পাঠ ১১ / ১৩অনুচ্ছেদ ৪.১৫–৪.১৭

রক্ত, কৃষি, শিল্প ও প্রসাধনীতে pHpH of blood, soil, industry & cosmetics

দৌড়ানোর সময় পেশিতে ল্যাকটিক এসিড (lactic acid) তৈরি হয়, লেবু বা টক খাবার খাই, ঘুমের সময় শ্বাস ধীর হয় — তবু সুস্থ মানুষের রক্তের pH সারাজীবন প্রায় 7.4-এ আটকে থাকে। নিচে একই এসিড একবার সাধারণ লবণ-পানিতে, একবার রক্তে ফেলে দেখো:

লবণ-পানি(saline, no buffer)7.4pHএসিড (acid)ফুসফুস(lungs)CO₂রক্তনালী (blood vessel)6.87.07.27.47.67.8রক্তের pH7.40স্বাভাবিক
← দ্রুত শ্বাস (hyperventilate)শ্বাস আটকে রাখা (hold breath) →
মোট এসিড দেওয়া হয়েছে (acid added)
0 mmol/L
রক্তে বাকি HCO₃⁻ (bicarbonate)
24 mmol/L
দ্রবীভূত CO₂ (dissolved CO₂)
1.2 mmol/L

দুটিরই pH এখন 7.40। ‘এসিড ফোঁটা দাও’ বোতাম চাপো — দুটিতে একই পরিমাণ এসিড (acid) পড়বে।

লবণ-পানিতে সার্বজনীন নির্দেশক (universal indicator) মেশানো, তাই রং দেখে pH বোঝা যায়। মডেলে শুধু বাইকার্বনেট বাফার ধরা হয়েছে (37 °C); আসল রক্তে হিমোগ্লোবিন আর প্রোটিনও সাহায্য করে, তাই পরিবর্তন আরও কম হয়।

  1. অন্তত দুই ফোঁটা এসিড দাও। দুটি pH মিটার তুলনা করো।
  2. স্লাইডার ডানে নিয়ে শ্বাস আটকে রাখো (hold breath) — PCO₂ 60 mmHg বা বেশি।
  3. এসিড দেওয়ার পর দ্রুত শ্বাস নিয়ে (স্লাইডার বাঁয়ে) রক্তের pH আবার 7.35–7.45-এ ফেরাও।
  4. ‘CO₂ আটকাও’ চেপে ফুসফুস বন্ধ করো, তারপর এসিড দাও — এবার কী হয়?

এক ফোঁটা এসিডে লবণ-পানির pH কয়েক একক নেমে যায়, অথচ রক্তের pH নড়ে মাত্র কয়েক দশমিক। রক্ত কীভাবে নিজের pH 0.1 এককের মধ্যে ধরে রাখে? আর এই একই pH-এর হিসাব কেন কৃষক, কারখানার প্রকৌশলী আর সাবান-শ্যাম্পুর নির্মাতার কাছেও এত জরুরি?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

  1. আগের পাঠ মনে করো — বাফার (buffer) ও হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ (Henderson–Hasselbalch equation)
  2. রক্তের pH — অ্যাসিডোসিস (acidosis) ও অ্যালকালোসিস (alkalosis)
  3. রক্তের বাফার — বাইকার্বনেট (bicarbonate), ফসফেট (phosphate) ও প্রোটিন (protein); ফুসফুস (lungs) ও কিডনির (kidneys) ভূমিকা
  4. কৃষিতে pH — মাটির অম্লত্ব (soil acidity), চুন (lime) ও সালফার (sulfur)
  5. শিল্পে pH — চিনি, রং, চামড়া, বর্জ্য পানি (effluent)
  6. শরীর ও ওষুধে pH — পাকস্থলী, লালা (saliva), দাঁত, অ্যান্টাসিড (antacid)
  7. প্রসাধনী ও টয়লেট্রিজ (toiletries) — ত্বকের অম্লীয় আবরণ (acid mantle), সাবান, শ্যাম্পু, টুথপেস্ট
  8. pH মাপার ব্যবহারিক পদ্ধতি — সার্বজনীন নির্দেশক (universal indicator) ও pH মিটার (pH meter)
  9. এবার নিজে করে দেখো — ভার্চুয়াল ল্যাব (virtual lab)

ধাপ ১: আগে যা জেনেছ — বাফার ও হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ

বাফারের পাঠে দেখেছ: একটি দুর্বল এসিড (weak acid) আর তার অনুবন্ধী ক্ষারক (conjugate base) একসাথে যথেষ্ট পরিমাণে থাকলে দ্রবণটি বাফার দ্রবণ (buffer solution) হয় — সামান্য এসিড বা ক্ষার মেশালেও এর pH প্রায় বদলায় না।

H₂CO₃দুর্বল এসিড (weak acid)
⇌ H⁺ +
HCO₃⁻অনুবন্ধী ক্ষারক (conjugate base)
এসিড (H⁺) এলে

ক্ষারক অংশ তাকে ধরে ফেলে:
H⁺ + HCO₃⁻ → H₂CO₃

ক্ষার (OH⁻) এলে

এসিড অংশ তাকে প্রশমিত (neutralise) করে:
OH⁻ + H₂CO₃ → HCO₃⁻ + H₂O

বাফারে (buffer) একটি দুর্বল এসিড আর তার অনুবন্ধী ক্ষারক দুটোই যথেষ্ট পরিমাণে থাকে। বাইরে থেকে আসা H⁺ বা OH⁻ শুধু অনুপাতটা (ratio) সামান্য বদলায় — তাই pH প্রায় একই থাকে। রক্তের প্রধান বাফার জোড়া এটিই।

বাফারের pH বের করার সূত্র হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ:

pH=pKa+log⁡[salt][acid]=pKa+log⁡[A−][HA]\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\frac{[\text{salt}]}{[\text{acid}]} = \mathrm{p}K_a + \log\frac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}

সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কথা: pH নির্ভর করে লবণ আর এসিডের অনুপাতের (ratio) ওপর। দুটির ঘনমাত্রা একসাথে দ্বিগুণ বা অর্ধেক হলে অনুপাত বদলায় না, pH-ও বদলায় না। এসিড যোগ করলে খানিকটা A⁻ খরচ হয়ে HA হয় — অনুপাত সামান্য বদলায়, pH সামান্য নামে।

নিজে যাচাই করো

একটি বাফারে [লবণ] : [এসিড] = 10 : 1, আর এসিডটির pKa = 4.76। দ্রবণের pH কত?

ধাপ ২: রক্তের pH — অ্যাসিডোসিস ও অ্যালকালোসিস

সুস্থ মানুষের ধমনির রক্তের (arterial blood) pH 7.35 থেকে 7.45, গড়ে 7.40 — অর্থাৎ রক্ত সামান্য ক্ষারীয় (slightly basic)।

মৃত্যু(fatal)অ্যাসিডোসিস(acidosis)অ্যালকালোসিস(alkalosis)মৃত্যু(fatal)স্বাভাবিক (normal) 7.35–7.456.87.07.27.47.67.8লাল দাগ: বইয়ের “অ্যাসিডোসিস 7.0-এর নিচে”— ভুল (wrong)! 7.0-এ রোগী আগেই বিপদে।
সুস্থ মানুষের রক্তের pH মাত্র 0.1 এককের একটি সরু পরিসরে (range) থাকে। 7.35-এর নিচে অ্যাসিডোসিস, 7.45-এর ওপরে অ্যালকালোসিস; 6.8-এর নিচে বা 7.8-এর ওপরে মানুষ কয়েক ঘণ্টার বেশি বাঁচে না।

এত সরু সীমা কেন? শরীরের প্রায় সব রাসায়নিক বিক্রিয়া চালায় এনজাইম (enzyme) নামের প্রোটিন। প্রোটিনের আকৃতি তার গায়ের H⁺ নেওয়া-দেওয়ার ওপর নির্ভর করে, তাই pH একটু বদলালেই এনজাইমের আকৃতি আর কাজ বদলে যায়। হিমোগ্লোবিন (haemoglobin) কতটা অক্সিজেন ধরবে আর ছাড়বে, তাও pH-এর ওপর নির্ভর করে।

নিজে যাচাই করো

এক রোগীর রক্তের pH 7.30। তার অবস্থা কী?

ধাপ ৩: রক্তের বাফার — আর ফুসফুস ও কিডনির ভূমিকা

রক্তে তিনটি বাফার ব্যবস্থা একসাথে কাজ করে।

১. বাইকার্বনেট বাফার (bicarbonate buffer) — রক্তের রস বা প্লাজমার (plasma) প্রধান বাফার। কোষে খাবার পুড়ে তৈরি CO₂ পানিতে মিশে কার্বনিক এসিড (carbonic acid) হয়, আর সেটি আংশিক বিয়োজিত (dissociate) হয়:

COX2+HX2O⇌HX2COX3⇌HX++HCOX3X−\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3-}

রক্তে এসিড (H⁺) এলে HCO₃⁻ তাকে ধরে ফেলে, আর তৈরি H₂CO₃ ভেঙে CO₂ হয়ে ফুসফুস দিয়ে বেরিয়ে যায়:

HX++HCOX3X−→HX2COX3→COX2↑+HX2O\ce{H+ + HCO3- -> H2CO3 -> CO2 ^ + H2O}

ক্ষার (OH⁻) এলে H₂CO₃ তাকে প্রশমিত (neutralise) করে: OHX−+HX2COX3→HCOX3X−+HX2O\ce{OH- + H2CO3 -> HCO3- + H2O}।

রক্তের জন্য হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ লেখা হয় এভাবে (37 °C-এ প্লাজমায় আপাত pKa′ = 6.1):

pH=6.1+log⁡[HCO3−]0.03×PCO2\mathrm{pH} = 6.1 + \log\frac{[\mathrm{HCO_3^-}]}{0.03 \times P_{\mathrm{CO_2}}}

এখানে PCO2P_{\mathrm{CO_2}} হলো রক্তে CO₂-এর আংশিক চাপ (partial pressure), mmHg এককে, আর 0.03 হলো প্লাজমায় CO₂-এর দ্রাব্যতা সহগ (solubility coefficient) (mmol L⁻¹ mmHg⁻¹)। স্বাভাবিক রক্তে [HCO₃⁻] = 24 mmol/L আর PCO2P_{\mathrm{CO_2}} = 40 mmHg:

[CO2]=0.03×40=1.2 mmol/L,pH=6.1+log⁡241.2=6.1+log⁡20=6.1+1.30=7.40[\mathrm{CO_2}] = 0.03 \times 40 = 1.2\ \text{mmol/L}, \qquad \mathrm{pH} = 6.1 + \log\frac{24}{1.2} = 6.1 + \log 20 = 6.1 + 1.30 = 7.40

অর্থাৎ রক্তে HCO₃⁻ : CO₂ ≈ 20 : 1। এই অনুপাত যতক্ষণ ঠিক থাকে, pH থাকে 7.4।

কিন্তু একটা ধাঁধা আছে: সাধারণ বাফার সবচেয়ে ভালো কাজ করে pH = pKa ± 1-এর মধ্যে, আর 6.1 থেকে 7.4 অনেক দূরে। তবু এটিই রক্তের সবচেয়ে শক্তিশালী বাফার, কারণ এটি একটি খোলা ব্যবস্থা (open system):

ফুসফুস (lungs)শ্বাসে CO₂ বের করে — মিনিটে কাজ করে
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
কার্বনিক এসিড (carbonic acid)বাইকার্বনেট (bicarbonate)
কিডনি (kidneys)HCO₃⁻ ফেরত নেয়, H⁺ প্রস্রাবে ফেলে — ঘণ্টা থেকে দিন লাগে
ফসফেট বাফার (phosphate buffer)H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻, pKa 7.2 — প্রধানত কোষের ভেতরে (intracellular) আর প্রস্রাবে
প্রোটিন বাফার (protein buffer)হিমোগ্লোবিন (haemoglobin) ও প্লাজমা প্রোটিনের হিস্টিডিন (histidine) অংশ H⁺ নেয়-দেয়
বাইকার্বনেট বাফার “খোলা” (open) বাফার: এর এসিড অংশ CO₂ ফুসফুস দিয়ে বেরিয়ে যেতে পারে, আর ক্ষারক অংশ HCO₃⁻ কিডনি দরকারমতো বাড়ায়-কমায়। তাই রক্তের pKa (6.1) 7.4 থেকে দূরে হলেও এটিই রক্তের সবচেয়ে শক্তিশালী বাফার।

২. ফসফেট বাফার (phosphate buffer) — HX2POX4X−⇌HX++HPOX4X2−\ce{H2PO4- <=> H+ + HPO4^2-}, pKa = 7.2 (7.4-এর খুব কাছে)। কিন্তু প্লাজমায় ফসফেটের ঘনমাত্রা কম, তাই এটি মূলত কোষের ভেতরে (intracellular) আর প্রস্রাবে কাজ করে।

৩. প্রোটিন বাফার (protein buffer) — প্লাজমা প্রোটিন আর লোহিত কণিকার হিমোগ্লোবিন (haemoglobin)। প্রোটিনের হিস্টিডিন (histidine) অ্যামিনো এসিডের পার্শ্ব-শিকলের pKa প্রায় 6–7, তাই এটি রক্তের pH-এ H⁺ নিতে-দিতে পারে। হিমোগ্লোবিনে প্রচুর হিস্টিডিন থাকে, তাই কোষ থেকে আসা CO₂-এর অনেকখানি এসিড হিমোগ্লোবিনই সামলায়।

এবার নিজে সংখ্যা বদলে দেখো। উদাহরণগুলো চেপে দেখো কোন রোগে কোন সংখ্যা বদলায় — ফুসফুসের দোষে বদলায় PCO2P_{\mathrm{CO_2}} (শ্বাসজনিত, respiratory), আর বিপাকের দোষে বদলায় HCO₃⁻ (বিপাকজনিত, metabolic):

উদাহরণ (examples):
অনুপাত (ratio) 20.0 : 1241.20HCO₃⁻CO₂6.87.07.27.47.67.8অ্যাসিডোসিসস্বাভাবিক 7.35–7.45অ্যালকালোসিসpH 7.40

স্বাভাবিক (normal) — অনুপাত প্রায় 20 : 1 থাকলেই pH 7.4-এর কাছে থাকে। pH নির্ভর করে অনুপাতের ওপর, আলাদা আলাদা মানের ওপর নয়।

HCO₃⁻ : CO₂ = 24 : 1.2 = 20 : 1, তাই pH = 6.1 + log 20 = 7.40।

উদাহরণগুলোর মান পাঠ্যপুস্তকীয় (typical textbook values) — রোগ নির্ণয়ের জন্য নয়।

নিজে যাচাই করো

প্যানিক অ্যাটাকে একজন খুব দ্রুত শ্বাস নিচ্ছে (hyperventilation)। তার রক্তের কী হবে?

ধাপ ৪: কৃষিতে pH

মাটির pH ঠিক করে দেয় গাছ মাটি থেকে কোন পুষ্টি উপাদান (nutrient) কতটা নিতে পারবে। অধিকাংশ ফসল ভালো হয় pH 6–7.5-এ; ধান 5.5–6.5, আর চা অম্লীয় মাটি পছন্দ করে (4.5–5.5) — সিলেটের চা-বাগানের মাটি এমনই।

মাটির pH (soil pH)456789N নাইট্রোজেনP ফসফরাসK পটাশিয়ামCa, MgFe, MnAl³⁺ বিষাক্ত
✓ চা (tea) 4.5–5.5ধান (rice) 5.5–6.5গম, ভুট্টা, ডাল ও অধিকাংশ ফসল (wheat, maize, pulses & most crops) 6–7.5

অম্লীয় মাটি (acidic soil): বিষাক্ত Al³⁺ দ্রবীভূত হয়ে শিকড় নষ্ট করে, আর ফসফেট লোহা ও অ্যালুমিনিয়ামের সাথে আটকে যায়। চা গাছ এটাই পছন্দ করে, কিন্তু গম-ভুট্টা নয়। চুন (lime) বা ডলোমাইট (dolomite) দিলে H⁺ প্রশমিত (neutralise) হয়।

সবুজ দণ্ড = গাছ কত সহজে পুষ্টি উপাদানটি (nutrient) নিতে পারে; লাল = বিষাক্ত অ্যালুমিনিয়াম (toxic aluminium)। N = নাইট্রোজেন (nitrogen), P = ফসফরাস (phosphorus), K = পটাশিয়াম (potassium), Ca/Mg = ক্যালসিয়াম/ম্যাগনেশিয়াম, Fe/Mn = লোহা/ম্যাঙ্গানিজ। দণ্ডগুলো গুণগত (qualitative), ট্রুগের (Truog) চিত্র অনুযায়ী — মাপা মান নয়।

অম্লীয় মাটি (acidic soil) — বৃষ্টিতে Ca²⁺, Mg²⁺ ধুয়ে যায়, অ্যামোনিয়াম সার আর অম্ল বৃষ্টি (acid rain) H⁺ বাড়ায়। pH 5.5-এর নিচে বিষাক্ত Al³⁺ দ্রবীভূত হয়ে শিকড় নষ্ট করে, আর ফসফেট লোহা ও অ্যালুমিনিয়ামের সাথে অদ্রবণীয় হয়ে আটকে যায়। সমাধান: চুন (lime) — চুনাপাথরের গুঁড়া CaCO₃, পোড়া চুন CaO, বা ডলোমাইট (dolomite) CaMg(CO₃)₂:

CaCOX3+2 HX+→CaX2++COX2↑+HX2O,CaO+2 HX+→CaX2++HX2O\ce{CaCO3 + 2H+ -> Ca^2+ + CO2 ^ + H2O}, \qquad \ce{CaO + 2H+ -> Ca^2+ + H2O}

লালমনিরহাট, দিনাজপুর আর পাহাড়ি এলাকার অম্লীয় মাটিতে চুন বা ডলোমাইট দিয়ে এভাবেই গম, ভুট্টা আর বাদাম চাষ সম্ভব হয়েছে। ডলোমাইট বাড়তি হিসেবে ম্যাগনেশিয়ামও (magnesium) দেয়।

ক্ষারীয় মাটি (alkaline soil) — লোহা (Fe), ম্যাঙ্গানিজ (Mn) আর ফসফরাস (P) অদ্রবণীয় হয়ে যায়; কচি পাতা হলুদ হয়ে যায় (chlorosis)। pH কমাতে দেওয়া হয়:

নিজে যাচাই করো

অম্লীয় মাটির অম্লত্ব কমাতে কৃষক কী মেশাবেন? (রা.বো. ২০১৬-এর ধরনে)

ধাপ ৫: শিল্পে pH

কারখানার অনেক বিক্রিয়ার গতি, উৎপাদিত পণ্যের মান আর যন্ত্রের ক্ষয় pH-এর ওপর নির্ভর করে। তাই প্রায় প্রতিটি কারখানায় pH মিটার লাগানো থাকে।

শিল্প (industry)pH কেন জরুরি
চিনি কল (sugar refining)আখের রস চুন দিয়ে প্রায় নিরপেক্ষ রাখা হয়। অম্লীয় রসে সুক্রোজ (sucrose) আর্দ্র বিশ্লেষিত (hydrolyse) হয়ে গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজ হয়ে যায় — একে বলে ইনভার্সন (inversion); তখন চিনি দানা বাঁধে না, উৎপাদন কমে।
বস্ত্র রং করা (dyeing)সুতি কাপড়ে রিঅ্যাকটিভ রং (reactive dye) বসে ক্ষারীয় মাধ্যমে (pH ≈ 10–11), পশম বা সিল্কে অ্যাসিড রং (acid dye) বসে অম্লীয় মাধ্যমে (pH ≈ 4–5)। pH ভুল হলে রং ছোপ ছোপ হয় বা ধুলে উঠে যায়।
চামড়া শিল্প (leather tanning)ক্রোম ট্যানিংয়ে pH ধাপে ধাপে প্রায় 3 থেকে 4-এর মধ্যে আনা হয়, যাতে ক্রোমিয়াম চামড়ার প্রোটিনের (collagen) সাথে ঠিকমতো বাঁধে।
তড়িৎ প্রলেপন (electroplating)নিকেল প্রলেপের বাথে pH প্রায় 3.5–4.5 রাখতে হয়; বেশি হলে ধাতব হাইড্রক্সাইড জমে প্রলেপ খসখসে হয়।
গাঁজন (fermentation)ইস্ট (yeast) দিয়ে অ্যালকোহল বা রুটি বানাতে pH ≈ 4–5 রাখা হয় — ইস্ট ভালো থাকে, ক্ষতিকর ব্যাকটেরিয়া জন্মায় না।
বর্জ্য পানি শোধন (ETP, effluent treatment)বাংলাদেশের পরিবেশ সংরক্ষণ বিধিমালা (ECR 1997) অনুযায়ী কারখানার বর্জ্য পানি নদীতে ফেলার আগে pH 6–9-এর মধ্যে আনতে হয়। ডাইং কারখানার ক্ষারীয় পানি এসিড বা CO₂ দিয়ে প্রশমিত করা হয়।
নিজে যাচাই করো

চিনিকলে আখের রস অম্লীয় হতে দিলে কী ক্ষতি হয়?

ধাপ ৬: শরীর ও ওষুধে pH

একই শরীরে তরলগুলোর pH অনেক আলাদা — প্রতিটি অঙ্গের এনজাইম নিজের pH-এ সবচেয়ে ভালো কাজ করে:

পাকস্থলীর রস (gastric juice)1.5–3.5
ত্বকের ওপরিভাগ (skin surface)4.5–5.5
প্রস্রাব (urine)4.5–8
লালা (saliva)6.2–7.4
রক্ত (blood)7.35–7.45
অগ্ন্যাশয় রস (pancreatic juice)7.8–8.3
একই শরীরে pH 1.5 থেকে 8-এর বেশি পর্যন্ত — প্রতিটি অঙ্গের এনজাইম (enzyme) নিজের pH-এ সবচেয়ে ভালো কাজ করে। পাকস্থলীর পেপসিন (pepsin) কাজ করে অম্লীয় রসে, অগ্ন্যাশয়ের (pancreas) এনজাইম ক্ষারীয় রসে। (সাধারণ মান, typical; মাঝের দাগ = pH 7)
নিজে যাচাই করো

মিষ্টি খাওয়ার পর দাঁতের গায়ের pH 5.5-এর নিচে নামলে কী হয়?

ধাপ ৭: প্রসাধনী ও টয়লেট্রিজ

ত্বকের তেলগ্রন্থির সেবাম (sebum), ঘাম আর ত্বকের নিজস্ব অ্যামিনো এসিড ও ল্যাকটিক এসিড মিলে ত্বকের ওপর একটি হালকা অম্লীয় স্তর তৈরি করে — অম্লীয় আবরণ (acid mantle), pH প্রায় 4.5–5.5। এই অম্লীয় স্তর ক্ষতিকর জীবাণু আর ছত্রাক ঠেকায় আর ত্বকের আর্দ্রতা ধরে রাখে। নবজাতকের ত্বকের pH প্রায় নিরপেক্ষ, অম্লীয় আবরণ তৈরি হতে কয়েক সপ্তাহ লাগে।

024678101214
← অম্লীয় (acidic)ক্ষারীয় (basic) →
  • লেবুর রস (lemon juice)2.3
  • সিরকা (vinegar)2.4
  • টমেটো (tomato)4.3
  • ত্বকের ওপরিভাগ (skin surface)4.5–5.5
  • শ্যাম্পু (shampoo)5–7
  • সিনডেট বার, ফেসওয়াশ (syndet bar, face wash)5.5–7
  • দুধ (milk)6.6
  • রক্ত (blood)7.4
  • টুথপেস্ট (toothpaste)7–9
  • বেকিং সোডা (baking soda, 0.1 M)8.3
  • আসল সাবান (true soap)9–10
  • অ্যান্টাসিড (milk of magnesia)10.5
  • কাপড় কাচা সোডা (washing soda, 0.1 M)11.6
  • ব্লিচ (bleach)12.5
ঘরের জিনিসের সাধারণ (typical) pH — ব্র্যান্ডভেদে কিছুটা আলাদা হয়। রঙিন পট্টির সাদা ফ্রেমটি ত্বকের অম্লীয় আবরণ (acid mantle), pH 4.5–5.5। আসল সাবান (true soap) এর থেকে প্রায় 5 একক, অর্থাৎ H⁺-এর ঘনমাত্রায় প্রায় 1,00,000 গুণ দূরে।
নিজে যাচাই করো

গোসলের সাধারণ সাবানের দ্রবণ ক্ষারীয় কেন?

ধাপ ৮: pH মাপার ব্যবহারিক পদ্ধতি (অনুচ্ছেদ ৪.১৭)

পাঠ্যক্রমের ব্যবহারিক কাজ: বাজারের সাবান, টুথপেস্ট, কোল্ড ক্রিম ইত্যাদির pH মেপে কোনটি ব্যবহারের উপযুক্ত তা ঠিক করা। দুই উপায়ে মাপা যায়:

১. সার্বজনীন নির্দেশক (universal indicator) কাগজ বা দ্রবণ — কয়েকটি নির্দেশকের মিশ্রণ, যা pH 1 থেকে 14 পর্যন্ত ধাপে ধাপে রং বদলায়। কাগজ ভিজিয়ে তার রং বাক্সের গায়ের চার্টের সাথে মেলাতে হয়। সহজ আর সস্তা, কিন্তু মান মোটামুটি পূর্ণসংখ্যা পর্যন্ত (±0.5)।

সঠিক চার্ট (typical universal indicator chart) ✓
1লাল
2লাল
3লাল
4কমলা-লাল
5কমলা
6হলুদ
7সবুজ
8নীলাভ সবুজ
9নীল
10গাঢ় নীল
11বেগুনি
12বেগুনি
13বেগুনি
14বেগুনি
বইয়ের সারণি ৪.৫ (book’s table) ✗ — pH 7-কে হলুদ আর 8–10-কে সবুজ বলা হয়েছে
3, 4: লাল
5, 6: কমলা
7: হলুদ
8, 9, 10: সবুজ
11, 12: নীলাভ সবুজ
1.2 (?): নীল
13, 14: বেগুনি
সাধারণ সার্বজনীন নির্দেশকে (universal indicator) নিরপেক্ষ দ্রবণ (pH 7) সবুজ, pH 6 হলুদ, pH 8 নীলাভ সবুজ। ব্র্যান্ডভেদে রং একটু আলাদা হতে পারে — তাই সবসময় বাক্সের গায়ের চার্টের সাথে মেলাও। বইয়ের সারণিতে ‘নীল’-এর ঘরে “1.2” ছাপা — এটিও ছাপার ভুল (pH 1–2 আসলে লাল)।

২. pH মিটার (pH meter) — কাচের ইলেকট্রোড (glass electrode) দ্রবণের H⁺-এর সক্রিয়তা অনুযায়ী ক্ষুদ্র বিভব (voltage) তৈরি করে, মিটার তাকে pH-এ বদলে দেখায় — দুই দশমিক পর্যন্ত। ব্যবহারের নিয়ম:

  1. আগে প্রমাণ বাফার দ্রবণ (standard buffer) — pH 4.00, 7.00 ও 10.00 — দিয়ে মিটার ক্রমাঙ্কন (calibration) করো।
  2. কঠিন নমুনা (সাবান, টুথপেস্ট, ক্রিম) প্রায় 1 g নিয়ে 10 mL পাতিত পানিতে (distilled water) গুলে নাও; তরল নমুনা সরাসরি নাও।
  3. ইলেকট্রোড ডুবিয়ে রিডিং স্থির হওয়া পর্যন্ত অপেক্ষা করো, তারপর লেখো।
  4. প্রতিটি নমুনার পর ইলেকট্রোড পাতিত পানিতে ধুয়ে টিস্যু দিয়ে আলতো করে মোছো — নইলে আগের নমুনা পরের রিডিং নষ্ট করবে।
  5. পর্যবেক্ষণ খাতায় নমুনা, মাপা pH, কাম্য pH আর মন্তব্য লেখো।

মনে রাখো: pH শুধু পানিতে দ্রবীভূত (aqueous) জিনিসের হয়। খাঁটি নারকেল তেলে পানি নেই, H⁺ আয়ন নেই — তাই তেলের কোনো pH নেই।

নিজে যাচাই করো

সার্বজনীন নির্দেশক কাগজ একটি দ্রবণে ডোবানোর পর সবুজ হলো। দ্রবণের pH প্রায় কত?

ধাপ ৯: এবার নিজে করে দেখো

ভার্চুয়াল ল্যাবে তিনটি টেবিল:

প্রতিটি মাপ নিজে থেকেই পর্যবেক্ষণ খাতায় (observation notebook) উঠবে। চ্যালেঞ্জগুলো একে একে শেষ করো।

দৈনন্দিন জিনিসের pH ল্যাব

pH in everyday life — virtual lab
↗
শ্যাম্পুনমুনা (sample)নির্দেশক কাগজ

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/6
  1. মানুষ মুখে দেয় এমন ৬টি জিনিস (সাবান, সিনডেট বার, ফেসওয়াশ, কোল্ড ক্রিম, লেবুর রস, দুধ) মাপো, আর রোজ মুখে দেওয়ার জন্য যেগুলো ক্ষতিকর সেগুলোতে ⚑ চিহ্ন দাও (0/6 মাপা, 0টি চিহ্নিত)
  2. গোসলের সাবান মাপো, আর বলো pH 10-এর সাবানে ত্বক ‘কিচকিচে’ (squeaky) ও শুষ্ক লাগে কেন
  3. তিনটি টুথপেস্ট (A, B, C) মেপে ৬ বছরের শিশুর জন্য একটি বেছে নাও (0/3)
  4. মাটি টেবিলে অম্লীয় মাটির নমুনায় চুন দিয়ে pH 6–7.5 (গম, ভুট্টা) আনো — কতটা চুন লাগল?
  5. রক্ত টেবিলে CO₂ উৎপাদন বাড়ার সময় শ্বাস নিয়ন্ত্রণ করে রক্তের pH টানা ১০ সেকেন্ড 7.35–7.45-এ রাখো
  6. নির্দেশক কাগজ দিয়ে টুথপেস্ট A মাপো আর চার্ট থেকে ঠিক pH পড়ো

পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)

এখনো কিছু মাপা হয়নি। একটি নমুনা বেছে কাগজ বা মিটার দিয়ে pH মাপো — মাপ নিজে থেকেই খাতায় উঠবে।

বই পড়ার সময় সাবধান — পাঠ্যবইয়ের এই অংশে কিছু ভুল আছে:

  • “রক্তের pH 7.0-এর কম হলে অ্যাসিডোসিস” — ভুল। অ্যাসিডোসিস মানে pH 7.35-এর নিচে, অ্যালকালোসিস 7.45-এর ওপরে। pH 7.0 হলে রোগী ইতিমধ্যেই জীবন-সংকটে।
  • “রক্তের pH 7 থেকে 7.8-এর মধ্যে পরিবর্তিত হতে পারে” — স্বাভাবিক সীমা 7.35–7.45; বাঁচার চরম সীমা মোটামুটি 6.8–7.8, আর সেই প্রান্তে মানুষ কয়েক ঘণ্টার বেশি টেকে না।
  • “গোসলের সাবানের pH 7–8” — ভুল। আসল সাবান (চর্বি-অ্যাসিডের লবণ) pH 9–10; 5.5–7 হয় শুধু সিনডেট বার আর ফেসওয়াশের।
  • সার্বজনীন নির্দেশকের সারণি ৪.৫ “pH 7 হলুদ, 8–10 সবুজ” — ভুল। সাধারণ সার্বজনীন নির্দেশক pH 7-এ সবুজ, 6-এ হলুদ, 8-এ নীলাভ সবুজ, 9-এ নীল, 10-এ গাঢ় নীল।
  • রক্তের H₂CO₃-এর Ka = 7.9 × 10⁻⁷ (pKa 6.1) মানটি 37 °C-এ রক্তের প্লাজমার জন্য ঠিক; কিন্তু বইয়ের সারণি ৪.৫-এর শিরোনামে “25 °C” — 25 °C-এ পানিতে H₂CO₃-এর pKa₁ = 6.35 (Ka = 4.5 × 10⁻⁷)।
  • 0.03-কে বলা হয়েছে CO₂-এর “দ্রাব্যতা গুণফল ধ্রুবক” — এটি দ্রাব্যতা গুণফল (Ksp) নয়, দ্রাব্যতা সহগ (solubility coefficient): প্রতি mmHg চাপে প্লাজমায় কত mmol/L CO₂ দ্রবীভূত হয়।
  • “খাবারের এক ঘণ্টার মধ্যে মুখের লালার pH 3-এর নিচে নামে” — ভুল। দাঁতের গায়ের আস্তরের (plaque) pH প্রায় 5-এর কাছে নামে, লালা নিজে তার চেয়ে অনেক কম অম্লীয় থাকে।
  • ক্ষারীয় মাটির pH কমাতে KNO₃ — KNO₃ নিরপেক্ষ লবণ, মাটির pH প্রায় বদলায় না। pH কমায় অ্যামোনিয়াম সার (নাইট্রিফিকেশনে H⁺ তৈরি হয়) আর সালফার।
  • টুথপেস্টের সারণিতে “pH 8.5 বলে শিশুদের জন্য অযোগ্য” — এর কোনো বৈজ্ঞানিক ভিত্তি নেই; pH 7–9-এর সব টুথপেস্টই দাঁতের জন্য নিরাপদ। শিশুর জন্য আসল বিষয় হলো অল্প পরিমাণ ফ্লুরাইড টুথপেস্ট (মটরদানার সমান) আর গিলে না ফেলা।

ঘরে বসে পরীক্ষা: হলুদ আর লাল বাঁধাকপি দিয়ে pH

রান্নাঘরের হলুদ (turmeric) একটি প্রাকৃতিক নির্দেশক (natural indicator) — অম্লে আর নিরপেক্ষে হলুদ, কিন্তু pH প্রায় 8.6-এর বেশি হলে লালচে বাদামি। গ্রামে “হলুদে চুন লাগলে লাল হয়” — এটিই সেই রসায়ন।

  1. হলুদ কাগজ: এক চিমটি হলুদ গুঁড়া অল্প পানিতে গুলে সাদা কাগজে মাখাও, শুকিয়ে ফালি করে কাটো।
  2. লাল বাঁধাকপির রস: কয়েকটি পাতা কুচি করে গরম পানিতে 10 মিনিট ভিজিয়ে রাখো, তারপর বেগুনি পানিটা ছেঁকে নাও।
  3. ছোট ছোট কাপে আলাদা করে এক চামচ পানিতে গোলাও: গোসলের সাবান, শ্যাম্পু, টুথপেস্ট, বেকিং সোডা, কাপড় কাচা সোডা; আর একটি কাপে লেবুর রস।
  4. প্রতিটিতে একটি হলুদ কাগজের ফালি ডোবাও, আর অন্য কাপে প্রতিটির কয়েক ফোঁটা বাঁধাকপির রসে মেশাও। রং লিখে নিচের সারণির সাথে মেলাও।
দ্রবণ (solution)pH (typical)হলুদ কাগজ (turmeric)লাল বাঁধাকপির রস (red cabbage)
লেবুর রস (lemon juice)≈ 2.3
শ্যাম্পু (shampoo)≈ 6
টুথপেস্ট গোলা (toothpaste)≈ 7.5
বেকিং সোডা গোলা (baking soda)≈ 8.3
গোসলের সাবান গোলা (bath soap)≈ 9.8
কাপড় কাচা সোডা (washing soda)≈ 11.6
প্রত্যাশিত রং (expected colours) — হলুদ শুধু pH ≈ 8.6-এর বেশি হলে লালচে বাদামি হয়, তাই এটি ক্ষার চেনার পরীক্ষা; লাল বাঁধাকপির রস পুরো স্কেলে রং বদলায়। রং প্রস্তুতিভেদে একটু আলাদা হতে পারে।

কোন জিনিস হলুদকে লাল করল? সেগুলোর pH 8.6-এর বেশি — তোমার মুখের জন্য রোজকার সঙ্গী হওয়ার মতো নয়।

নিরাপত্তা: শুধু ওপরের নিরাপদ জিনিসগুলো ব্যবহার করো। ড্রেন ক্লিনার, ব্লিচ, টয়লেট ক্লিনার বা চুন (CaO) দিয়ে এই পরীক্ষা করবে না — এগুলো ত্বক আর চোখ পুড়িয়ে দিতে পারে। কাপড় কাচা সোডা হাতে লাগলে ধুয়ে ফেলো, চোখে যেন না যায়। কাজ শেষে সবকিছু ফেলে হাত ধুয়ে নাও।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. রক্তের প্লাজমায় [HCO₃⁻] = 24 mmol/L এবং CO₂-এর আংশিক চাপ 40 mmHg। CO₂-এর দ্রাব্যতা সহগ 0.03 mmol L⁻¹ mmHg⁻¹ এবং pKa′ = 6.1 হলে রক্তের pH নির্ণয় করো।

দ্রবীভূত CO₂ (H₂CO₃) = 0.03 × 40 = 1.2 mmol/L।

pH=6.1+log⁡241.2=6.1+log⁡20=6.1+1.301=7.40\mathrm{pH} = 6.1 + \log\dfrac{24}{1.2} = 6.1 + \log 20 = 6.1 + 1.301 = 7.40

রক্ত সামান্য ক্ষারীয় এবং স্বাভাবিক সীমার (7.35–7.45) মধ্যে।

২. রক্তরসে দুর্বল এসিড ও তার লবণের ঘনমাত্রার অনুপাত [এসিড] : [লবণ] = 0.05 এবং রক্তের pH 7.4। এসিডটির Ka নির্ণয় করো। (য.বো. ২০১৯; ব.বো. ২০১৬-এর ধরনে)

pH=pKa+log⁡[salt][acid]\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\text{salt}]}{[\text{acid}]}, অর্থাৎ 7.4=pKa+log⁡10.05=pKa+log⁡20=pKa+1.307.4 = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{1}{0.05} = \mathrm{p}K_a + \log 20 = \mathrm{p}K_a + 1.30

pKa=6.10\mathrm{p}K_a = 6.10, তাই Ka=10−6.10=7.94×10−7K_a = 10^{-6.10} = 7.94 \times 10^{-7}।

এটি রক্তের কার্বনিক এসিডের (H₂CO₃/HCO₃⁻) 37 °C-এ প্লাজমার আপাত Ka। 25 °C-এ পানিতে H₂CO₃-এর Ka₁ = 4.5 × 10⁻⁷ (pKa₁ 6.35) — দুটি গুলিয়ে ফেলো না।

৩. ডায়াবেটিক কিটোঅ্যাসিডোসিসে এক রোগীর [HCO₃⁻] কমে 12 mmol/L হলো, কিন্তু PCO₂ 40 mmHg-ই রইল। (ক) রক্তের pH কত? (খ) দ্রুত শ্বাস নিয়ে PCO₂ কত mmHg-এ নামালে pH আবার 7.40 হবে?

(ক) pH=6.1+log⁡120.03×40=6.1+log⁡10=7.10\mathrm{pH} = 6.1 + \log\dfrac{12}{0.03 \times 40} = 6.1 + \log 10 = 7.10 — গুরুতর বিপাকজনিত অ্যাসিডোসিস (metabolic acidosis)।

(খ) pH 7.40 মানে অনুপাত আবার 20 : 1, তাই [CO2]=1220=0.6[\mathrm{CO_2}] = \dfrac{12}{20} = 0.6 mmol/L, আর PCO2=0.60.03=20P_{\mathrm{CO_2}} = \dfrac{0.6}{0.03} = 20 mmHg। এজন্যই এমন রোগী গভীর ও দ্রুত শ্বাস নেয় (Kussmaul breathing) — ফুসফুস দিয়ে CO₂ বের করে অনুপাত ঠিক রাখার চেষ্টা। বাস্তবে এই ক্ষতিপূরণ (compensation) পুরোপুরি হয় না।

৪. একটি অম্লীয় মাটির 100 g নমুনায় 0.10 g CaCO₃ মেশালে pH 4.8 থেকে 6.1 হয়। (ক) কত মোল H⁺ প্রশমিত হলো? (খ) 1 হেক্টর জমির 15 cm গভীর পর্যন্ত মাটির ভর 1950 টন হলে ওই জমিতে কত চুন লাগবে?

(ক) CaCO₃-এর মোলার ভর 100.09 g/mol; n=0.10100.09=1.0×10−3n = \dfrac{0.10}{100.09} = 1.0 \times 10^{-3} mol। CaCOX3+2 HX+→CaX2++COX2+HX2O\ce{CaCO3 + 2H+ -> Ca^2+ + CO2 + H2O}, তাই প্রশমিত H⁺ = 2 × 1.0 × 10⁻³ = 2.0 × 10⁻³ mol।

(খ) 100 g মাটিতে 0.10 g, অর্থাৎ প্রতি গ্রাম মাটিতে 0.001 g চুন। 1950 টন মাটিতে: 1950 × 0.001 = 1.95 টন CaCO₃ প্রতি হেক্টরে।

৫. পাকস্থলীর 50 mL রসের pH 1.5। কত মিলিগ্রাম Mg(OH)₂ (মোলার ভর 58.3 g/mol) এই এসিড সম্পূর্ণ প্রশমিত করবে?

[H+]=10−1.5=0.0316[\mathrm{H^+}] = 10^{-1.5} = 0.0316 mol/L, তাই 50 mL-এ n(H+)=0.0316×0.050=1.58×10−3n(\mathrm{H^+}) = 0.0316 \times 0.050 = 1.58 \times 10^{-3} mol।

Mg(OH)X2+2 HX+→MgX2++2 HX2O\ce{Mg(OH)2 + 2H+ -> Mg^2+ + 2H2O}, তাই n(Mg(OH)2)=0.79×10−3n(\mathrm{Mg(OH)_2}) = 0.79 \times 10^{-3} mol, ভর =0.79×10−3×58.3=0.046= 0.79 \times 10^{-3} \times 58.3 = 0.046 g ≈ 46 mg।

(আসলে অ্যান্টাসিড পুরো এসিড প্রশমিত করার জন্য খাওয়া হয় না — শুধু বাড়তি অংশটুকু, যাতে হজম চলতে থাকে।)

৬. মুখ ধোয়ার জন্য গোসলের সাবানের চেয়ে ফেসওয়াশ বা সিনডেট বার বেশি উপযুক্ত কেন? রক্তকে বাফার দ্রবণ বলা হয় কেন?

প্রথম অংশ: ত্বকের ওপরিভাগের pH 4.5–5.5 (অম্লীয় আবরণ, acid mantle), যা জীবাণু ঠেকায় আর আর্দ্রতা ধরে রাখে। আসল সাবান চর্বি-অ্যাসিডের সোডিয়াম লবণ — আর্দ্র বিশ্লেষণে ক্ষারীয় (pH 9–10), তাই অম্লীয় আবরণ আর প্রাকৃতিক তেল সরিয়ে ত্বক শুষ্ক করে। ফেসওয়াশ ও সিনডেট বারের ডিটারজেন্টের pH 5.5–7 রাখা যায়, যা ত্বকের কাছাকাছি।

দ্বিতীয় অংশ: রক্তে দুর্বল এসিড H₂CO₃ আর তার লবণ NaHCO₃ (HCO₃⁻) একসাথে থাকে (সঙ্গে ফসফেট ও প্রোটিন বাফার)। এসিড এলে HX++HCOX3X−→HX2COX3\ce{H+ + HCO3- -> H2CO3}, ক্ষার এলে OHX−+HX2COX3→HCOX3X−+HX2O\ce{OH- + H2CO3 -> HCO3- + H2O} — তাই অল্প এসিড বা ক্ষারে রক্তের pH প্রায় 7.4-এই থাকে। ফুসফুস CO₂ আর কিডনি HCO₃⁻ নিয়ন্ত্রণ করে বাফারটিকে আরও শক্তিশালী করে।