয়ে শেষ হয়েছে), বন্ধ ব্যাগে সব পরমাণু ভেতরেই — ভর একই।
সোডিয়াম অ্যাসিটেটকে (CH₃COONa) কাঙ্ক্ষিত পণ্য ধরে এই বিক্রিয়ার % AE হিসাব করো। (উত্তর: 82.03 ÷ (84.01 + 60.05) × 100 = 56.95 %)

নিরাপত্তা: শুধু নরম জিপ-লক ব্যাগ ব্যবহার করো — কখনো শক্ত বোতল বা কৌটা বন্ধ করে এই পরীক্ষা করো না, গ্যাসের চাপে ফেটে যেতে পারে। পরিমাণ বাড়িয়ো না, ব্যাগটি একটি থালার ওপর রাখো, আর মুখ থেকে দূরে রাখো। সিরকা চোখে লাগলে প্রচুর পানি দিয়ে ধুয়ে ফেলো।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. সবুজ রসায়ন কী? (কু. বো. 2017; দি. বো. 2017; চ. বো. 2015; সি. বো. 2015)

রাসায়নিক পণ্য ও উৎপাদন-পদ্ধতির এমন নকশা, যা ক্ষতিকর পদার্থের ব্যবহার ও উৎপাদন কমায় বা পুরোপুরি বাদ দেয় — অর্থাৎ বর্জ্য ও দূষণ তৈরির পর শোধন নয়, গোড়াতেই রোধ। পল অ্যানাস্তাস ও জন ওয়ার্নার (1998) এর 12টি নীতি দেন, যেমন বর্জ্য রোধ, সর্বোচ্চ অ্যাটম ইকনমি, প্রভাবক ব্যবহার, নবায়নযোগ্য কাঁচামাল।

২. ইথিলিন থেকে ইথিলিন অক্সাইড তৈরির দুটি পদ্ধতির % AE হিসাব করো: (ক) C₂H₄ + Cl₂ + Ca(OH)₂ → C₂H₄O + CaCl₂ + H₂O; (খ) C₂H₄ + ½O₂ → C₂H₄O (Ag, 250 °C)। কোনটি গ্রিনার?

(ক) $\dfrac{44.05}{28.05 + 70.90 + 74.09} \times 100 = \dfrac{44.05}{173.05} \times 100 = 25.46\,\%$ (বইয়ের উত্তর 25.43 %, রাউন্ডিং)।

(খ) $\dfrac{44.05}{28.05 + 16.00} \times 100 = 100\,\%$ — যুত বিক্রিয়া, কোনো উপজাত নেই।

(খ) গ্রিনার: অ্যাটম ইকনমি 100 %, বিষাক্ত Cl₂ লাগে না, CaCl₂ বর্জ্য নেই, আর Ag প্রভাবক বারবার ব্যবহার হয় (নীতি ১, ২, ৩, ৯)।

৩. বায়োডিজেলের উপজাত গ্লিসারিন থেকে CuCrO₂ প্রভাবকে প্রোপিলিন গ্লাইকল তৈরি হয়: CH₂OHCH(OH)CH₂OH + H₂ → CH₃CH(OH)CH₂OH + H₂O। % AE হিসাব করো। পদ্ধতিটি গ্রিন কেন?

M(C₃H₈O₃) = 92.09, M(H₂) = 2.016, M(C₃H₈O₂) = 76.09 g mol⁻¹।

$\%\,\text{AE} = \dfrac{76.09}{92.09 + 2.016} \times 100 = \dfrac{76.09}{94.11} \times 100 = 80.86\,\%$ (বই: 80.85 %)।

গ্রিন কারণ: কাঁচামাল নবায়নযোগ্য (উদ্ভিজ্জ তেলের বায়োডিজেল থেকে), একমাত্র উপজাত পানি, আর প্রভাবক ব্যবহার করা হয়।

৪. ম্যালেয়িক অ্যানহাইড্রাইড সংশ্লেষণের দুটি পদ্ধতি: (i) 2C₆H₆ + 9O₂ → 2C₄H₂O₃ + 4H₂O + 4CO₂; (ii) 2C₄H₁₀ + 7O₂ → 2C₄H₂O₃ + 8H₂O। কোনটি গ্রিনার — % AE দিয়ে ব্যাখ্যা করো।

(i) 196.11 ÷ 444.22 × 100 = 44.15 %; (ii) 196.11 ÷ 340.23 × 100 = 57.64 %।

(ii) গ্রিনার: বিক্রিয়কের বেশি ভাগ পরমাণু পণ্যে যায়; CO₂ (গ্রিনহাউস গ্যাস) তৈরি হয় না; আর বিষাক্ত, ক্যান্সার সৃষ্টিকারী বেনজিন লাগে না।

৫. যুত বিক্রিয়ার অ্যাটম ইকনমি 100 % হয়, কিন্তু প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ার কখনো হয় না — ব্যাখ্যা করো।

যুত বিক্রিয়ায় (যেমন 2C₂H₄ + O₂ → 2C₂H₄O) সব বিক্রিয়ক মিলে একটিমাত্র পণ্য হয়, তাই বিক্রিয়কের সব ভর পণ্যে থাকে। প্রতিস্থাপনে (যেমন CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl) একটি পরমাণু বা মূলক সরিয়ে আরেকটি বসানো হয়; সরানো অংশটি (এখানে H, সাথে একটি Cl) উপজাত হয়ে বেরিয়ে যায়। তাই পণ্যের ভর সবসময় বিক্রিয়কের মোট ভরের চেয়ে কম — এখানে % AE = 50.49 ÷ 86.94 × 100 = 58.07 %।

৬. উভমুখী ও একমুখী বিক্রিয়ার পার্থক্য লেখো। বন্ধ পাত্রে CaCO₃-এর বিয়োজন উভমুখী, অথচ খোলা পাত্রে একমুখী — কেন?

একমুখী বিক্রিয়া কার্যত শুধু সামনের দিকে চলে ও সম্পূর্ণ হয় (2KClO₃ → 2KCl + 3O₂); উভমুখী বিক্রিয়া দুই দিকেই চলে, বন্ধ পাত্রে কখনো সম্পূর্ণ হয় না এবং সাম্যাবস্থায় পৌঁছায় (H₂ + I₂ ⇌ 2HI)। একমুখী বিক্রিয়ায় → চিহ্ন, উভমুখীতে ⇌।

বন্ধ পাত্রে উৎপন্ন CO₂ পাত্রেই থাকে এবং CaO-র সাথে আবার CaCO₃ তৈরি করে; CO₂-এর চাপ একটি নির্দিষ্ট মানে পৌঁছালে সম্মুখ ও পশ্চাৎ বিক্রিয়ার হার সমান হয় — সাম্যাবস্থা। খোলা পাত্রে CO₂ বেরিয়ে যায়, পশ্চাৎ বিক্রিয়া ঘটতে পারে না, তাই সব CaCO₃ ভেঙে যায়।

৭. (সৃজনশীল ঘ) গ্লিসারল পথে উৎপাদন হার 80 % হলে 1 টন প্রোপিলিন গ্লাইকল বানাতে কত টন কাঁচামাল লাগবে, আর কত টন বর্জ্য তৈরি হবে?

প্রতি টন পণ্যে কাঁচামাল = $\dfrac{100}{\%\,\text{AE} \times \text{yield}} = \dfrac{100}{80.86 \times 0.80} = 1.546$ টন।

বর্জ্য = 1.546 − 1 = 0.546 টন — এর মধ্যে উপজাত পানি $\dfrac{100}{80.86} - 1 = 0.237$ টন, আর অবিক্রিয় বা পার্শ্ব-বিক্রিয়ায় হারানো কাঁচামাল 0.309 টন। অ্যাটম ইকনমি আর উৎপাদন হার দুটোই বাড়ালে তবেই বর্জ্য কমে।