Frost diagram
ফ্রস্ট ডায়াগ্রাম বা ফ্রস্ট-এবসওয়ার্থ ডায়াগ্রাম হল এক ধরনের গ্রাফ যা বৈদ্যুতিন রসায়নে অজৈব রসায়নবিদদের দ্বারা একটি নির্দিষ্ট পদার্থের বিভিন্ন জারণ অবস্থার আপেক্ষিক স্থিতিশীলতা চিত্রিত করার জন্য ব্যবহৃত হয়। গ্রাফটি একটি রাসায়নিক প্রজাতির মুক্ত শক্তি বনাম জারণ অবস্থার চিত্র তুলে ধরে। এই প্রভাব পিএইচ-এর উপর নির্ভরশীল, তাই এই পরামিতিটিও অবশ্যই অন্তর্ভুক্ত করতে হবে। জারণ-হ্রাস অর্ধ-প্রতিক্রিয়া দ্বারা মুক্ত শক্তি নির্ধারিত হয়। ফ্রস্ট রেখাচিত্রটি পূর্ব-পরিকল্পিত ল্যাটিমার রেখাচিত্রের তুলনায় এই হ্রাস সম্ভাবনার সহজ বোঝার অনুমতি দেয়, কারণ "সম্ভাবনার সংযোজনশীলতার অভাব" বিভ্রান্তিকর ছিল। মুক্ত শক্তি ΔG° সূত্র দ্বারা গ্রাফে দেখানো হ্রাস সম্ভাব্যতা E-এর সাথে সম্পর্কিতঃ অথবা, যেখানে n হল স্থানান্তরিত ইলেকট্রনের সংখ্যা, এবং F হল ফ্যারাডে ধ্রুবক)। ফ্রস্ট রেখাচিত্রটির নামকরণ করা হয়েছে, যিনি মূলত 1951 সালের একটি গবেষণাপত্রে "মুক্ত শক্তি এবং জারণ সম্ভাব্য তথ্য উভয়ই সুবিধাজনকভাবে দেখানোর" উপায় হিসাবে এটি উদ্ভাবন করেছিলেন। pH নির্ভরতা pH নির্ভরতা প্রতি pH এককে − 0.059m/n গুণক দ্বারা দেওয়া হয়, যেখানে m সমীকরণে প্রোটনের সংখ্যা এবং n বিনিময় হওয়া ইলেকট্রনের সংখ্যার সাথে সম্পর্কিত। বৈদ্যুতিন রসায়নে ইলেকট্রনগুলি সর্বদা বিনিময় হয়, তবে প্রোটনগুলি অপরিহার্য নয়। যদি বিক্রিয়ার ভারসাম্যে কোনও প্রোটন বিনিময় না হয়, তবে বিক্রিয়াকে পিএইচ-স্বাধীন বলা হয়। এর মানে হল যে একটি রেডক্স অর্ধ-বিক্রিয়ায় রেন্ডার করা তড়িৎরাসায়নিক সম্ভাবনার মান, যার মাধ্যমে প্রশ্নযুক্ত উপাদানগুলি জারণ অবস্থার পরিবর্তন করে, সেই পিএইচ শর্ত যাই হোক না কেন যার অধীনে প্রক্রিয়াটি করা হয়। ফ্রস্ট ডায়াগ্রামটি অ্যাসিডিক এবং মৌলিক সমাধানের স্ট্যান্ডার্ড সম্ভাব্যতা (ঢাল)-এর প্রবণতার তুলনা করার জন্যও একটি দরকারী হাতিয়ার। বিশুদ্ধ, নিরপেক্ষ উপাদানটি বিভিন্ন যৌগে রূপান্তরিত হয় যা নির্ভর করে প্রজাতিটি অম্লীয় এবং মৌলিক পিএইচ-এ রয়েছে কিনা। যদিও জারণ অবস্থার মান এবং পরিমাণ অপরিবর্তিত থাকে, মুক্ত শক্তি ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। ফ্রস্ট ডায়াগ্রামটি সহজ এবং সুবিধাজনক তুলনার জন্য অ্যাসিডিক এবং মৌলিক গ্রাফগুলির সুপারইম্পোজিশনের অনুমতি দেয়। একক এবং স্কেল আদর্শ মুক্ত-শক্তির স্কেলটি ইলেক্ট্রন-ভোল্টে পরিমাপ করা হয় এবং এন. ই. ° = 0 মানটি সাধারণত বিশুদ্ধ, নিরপেক্ষ উপাদান। ফ্রস্ট রেখাচিত্রটি সাধারণত nE° = 0 এর উপরে এবং নীচে মুক্ত-শক্তির মান দেখায় এবং পূর্ণসংখ্যায় পরিমাপ করা হয়। গ্রাফের y অক্ষ মুক্ত শক্তি প্রদর্শন করে। গ্রাফের উপর ক্রমবর্ধমান স্থায়িত্ব (নিম্ন মুক্ত শক্তি) কম, তাই গ্রাফের উপর যত বেশি মুক্ত শক্তি এবং একটি উপাদান যত বেশি হবে, এটি তত বেশি অস্থির এবং প্রতিক্রিয়াশীল হবে। ফ্রস্ট ডায়াগ্রামের x অক্ষের উপর উপাদানটির জারণ অবস্থা দেখানো হয়েছে। জারণ অবস্থা এককহীন এবং ধনাত্মক ও ঋণাত্মক পূর্ণসংখ্যাতেও পরিমাপ করা হয়। প্রায়শই, ফ্রস্ট রেখাচিত্রটি ক্রমবর্ধমান ক্রমে জারণ সংখ্যা প্রদর্শন করে, তবে কিছু ক্ষেত্রে এটি হ্রাস ক্রমে প্রদর্শিত হয়। শূন্য (এন. ই. ° = 0) মুক্ত শক্তি সহ নিরপেক্ষ, বিশুদ্ধ উপাদানটিরও শূন্যের সমান জারণ অবস্থা রয়েছে। তবে, কিছু অ্যালোট্রপের শক্তি শূন্য নাও হতে পারে। রেখার ঢাল তাই দুটি জারণ অবস্থার মধ্যে স্ট্যান্ডার্ড সম্ভাব্যতা উপস্থাপন করে। অন্য কথায়, রেখার তীব্রতা সেই দুটি বিক্রিয়কের প্রতিক্রিয়া দেখায় এবং সর্বনিম্ন-শক্তি পণ্য গঠন করে। একটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক ঢাল থাকার সম্ভাবনা রয়েছে। দুটি প্রজাতির মধ্যে একটি ধনাত্মক ঢাল জারণ প্রতিক্রিয়ার প্রবণতা নির্দেশ করে, যেখানে দুটি প্রজাতির মধ্যে একটি ঋণাত্মক ঢাল হ্রাসের প্রবণতা নির্দেশ করে। উদাহরণস্বরূপ, যদি [HMnO4]-এর ম্যাঙ্গানিজের জারণ অবস্থা + 6 এবং nE° = 4 হয়, এবং MnO2-এর জারণ অবস্থা + 4 এবং nE° = 0 হয়, তাহলে ঢাল αy/αx হল 4/2 = 2, যা + 2-এর আদর্শ সম্ভাব্যতা প্রদান করে। যে কোনও শব্দের স্থায়িত্ব একইভাবে এই গ্রাফ দ্বারা পাওয়া যেতে পারে। ফ্রস্ট রেখাচিত্রের যে কোনও দুটি বিন্দুর মধ্যবর্তী রেখার গ্রেডিয়েন্ট বিক্রিয়ার সম্ভাব্যতা দেয়। একটি প্রজাতি যা উভয় পক্ষের দুটি বিন্দুর গ্রেডিয়েন্টের উপরে একটি শিখরে অবস্থিত, তা অনুপাতের সাপেক্ষে অস্থির একটি প্রজাতিকে নির্দেশ করে এবং একটি বিন্দু যা তার দুটি সংলগ্ন বিন্দুর সাথে যুক্ত রেখার গ্রেডিয়েন্টের নিচে পড়ে তা একটি তাপগতিবিদ্যার সিঙ্কে অবস্থিত এবং অভ্যন্তরীণভাবে স্থিতিশীল। অক্ষ ফ্রস্ট ডায়াগ্রামের অক্ষগুলি (অনুভূমিকভাবে) প্রশ্নযুক্ত প্রজাতির জারণ অবস্থা এবং (উল্লম্বভাবে) ইলেকট্রন বিনিময় সংখ্যাকে ভোল্টেজ (এনই) বা ফ্যারাডে ধ্রুবকের প্রতি ইউনিটে গিবস মুক্ত শক্তি দ্বারা গুণিত করে দেখায়। অসামঞ্জস্যতা এবং অনুপাত বৈদ্যুতিক রাসায়নিক বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে, ফ্রস্ট রেখাচিত্র ব্যবহার করে দুটি প্রধান ধরনের প্রতিক্রিয়া কল্পনা করা যেতে পারে। অনুপাত হল যখন একটি মৌলের দুটি সমতুল্য, জারণ সংখ্যায় ভিন্ন, একত্রিত হয়ে একটি মধ্যবর্তী জারণ সংখ্যা সহ একটি পণ্য গঠন করে। অনুপাতহীনতা হল বিপরীত প্রতিক্রিয়া, যেখানে একটি মৌলের দুটি সমতুল্য, জারণ সংখ্যায় অভিন্ন, ভিন্ন জারণ সংখ্যার দুটি পণ্য গঠন করে। অনুপাতঃ 2 মিলিয়ন + → এম. এম + + এম. পি +। অনুপাতঃ এম. এম + + এম. পি + + 2 এম. এন +। উভয় উদাহরণে 2 n = m + p। ফ্রস্ট ডায়াগ্রাম ব্যবহার করে অনুমান করা যায় যে একটি জারণ সংখ্যা অসামঞ্জস্যের মধ্য দিয়ে যাবে নাকি দুটি জারণ সংখ্যা অনুপাতের মধ্য দিয়ে যাবে। রেখাচিত্রে তিনটি জারণ সংখ্যার একটি সেটের মধ্যে দুটি ঢালের দিকে তাকালে, দুটি আদর্শ বিভব (ঢাল) সমান নয় বলে ধরে নিলে, মধ্যবর্তী জারণ হয় "পাহাড়" বা "উপত্যকা" আকারে হবে। বাঁ দিকের ঢাল ডান দিকের চেয়ে খাড়া হলে একটি পাহাড় তৈরি হয় এবং ডান দিকের ঢাল বাঁ দিকের চেয়ে খাড়া হলে একটি উপত্যকা তৈরি হয়। একটি জারণ সংখ্যা যা "পাহাড়ের শীর্ষে" থাকে তা সংলগ্ন জারণ অবস্থার মধ্যে অসামঞ্জস্যের পক্ষে থাকে। পার্শ্ববর্তী জারণ অবস্থা, তবে, অনুপাতের পক্ষে থাকবে যদি মধ্য জারণ অবস্থাটি "একটি উপত্যকার নীচে" থাকে। সমালোচনা/অসঙ্গতি আর্থার ফ্রস্ট তাঁর নিজের মূল প্রকাশনাতে বলেছিলেন যে তাঁর ফ্রস্ট চিত্রের জন্য সম্ভাব্য সমালোচনা হতে পারে। তিনি ভবিষ্যদ্বাণী করেছেন যে "ঢালগুলি [ল্যাটিমার রেখাচিত্রের] জারণ সম্ভাবনার সরাসরি সংখ্যাসূচক মান হিসাবে সহজেই বা সঠিকভাবে সনাক্ত করা যাবে না"। অনেক অজৈব রসায়নবিদ পরিমাণগত তথ্যের জন্য ল্যাটিমার ব্যবহার করে ল্যাটিমার এবং ফ্রস্ট রেখাচিত্র উভয়ই ব্যবহার করেন এবং তারপর সেই তথ্যগুলিকে ভিজ্যুয়ালাইজেশনের জন্য ফ্রস্ট রেখাচিত্রে রূপান্তরিত করেন। ফ্রস্ট পরামর্শ দিয়েছিলেন যে সম্পূরক তথ্য প্রদানের জন্য ঢালের পাশে স্ট্যান্ডার্ড সম্ভাবনার সংখ্যাসূচক মান যুক্ত করা যেতে পারে। জার্নাল অফ কেমিক্যাল এডুকেশনে প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে, মার্টিনেজ ডি ইলারদুয়া এবং ভিল্লাফেন (1994) ফ্রস্ট ডায়াগ্রামের ব্যবহারকারীদের ডায়াগ্রাম তৈরিতে ব্যবহৃত মুক্ত শক্তির সংজ্ঞা সম্পর্কে সচেতন হওয়ার জন্য সতর্ক করেছেন। অ্যাসিড-সলিউশন গ্রাফগুলিতে, আদর্শ nE° = − ΔG/F সর্বজনীনভাবে ব্যবহৃত হয়; তাই সমস্ত উৎসের অ্যাসিড-সলিউশন ফ্রস্ট রেখাচিত্রগুলি অভিন্ন হবে। যাইহোক, বিভিন্ন পাঠ্যপুস্তক একটি উপাদানের ফ্রস্ট ডায়াগ্রামে শক্তির ক্ষেত্রে অসঙ্গতি দেখায়। কিছু পাঠ্যপুস্তকে হ্রাস সম্ভাবনা, ই° (2 + 2/এইচ2) ব্যবহার করা হয়, যা একটি মৌলিক-সমাধানের জন্য একটি অ্যাসিড-সমাধানে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ফিলিপস এবং উইলিয়ামস অজৈব রসায়ন পাঠ্যপুস্তকে, তবে, নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা প্রদত্ত মৌলিক সমাধানগুলির জন্য আরেকটি হ্রাস সম্ভাবনা ব্যবহার করা হয়েছেঃ E° (OH) = E°b−E° (2H2O + 2/H2 + 2OH−) = E°b + 0.828 V। হ্রাস সম্ভাবনা উপস্থাপনের এই অন্য উপায়টি কিছু পাঠ্যপুস্তকে ব্যবহৃত হয় এবং অন্যদের মধ্যে নয়, তবে গ্রাফটিতে সর্বদা স্পষ্টভাবে নির্দেশিত হয় না, যা পাঠকের জন্য বিভ্রান্তি তৈরি করে। সুতরাং, ফ্রস্ট রেখাচিত্রের ব্যবহারকারীদের সমস্যাটি সম্পর্কে সচেতন হওয়া উচিত এবং সর্বদা স্পষ্টভাবে জানানো উচিত যে তাদের রেখাচিত্রগুলি কোন মুক্ত-শক্তির স্কেলের উপর ভিত্তি করে তৈরি। আরও দেখুন পৌরবাইক্স রেখাচিত্র এলিংহাম রেখাচিত্র রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক রেখাচিত্র যা দরকারী জারণ-হ্রাস তথ্য বৈদ্যুতিন রসায়ন সরবরাহ করে