Self-ionization of water
জলের স্ব-আয়নীকরণ (এছাড়াও জলের স্ব-আয়নীকরণ, এবং জলের স্ব-বিচ্ছিন্নতা, বা কেবল জলের বিচ্ছিন্নতা) বিশুদ্ধ জলে বা জলীয় দ্রবণে একটি আয়নীকরণ প্রতিক্রিয়া, যেখানে একটি জলের অণু, H2O, ডিপ্রোটোনেট করে (তার হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াস হারায়) একটি হাইড্রক্সাইড আয়ন, OH− হয়ে যায়। হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস, এইচ +, অবিলম্বে আরেকটি জলের অণুকে প্রোটোনেট করে একটি হাইড্রোনিয়াম ক্যাটায়ন, এইচ 3 ও + গঠন করে। এটি অটোপ্রোটোলাইসিসের একটি উদাহরণ এবং জলের অ্যাম্ফোটেরিক প্রকৃতির উদাহরণ। ইতিহাস এবং স্বরলিপি জলের স্ব-আয়নীকরণ 1884 সালে স্বান্তে আরহেনিয়াস দ্বারা আয়নিক বিচ্ছিন্নতা তত্ত্বের অংশ হিসাবে প্রথম প্রস্তাব করা হয়েছিল যা তিনি জল সহ তড়িৎবিশ্লেষ্যের পরিবাহিতা ব্যাখ্যা করার প্রস্তাব করেছিলেন। আরহেনিয়াস স্ব-আয়নীকরণকে H2O <=> H + + OH-হিসাবে লিখেছেন। সেই সময়ে, পারমাণবিক কাঠামো বা উপপরমাণবিক কণা সম্পর্কে কিছুই জানা যায়নি, তাই তড়িৎবিশ্লেষণে হাইড্রোজেন পরমাণু থেকে এইচ + আয়ন গঠনের সম্ভাবনা সোডিয়াম পরমাণু থেকে না + আয়ন গঠনের চেয়ে কম বলে বিবেচনা করার কোনও কারণ ছিল না। 1923 সালে জোহানেস নিকোলাস ব্রনস্টেড এবং মার্টিন লরি প্রস্তাব করেছিলেন যে জলের স্ব-আয়নীকরণ আসলে দুটি জলের অণু নিয়ে গঠিতঃ H2O + H2O <=> H3O + + OH-। এই সময়ের মধ্যে ইলেক্ট্রন এবং নিউক্লিয়াস আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং রাদারফোর্ড দেখিয়েছিলেন যে একটি নিউক্লিয়াস একটি পরমাণুর চেয়ে অনেক ছোট। এর মধ্যে একটি খালি আয়ন H + অন্তর্ভুক্ত থাকবে যা শূন্য ইলেকট্রন সহ একটি প্রোটনের সাথে মিলে যাবে। ব্রনস্টেড এবং লরি প্রস্তাব করেছিলেন যে এই আয়নটি দ্রবণে মুক্ত নয়, তবে হাইড্রোনিয়াম আয়ন এইচ3ও + (বা অন্যান্য প্রোটোনেটেড দ্রাবক) গঠনের জন্য সর্বদা একটি জলের (বা অন্যান্য দ্রাবক) অণুর সাথে নিজেকে সংযুক্ত করে। পরবর্তী স্পেকট্রোস্কোপিক প্রমাণ দেখায় যে অনেক প্রোটন আসলে একাধিক জলের অণু দ্বারা হাইড্রেটেড হয়। হাইড্রেটেড আয়নটির জন্য সবচেয়ে বর্ণনামূলক স্বরলিপি হল H + (aq), যেখানে aq (জলীয় জন্য) জলের অণুর একটি অনির্দিষ্ট বা পরিবর্তনশীল সংখ্যা নির্দেশ করে। তবে H + এবং H3O + স্বরলিপিগুলি তাদের ঐতিহাসিক গুরুত্বের কারণে এখনও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই নিবন্ধটি বেশিরভাগ হাইড্রেটেড প্রোটনকে H3O + হিসাবে উপস্থাপন করে, যা একটি একক জলের অণু দ্বারা হাইড্রেশনের সাথে সম্পর্কিত। ভারসাম্য ধ্রুবক রাসায়নিকভাবে বিশুদ্ধ জলের বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা 0.055 μS/cm। স্বান্তে আরহেনিয়াসের তত্ত্ব অনুসারে, এটি অবশ্যই আয়নগুলির উপস্থিতির কারণে হতে পারে। আয়নগুলি জলের স্ব-আয়নীকরণ বিক্রিয়া দ্বারা উত্পাদিত হয়, যা বিশুদ্ধ জল এবং যে কোনও জলীয় দ্রবণে প্রযোজ্য হয়ঃ H2O + H2O H3O + + OH-রাসায়নিক ক্রিয়াকলাপের সাথে প্রকাশিত, ঘনত্বের পরিবর্তে, জল আয়নীকরণ বিক্রিয়ার জন্য তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য ধ্রুবকটি হলঃ যা সংখ্যার দিক থেকে আরও ঐতিহ্যবাহী তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য ধ্রুবকের সমানঃ এই ধারণার অধীনে যে H + এবং H3O + এর রাসায়নিক সম্ভাবনার সমষ্টি আনুষ্ঠানিকভাবে একই তাপমাত্রা এবং চাপে H2O-এর রাসায়নিক সম্ভাবনার দ্বিগুণের সমান। যেহেতু বেশিরভাগ অ্যাসিড-ক্ষার দ্রবণ সাধারণত খুব পাতলা হয়, তাই জলের ক্রিয়াকলাপ সাধারণত ঐক্যের সমান হিসাবে অনুমান করা হয়, যা জলের আয়নিক পণ্যকে এইভাবে প্রকাশ করতে দেয়ঃ পাতলা জলীয় দ্রবণে, দ্রবণগুলির ক্রিয়াকলাপ (দ্রবীভূত প্রজাতি যেমন আয়ন) তাদের ঘনত্বের প্রায় সমান। সুতরাং, আয়নায়ন ধ্রুবক, বিচ্ছিন্নতা ধ্রুবক, স্ব-আয়নায়ন ধ্রুবক, জল আয়ন-পণ্য ধ্রুবক বা জলের আয়নিক পণ্য, যা Kw দ্বারা প্রতীকী করা হয়, তার দ্বারা দেওয়া যেতে পারেঃ যেখানে [H3O +] হাইড্রোজেন ক্যাটায়ন বা হাইড্রোনিয়াম আয়ন এর মোলারিটি (মোলার ঘনত্ব), এবং [OH−] হাইড্রক্সাইড আয়ন এর ঘনত্ব। যখন ভারসাম্য ধ্রুবককে ঘনত্বের গুণফল হিসাবে লেখা হয় (ক্রিয়াকলাপের বিপরীতে) তখন আয়নিক শক্তি এবং অন্যান্য কারণের উপর নির্ভর করে এর মান সংশোধন করা প্রয়োজন (নীচে দেখুন)। 24.87 °C এবং শূন্য আয়নিক শক্তিতে, Kw এর সমান। লক্ষ্য করুন যে সমস্ত ভারসাম্য ধ্রুবকের মতো, ফলাফলটি মাত্রাহীন কারণ ঘনত্ব আসলে আদর্শ অবস্থার আপেক্ষিক একটি ঘনত্ব, যা H + এবং OH-এর জন্য উভয়কেই 1 মোলাল (= 1 মোল/কেজি) হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যখন মোলালিটি ব্যবহার করা হয় বা 1 মোলার (= 1 মোল/এল) যখন মোলার ঘনত্ব ব্যবহার করা হয়। অনেক ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে, মোলালিটি (মোল দ্রবণ/কেজি জল) এবং মোলার (মোল দ্রবণ/এল দ্রবণ) ঘনত্বকে পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা এবং চাপে প্রায় সমান হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে যদি দ্রবণের ঘনত্ব একটির কাছাকাছি থাকে (অর্থাৎ, পর্যাপ্ত পরিমাণে পাতলা দ্রবণ এবং তাপমাত্রা পরিবর্তনের নগণ্য প্রভাব)। মোলাল ঘনত্ব ইউনিটের (মোল/কেজি জল) প্রধান সুবিধা হল স্থিতিশীল এবং শক্তিশালী ঘনত্বের মান যা দ্রবণের ঘনত্ব এবং আয়তনের পরিবর্তন (জলের লবণাক্ততা (আয়নিক শক্তি), তাপমাত্রা এবং চাপের উপর নির্ভর করে ঘনত্ব) থেকে স্বাধীন; অতএব, মোলালিটি হল তাপগতিবিদ্যার গণনায় বা সুনির্দিষ্ট বা কম-স্বাভাবিক পরিস্থিতিতে ব্যবহৃত পছন্দের একক, যেমন, বিশুদ্ধ জলের থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন ঘনত্বের সমুদ্রের জলের জন্য, বা তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলিতে প্রচলিত উচ্চ তাপমাত্রায়। আমরা pKw − log10 Kw কে সংজ্ঞায়িত করতে পারি (যা 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে প্রায় 14)। এটি একটি অ্যাসিড বিচ্ছিন্নতা ধ্রুবকের জন্য পিএইচ এবং পিকেএ স্বরলিপির অনুরূপ, যেখানে প্রতীক পি একটি কলোগারিদমকে বোঝায়। ভারসাম্য ধ্রুবক সমীকরণের লগারিদমিক রূপ হল pKw = pH + pOH। তাপমাত্রা, চাপ এবং আয়নিক শক্তির উপর নির্ভরশীলতা তাপমাত্রা এবং চাপের উপর জলের আয়নিকরণের নির্ভরশীলতা পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে তদন্ত করা হয়েছে। পি. কে. ডাব্লু-এর মান হ্রাস পায় যখন তাপমাত্রা বরফের গলনাঙ্ক থেকে সর্বনিম্ন সি. 250 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বৃদ্ধি পায়, যার পরে এটি জলের সংকট বিন্দু সি. 374 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। চাপ বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে তা কমে যায়। তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রবণের ক্ষেত্রে, পি. কে. ডব্লিউ-এর মান তড়িৎবিশ্লেষ্যের আয়নিক শক্তির উপর নির্ভরশীল। সোডিয়াম ক্লোরাইডের মান 1ঃ1 তড়িৎবিশ্লেষ্যের জন্য সাধারণ। 1:2 তড়িৎবিশ্লেষ্যের সাথে, এমএক্স2, পিকেডাব্লু আয়নীয় শক্তি বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়। Kw-এর মান সাধারণত তরল পর্যায়ে সুদযুক্ত হয়। অতিউষ্ণ বাষ্প (গ্যাস) এবং অতিগুরুত্বপূর্ণ জল তরলের উদাহরণের মান টেবিলে দেওয়া হয়েছে। {। শ্রেণী = "উইকিটেবল" শৈলী = "টেক্সট-অ্যালাইনঃ সেন্টার"। + তরল জল, অতিউষ্ণ বাষ্প এবং অতিউষ্ণ জলের জন্য পিকেডাব্লু মানের তুলনা। ।-! ! ! 350 ডিগ্রি সেলসিয়াস! ! 400 ডিগ্রি সেলসিয়াস! ! 450 ডিগ্রি সেলসিয়াস! ! 500 ডিগ্রি সেলসিয়াস! ! 600 ডিগ্রি সেলসিয়াস! ! 800 ডিগ্রি সেলসিয়াস।-! সুযোগ = "সারি" |0.1 এমপিএ।।। 47.961b।। 47.873b।। 47.638b।। 46.384b।। 40.785b।-! সুযোগ = "সারি" |17 MPa। 11.920 (তরল) a।।।।।।।।।-! স্কোপ = "সারি" |25 MPa। 11.551 (তরল) c।। 16.566।। 18.135।। 18.758।। 19.425।। 20.113।-! স্কোপ = "সারি" |100 MPa। 10.600 (তরল) c।। 10.744।। 11.005।। 11.381।। 12.296।। 13.544।-! স্কোপ = "সারি" |1000 MPa। 8.311 (তরল) c।। 8.178।। 8.084।। 8.019।। 7.952।। 7.957।। টেবিলের নোট। মানগুলি সুপারক্রিটিকাল তরলের জন্য চিহ্নিত ব্যতীতঃ 350 ডিগ্রি সেলসিয়াসের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ স্যাচুরেশন চাপে a। বি সুপারহিট বাষ্প। সি সংকুচিত বা সাবকুলড তরল। আইসোটোপ প্রভাব ভারী জল, ডি2ও, স্বাভাবিক জলের চেয়ে কম স্ব-আয়নীকরণ করে, এইচ2ও; ডি2ও + ডি2ও ডি3ও + + ওডি-এটি ভারসাম্য আইসোটোপ প্রভাবের কারণে হয়, একটি কোয়ান্টাম যান্ত্রিক প্রভাব যা ডিউটেরিয়ামের সাথে কিছুটা শক্তিশালী বন্ধন গঠনের জন্য দায়ী কারণ ডিউটেরিয়ামের বৃহত্তর ভরের ফলে শূন্য-বিন্দু শক্তি কম হয়। ঘনত্বের পরিবর্তে ক্রিয়াকলাপ a দ্বারা প্রকাশিত, ভারী জলের আয়নীকরণ প্রতিক্রিয়ার জন্য তাপগতিবিদ্যার ভারসাম্য ধ্রুবকটি হলঃ D2O-এর ক্রিয়াকলাপ 1 বলে ধরে নেওয়া, এবং ধরে নেওয়া যে D3O + এবং OD-এর ক্রিয়াকলাপগুলি তাদের ঘনত্ব দ্বারা ঘনিষ্ঠভাবে অনুমান করা হয় নিম্নলিখিত টেবিলটি H2O এবং D2O-এর জন্য pKw-এর মানগুলির তুলনা করে। {। শ্রেণী = "উইকিটেবল" শৈলী = "টেক্সট-অ্যালাইনঃ কেন্দ্র"। + বিশুদ্ধ জলের জন্য পিকেডাব্লু মান।-! সুযোগ = "সারি" |T °C |10। |20।। 25। |30।। 40।। 50।-! সুযোগ = "সারি" |H2O। 14.535।। 14.167।। 13.997।। 13.830।। 13.535।। 13.262।-! স্কোপ = "রো" |D2O। 15.439।। 15.049।। 14.869।। জল-ভারী জলের মিশ্রণে আয়নীকরণ ভারসাম্য জল-ভারী জলের মিশ্রণে বেশ কয়েকটি প্রজাতি জড়িত থাকেঃ এইচ2ও, এইচডিও, ডি2ও, এইচ3ও +, ডি3ও +, এইচ2ডিও +, এইচডি2ও +, এইচও-, ডিও-। প্রক্রিয়া 2H2O → H3O + + OH− আয়নীকরণ বিক্রিয়ার বিক্রিয়ার হার সক্রিয়করণ শক্তির উপর নির্ভর করে, ΔE ‡। বোল্টজম্যান বন্টন অনুসারে তাপীয় জনসংখ্যার কারণে পর্যাপ্ত শক্তি রয়েছে এমন জলের অণুগুলির অনুপাত দেওয়া হয় যেখানে k হল বোল্টজম্যান ধ্রুবক। এইভাবে কিছু বিচ্ছিন্নতা ঘটতে পারে কারণ পর্যাপ্ত তাপ শক্তি পাওয়া যায়। তরল জলে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ওঠানামার উপর ভিত্তি করে নিম্নলিখিত ঘটনাগুলির ক্রম প্রস্তাব করা হয়েছে। আণবিক গতিতে এলোমেলো ওঠানামা মাঝে মাঝে (জল অণু প্রতি প্রায় প্রতি 10 ঘন্টা অন্তর) একটি অক্সিজেন-হাইড্রোজেন বন্ধন ভাঙার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র তৈরি করে, যার ফলে একটি হাইড্রক্সাইড (OH−) এবং হাইড্রোনিয়াম আয়ন (H3O +) হয়; হাইড্রোনিয়াম আয়নটির হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস গ্রোটথাস প্রক্রিয়া দ্বারা জলের অণুগুলির সাথে ভ্রমণ করে এবং দ্রাবকে হাইড্রোজেন বন্ড নেটওয়ার্কের পরিবর্তন দুটি আয়নকে বিচ্ছিন্ন করে, যা দ্রবণ দ্বারা স্থিতিশীল হয়। যাইহোক, 1 পিকোসেকেন্ডের মধ্যে, হাইড্রোজেন বন্ড নেটওয়ার্কের একটি দ্বিতীয় পুনর্গঠন বৈদ্যুতিক সম্ভাব্যতা পার্থক্য এবং আয়নগুলির পরবর্তী পুনঃসংযোগকে দ্রুত প্রোটন স্থানান্তর করতে দেয়। এই সময়সীমা হাইড্রোজেন বন্ধনের জলে নিজেদের পুনর্বিন্যাস করতে যে সময় লাগে তার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। বিপরীত পুনঃসংযোগ বিক্রিয়া H3O + + OH − → 2 H2O হল পরিচিত দ্রুততম রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি, যেখানে ঘরের তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার হার ধ্রুবক থাকে। এই ধরনের দ্রুত হার একটি বিচ্ছুরণ-নিয়ন্ত্রিত প্রতিক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য, যেখানে আণবিক বিচ্ছুরণের গতি দ্বারা হার সীমিত থাকে। জলের নিরপেক্ষ বিন্দুর সাথে সম্পর্ক জলের অণুগুলি সমান পরিমাণে H3O + এবং OH− তে বিচ্ছিন্ন হয়, তাই তাদের ঘনত্ব প্রায় ঠিক 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস এবং 0.1 এমপিএ হয়। এমন একটি সমাধান যেখানে H3O + এবং OH-ঘনত্ব একে অপরের সমান একটি নিরপেক্ষ সমাধান হিসাবে বিবেচিত হয়। সাধারণভাবে, নিরপেক্ষ বিন্দুর পিএইচ সংখ্যাগতভাবে পিকেডাব্লু-এর সমান। বিশুদ্ধ জল নিরপেক্ষ, তবে বেশিরভাগ জলের নমুনায় অমেধ্য থাকে। যদি কোনও অশুচিতা একটি অ্যাসিড বা ক্ষার হয়, তবে এটি হাইড্রোনিয়াম আয়ন এবং হাইড্রক্সাইড আয়নগুলির ঘনত্বকে প্রভাবিত করবে। বাতাসের সংস্পর্শে আসা জলের নমুনাগুলি কিছু কার্বন ডাই অক্সাইড শোষণ করে কার্বনিক অ্যাসিড (এইচ2সিও3) তৈরি করবে এবং এইচ2সিও3 + এইচ2ও = এইচসিও3 − + এইচ3ও + বিক্রিয়ার কারণে এইচ3ও +-এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পাবে। OH-এর ঘনত্ব এমনভাবে হ্রাস পাবে যে গুণফল [H3O +] [OH−] নির্দিষ্ট তাপমাত্রা এবং চাপের জন্য স্থির থাকে। সুতরাং এই জলের নমুনাগুলি সামান্য অম্লীয় হবে। যদি ঠিক 7 এর পিএইচ প্রয়োজন হয়, তবে এটি অবশ্যই একটি উপযুক্ত বাফার দ্রবণ দিয়ে বজায় রাখতে হবে। আরও দেখুন অ্যাসিড-ক্ষার বিক্রিয়া রাসায়নিক ভারসাম্য আণবিক স্বয়ংক্রিয়করণ (বিভিন্ন দ্রাবকের) স্ট্যান্ডার্ড হাইড্রোজেন বিদ্যুদ্বাহক রেফারেন্স বাহ্যিক সংযোগ সাধারণ রসায়ন-জল আয়নীকরণের স্বয়ংক্রিয়করণ জল রসায়ন ভারসাম্য রসায়ন জল ডিঃ Protolyse#Autoprotolyse