বালি, লবণ আর কালি: মিশ্রণ আলাদা করার পাঁচ কৌশল

সিমুলেশনটি কীভাবে ব্যবহার করবে

1. উপরের তালিকা থেকে একটি পদ্ধতি বাছো। শুরুতে “ছাঁকন” আর বালি-পানি ঠিক করা আছে। চালু করলে ছাঁকনি কাগজে বালি জমে, নিচের বিকারে পরিষ্কার পানি জমতে থাকে।
2. স্লাইডার সরাও। ছাঁকনে অদ্রবণীয় কঠিনের পরিমাণ বদলাবে, আর ডানের রিডআউটে অবশেষ আর ছাঁকনি-রসের যোগফল সবসময় ১০০ গ্রামই থাকবে।
3. “সরল পাতন” বা “আংশিক পাতন” বাছো। নিচের লেখচিত্রে তাপমাত্রা-রেখা কোথায় সমতল হয়, দেখো: ওই সমতল অংশই স্ফুটনাঙ্ক। আংশিক পাতনে দুটি সমতল অংশ আসে, প্রথমে ইথানল, তারপর পানি।
4. “কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি” বাছো। দ্রাবক ওঠার সঙ্গে সঙ্গে রঙিন দাগগুলো আলাদা হয়। প্রতিটির পাশে Rf-এর মান জ্বলজ্বল করে, আর বাঁ পাশে মিলিমিটারে দূরত্ব দেখানো থাকে।
5. “স্ফটিকীকরণ” বাছো। প্রথমে গরম করে দ্রবণ ঘন হয়, তারপর ঠান্ডা হলে তলায় স্ফটিক জমে। গরম অবস্থায় কত গ্রাম দ্রবীভূত ছিল সেটা স্লাইডারে বদলে ফলন কেমন বদলায় দেখো।

রান্নাঘর থেকে কারখানা

ভাত রেঁধে ফ্যান ঝরানোর সময় তুমি ছাঁকন করছ। চায়ের ছাঁকনি, ডালের পানি ঝরানো, সবই এক। কক্সবাজারের লবণচাষিরা সমুদ্রের পানি রোদে শুকিয়ে লবণ বের করেন: ওটা স্ফটিকীকরণের কাছাকাছি কৌশল। আখের রস জ্বাল দিয়ে ঘন করে গুড় আর চিনি হয়, সেখানেও একই ধারণা।

কারখানায় একই কাজ বড় আকারে চলে। খনিজ তেল থেকে পেট্রোল, ডিজেল আর কেরোসিন আলাদা হয় আংশিক পাতনে। ওষুধ শিল্পে বিশুদ্ধ যৌগ পেতে ক্রোমাটোগ্রাফি আর স্ফটিকীকরণ ব্যবহার হয়। ফরেনসিক পরীক্ষায় কালির রঙ ধরতে কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি কাজে লাগে।

পরীক্ষায় প্রশ্ন সাধারণত এভাবে আসে: “এই মিশ্রণটি আলাদা করতে কোন পদ্ধতি নেবে এবং কেন?” উত্তর তৈরির সূত্র একটাই: উপাদান দুটির কোন ভৌত ধর্ম আলাদা, সেটা বলো, তারপর পদ্ধতির নাম।

মিশ্রণ কী, আর আলাদা করা সম্ভব কেন

মিশ্রণে উপাদানগুলো রাসায়নিকভাবে জোড়া লাগে না। প্রত্যেকে নিজের ধর্ম ধরে রাখে। লবণ-পানিতে লবণ নোনতা, পানি ফোটে ১০০°সে-এ। এই ধর্মগুলোই আলাদা করার হাতিয়ার। যৌগ ভাঙতে রাসায়নিক বিক্রিয়া লাগে, মিশ্রণ ভাঙতে শুধু ভৌত পদ্ধতিই যথেষ্ট।

দুটি শব্দ জানা থাকলে অনেক সুবিধা। অবশেষ হলো যা ছাঁকনিতে বা পাতন-ফ্লাস্কে পড়ে থাকে। পাতিত তরল বা ছাঁকনি-রস হলো যা পার হয়ে বা বাষ্প হয়ে আসে।

অ্যানিমেশন কীভাবে পড়বে

ওপরে পদ্ধতির নাম আর মিশ্রণের নাম লেখা। নিচের নিয়ন্ত্রণে পদ্ধতি, মিশ্রণ আর একটি স্লাইডার আছে। স্লাইডারটি পদ্ধতিভেদে বদলে যায়: ছাঁকনে কঠিনের পরিমাণ, পাতনে আয়তন, ক্রোমাটোগ্রাফিতে দ্রাবক কতদূর উঠবে, স্ফটিকীকরণে গরম অবস্থায় দ্রবীভূত লবণ।

পাতনে ক্যানভাসের ওপরের অর্ধেকে যন্ত্র, নিচের অর্ধেকে সময় বনাম তাপমাত্রার রেখা। লাল বিন্দু এখনকার তাপমাত্রা। যন্ত্রের থার্মোমিটারের পাঠ আর বিন্দুর উচ্চতা একই জিনিস দুভাবে দেখাচ্ছে।

সব সংখ্যা আদর্শ অবস্থায় ধরা: সমান হারে তাপ, বিশুদ্ধ তরল একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় ফোটে। বাস্তবে সামান্য ওঠানামা থাকে, কিন্তু ধারণা একই।

ছাঁকন: কণার আকারের খেলা

ছাঁকনি কাগজে অতি সূক্ষ্ম ছিদ্র থাকে। পানির অণু আর দ্রবীভূত পদার্থ সহজে পার হয়, কিন্তু বালি বা চকের মতো বড় কণা আটকে যায়। যা আটকায় সেটা অবশেষ, যা নামে সেটা ছাঁকনি-রস। কিছুই হারায় না: ১০০ গ্রাম নমুনায় ২০ গ্রাম বালি থাকলে ছাঁকনি-রস ৮০ গ্রাম।

ছাঁকন শুধু অদ্রবণীয় কঠিন আর তরলের জন্য। লবণ-পানি ছাঁকলে লবণ পার হয়ে যায়, কারণ সে পানিতে গলে অণুর আকারে মিশে আছে। ওখানে পাতন বা স্ফটিকীকরণ লাগবে।

নিয়ম মনে রাখার ছোট কৌশল: ফানেলে কাগজ বসিয়ে ভেজাও যাতে কাগজ সেঁটে থাকে, কাচের দণ্ড বেয়ে ঢালো যাতে ছিটকে না যায়, আর কাগজের কিনারের ওপরে তরল তুলো না।

সরল পাতন: তরলকে বাষ্প করে ধরা

লবণ-পানি ফ্লাস্কে গরম করলে পানি ফোটে ১০০°সে-এ, বাষ্প হয়ে শীতকে ঠান্ডা হয়ে আবার পানি হয়ে গ্রাহকে জমে। লবণ অবাষ্পীয়, তাই ফ্লাস্কে থেকে যায়। এই হলো সরল পাতন: দ্রবণীয় কঠিন থেকে তরল আলাদা।

অ্যানিমেশনে ৮০ মিলিলিটার দ্রবণ নাও। ঘরের তাপমাত্রা ২৫°সে থেকে ১০০°সে-এ উঠতে ৭৫ ডিগ্রি পার করতে হয়। সমান হারে তাপে এটা ৯.৪ একক সময় নেয়। তারপর রেখা সমতল হয়ে যায়, আর ১৬.০ একক সময় ধরে পানি পাতিত হয়। সমতল অংশে তাপ খরচ হচ্ছে তরলকে বাষ্প বানাতে, তাপমাত্রা বাড়াতে নয়।

শীতকের পানি নিচ দিক দিয়ে ঢোকে আর ওপর দিক দিয়ে বেরোয়, যাতে নলটি সবসময় পানিতে ভরা থাকে। থার্মোমিটারের বাল্ব থাকে পার্শ্বনলের মুখে, কারণ আমরা তরলের নয়, বাষ্পের তাপমাত্রা মাপতে চাই।

আংশিক পাতন: যখন দুটোই ফোটে

ইথানল ফোটে ৭৮°সে-এ, পানি ১০০°সে-এ। দুটোই উদ্বায়ী, তাই সরল পাতনে দুটোই কিছু কিছু করে বাষ্প হয়ে আসত। আংশিক পাতনে ফ্লাস্কের ওপরে একটা স্তম্ভ থাকে, ভেতরে কাচের পুঁতি। বাষ্প ওঠার পথে পুঁতিতে বারবার ঠান্ডা হয়ে ঝরে পড়ে, আবার বাষ্প হয়, আর প্রতিবারে কম স্ফুটনাঙ্কের উপাদান বেশি হয়।

১০০ মিলিলিটারের মিশ্রণে ৪০ মিলিলিটার ইথানল থাকলে থার্মোমিটার প্রথমে ৭৮°সে-এ থেমে থাকবে ৮.০ একক সময়, ইথানল জমবে। তারপর রেখা আবার ২২ ডিগ্রি ওপরে উঠে ১০০°সে-এ থামবে ১২.০ একক সময়, পানি জমবে। দ্বিতীয় সমতল অংশ প্রথমটির ১.৫ গুণ লম্বা, কারণ পানি ৬০ মিলিলিটার, ইথানল ৪০।

নলটা প্রথমে প্রথম গ্রাহকে, পরে দ্বিতীয় গ্রাহকে সরে যায়। বাস্তবে ল্যাবে এই অদলবদল তুমি হাতে করো। তেল শোধনাগারে একই নীতি আরও বড় স্তম্ভে কাজ করে, আর বিভিন্ন উচ্চতা থেকে বিভিন্ন অংশ বের হয়।

কাগজ ক্রোমাটোগ্রাফি: রঙের দৌড়

কাগজের নিচের দিকে পেনসিলের দাগ (ভিত্তিরেখা) টেনে কালির ফোঁটা দাও। কাগজের নিচটা দ্রাবকে ডুবাও, তবে দ্রাবকের স্তর ভিত্তিরেখার নিচে রাখো। দ্রাবক কাগজ বেয়ে ওঠে আর কালির রঞ্জকগুলোকে সঙ্গে টানে। যে রঞ্জক দ্রাবকে বেশি গলে আর কাগজে কম লেগে থাকে, সে বেশি ওপরে ওঠে।

ওঠার মাপটাই Rf: Rf = রঞ্জকের স্পট যত দূর গেছে ÷ দ্রাবকের অগ্রভাগ যত দূর গেছে। দুটোই ভিত্তিরেখা থেকে মাপা। Rf-এর একক নেই, আর মান ০ থেকে ১-এর মধ্যে। কালো কালিতে ৩টি রঞ্জক ধরা হয়েছে: হলুদ রঞ্জক, লাল রঞ্জক, নীল রঞ্জক। দ্রাবকের অগ্রভাগ ৮০ মিমি উঠলে স্পটগুলো ৬৪, ৪৪, ২০ মিমিতে থাকে, তাই Rf যথাক্রমে ০.৮০, ০.৫৫, ০.২৫।

একই দ্রাবক আর একই তাপমাত্রায় একই রঞ্জকের Rf প্রায় একই থাকে, তাই অজানা স্পটের Rf মেপে জানা রঞ্জকের সঙ্গে মেলানো যায়। দ্রাবক বদলালে Rf বদলায়, তাই তুলনা সবসময় একই দ্রাবকে।

স্ফটিকীকরণ: ঠান্ডা করে দানা বাঁধানো

বেশিরভাগ লবণ গরম পানিতে বেশি গলে, ঠান্ডায় কম। গরমে প্রায় সম্পৃক্ত দ্রবণ ধীরে ঠান্ডা করলে বাড়তি লবণ আর গলে থাকতে পারে না, দানা বেঁধে স্ফটিক হয়। অ্যানিমেশনের কাল্পনিক লবণ ঠান্ডায় প্রতি ১০০ গ্রাম পানিতে ২০ গ্রাম গলে রাখে। এটা একটা উদাহরণ-মান, কোনো আসল লবণের নয়।

গরমে ৫০ গ্রাম গলানো থাকলে ঠান্ডায় ২০ গ্রাম থেকে যায়, স্ফটিক পাওয়া যায় ৩০ গ্রাম। ফলন = ৩০ ÷ ৫০ × ১০০ = ৬০.০%। বাকিটা মাতৃ-দ্রবণে গলে থেকে গেল, তাই ফলন কখনও ১০০% হয় না।

ধীরে ঠান্ডা করলে বড় সুন্দর স্ফটিক হয়, তাড়াহুড়ো করলে ছোট ছোট গুঁড়ো। স্ফটিক ছেঁকে, সামান্য ঠান্ডা পানিতে ধুয়ে, ছাঁকনি কাগজের ভাঁজে শুকিয়ে নিতে হয়।

কোন মিশ্রণে কোন পদ্ধতি

এই তালিকা পরীক্ষার আগে একবার মুখস্থ না করে ঘুরিয়ে বোঝো।

সিমুলেশনে নিজে করে দেখো

আগে অনুমান লিখে নাও, তারপর অ্যানিমেশন চালাও।

• পরীক্ষা ১: ছাঁকনে “বালি ও পানি”, কঠিন ৫ গ্রাম, তারপর ৪০ গ্রাম। ছাঁকনি-রস কতটা বদলায়? যোগফল কত থাকে?
• পরীক্ষা ২: সরল পাতনে আয়তন ৪০ আর ১০০ মিলিলিটার করো। সমতল অংশের তাপমাত্রা বদলায়, না দৈর্ঘ্য?
• পরীক্ষা ৩: আংশিক পাতনে ইথানল ১০ থেকে ৮০ মিলিলিটার করো। কোন সমতল অংশ লম্বা হয়, কোনটা ছোট?
• পরীক্ষা ৪: ক্রোমাটোগ্রাফিতে দ্রাবকের অগ্রভাগ ৪ সেমি আর ৯ সেমি করো। স্পটের দূরত্ব বদলায়, Rf বদলায় কি?
• পরীক্ষা ৫: স্ফটিকীকরণে গরমে দ্রবীভূত ৩০ থেকে ৮০ গ্রাম করো। ফলন কেন বাড়ে?

সমাধান করা গাণিতিক সমস্যা

সব সংখ্যা অ্যানিমেশনের হিসাব থেকেই নেওয়া।

যে ভুলগুলো সবাই করে

এখানেই প্রতি বছর নম্বর কাটে।

• লবণ-পানি ছাঁকতে চাওয়া। লবণ গলে অণুর আকারে মিশে আছে, ছাঁকনিতে আটকায় না।
• পাতনের সমতল অংশে তাপমাত্রা বাড়ছে না, তাই তাপ কাজ করছে না, এমন ভাবা। তাপ তখন তরলকে বাষ্প বানাচ্ছে।
• থার্মোমিটার ফ্লাস্কের তরলে ডোবানো। বাল্ব থাকবে পার্শ্বনলের মুখে, বাষ্পের তাপমাত্রা মাপতে।
• শীতকে পানির দিক উল্টে দেওয়া। নিচ দিয়ে ঢুকবে, ওপর দিয়ে বেরোবে।
• ক্রোমাটোগ্রাফিতে ভিত্তিরেখা কলমে টানা। কলমের কালিও দ্রাবকে উঠে আসবে, পেনসিল ব্যবহার করো।
• দ্রাবকের স্তর ভিত্তিরেখার ওপরে রাখা। নমুনা দ্রাবকে ধুয়ে যাবে।
• Rf-কে ১-এর বেশি লেখা বা একক বসানো। এটা অনুপাত, সবসময় ১-এর কম।
• স্ফটিকীকরণে ফলন ১০০% আশা করা। কিছু লবণ সবসময় মাতৃ-দ্রবণে গলে থাকে।

পরীক্ষার কোণ (SSC, HSC)

না দেখে করো, তারপর মিলিয়ে নাও।

• সরল ও আংশিক পাতনের দুটি পার্থক্য লেখো।
• ১০০ গ্রাম নমুনায় ২০ গ্রাম অদ্রবণীয় কঠিন থাকলে ছাঁকনি-রস কত? উত্তর: ৮০ গ্রাম।
• স্পট ৩৩ মিমি আর দ্রাবক ৬০ মিমি গেলে Rf কত? উত্তর: ০.৫৫।
• গরমে ৫০ গ্রাম দ্রবীভূত, ঠান্ডায় ২০ গ্রাম থাকলে স্ফটিক কত? উত্তর: ৩০ গ্রাম।
• ইথানল ও পানির মিশ্রণে কোন পদ্ধতি নেবে এবং কেন?

পুনরালোচনা: এক মিনিটে পুরো পাতা

পরীক্ষার আগে এটুকু পড়ে নাও।

• পদ্ধতি বাছাই = উপাদানের কোন ধর্ম আলাদা, সেটা খোঁজা।
• ছাঁকন: অদ্রবণীয় কঠিন + তরল। অবশেষ + ছাঁকনি-রস = নমুনা।
• সরল পাতন: তরল + দ্রবণীয় কঠিন। পানির সমতল অংশ ১০০°সে।
• আংশিক পাতন: কাছাকাছি স্ফুটনাঙ্কের তরল। ইথানল ৭৮°সে আগে, পানি ১০০°সে পরে।
• ক্রোমাটোগ্রাফি: Rf = স্পটের দূরত্ব ÷ দ্রাবকের দূরত্ব, ০ থেকে ১।
• স্ফটিকীকরণ: গরম সম্পৃক্ত দ্রবণ ধীরে ঠান্ডা করো; ফলন = স্ফটিক ÷ গরমে গলা × ১০০।

সচরাচর জিজ্ঞাসা