পাঠ ২ / ১০অনুচ্ছেদ ১.২–১.৩.১

কাচসামগ্রী: নিরাপদ ব্যবহার ও পরিষ্কারGlassware — glass types, safe handling & cleaning

ল্যাবে গরম টেস্টটিউব (test tube) ভুল করে কলের ঠান্ডা পানির নিচে ধরলে অনেক সময় “ঠাস” করে ফেটে যায়। অথচ ভালো মানের ল্যাব-কাচের টেস্টটিউব একই কাজে প্রায়ই টিকে যায়। নিজে করে দেখো:

টেস্টটিউবের তাপমাত্রা (temperature): 120 °C

কাচ আর তাপমাত্রা বেছে নাও, তারপর ঠান্ডা পানিতে ডোবাও।

সোডা-লাইম (soda-lime, “নরম”) কাচের টেস্টটিউব প্রায় 120 °C-এ গরম করে ঠান্ডা পানিতে ডোবাও।
এবার একই তাপমাত্রায় বোরোসিলিকেট (borosilicate, Pyrex) কাচ দিয়ে করো।
তাপমাত্রা বাড়িয়ে খুঁজে দেখো — বোরোসিলিকেটও কোথায় গিয়ে ফাটে?

একই পানি, একই তাপমাত্রা — একটি কাচ ফাটে, অন্যটি ফাটে না কেন? আর ল্যাবের কাচ যেমন সহজে ভাঙে, তেমনি সহজে ময়লাও হয়: কোন ময়লা কী দিয়ে তুলবে, আর কীভাবে বুঝবে পাত্রটি সত্যিই পরিষ্কার?

এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:

কাচ কী — সোডা-লাইম (soda-lime) ও বোরোসিলিকেট (borosilicate) কাচ
তাপীয় প্রসারণ (thermal expansion) ও তাপীয় আঘাত (thermal shock)
কাচ কেন ভাঙে — নিরাপদ ব্যবহারের কৌশল (safe handling)
কোন কাচপাত্র গরম করা যায়, কোনটি কখনো নয় — আয়তনিক কাচপাত্র (volumetric glassware)
কাচকে কী আক্রমণ করে — গাঢ় ক্ষার (alkali) ও হাইড্রোফ্লুরিক এসিড (HF)
কাচপাত্র পরিষ্কার — ঠিক ময়লায় ঠিক পরিষ্কারক (cleaner), আর পানি-ভাঙন পরীক্ষা (water-break test)
ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ (chromic acid mixture) — বইয়ের পদ্ধতি আর আজকের নিয়ম
ল্যাব ও টেবিল পরিষ্কার রাখা
এবার নিজে করে দেখো — ভার্চুয়াল ল্যাব (virtual lab)

ধাপ ১: কাচ কী — সোডা-লাইম ও বোরোসিলিকেট

লবণ বা চিনির মতো কেলাসে (crystal) পরমাণুগুলো নিয়মিত সারিতে সাজানো থাকে। কাচে তা নয় — কাচ একটি অনিয়তাকার কঠিন (amorphous solid)। এর মূল কাঠামো সিলিকা (silica, SiO₂): প্রতিটি সিলিকন (Si) পরমাণু চারটি অক্সিজেনের (O) সঙ্গে যুক্ত, আর প্রতিটি অক্সিজেন দুটি Si-কে জুড়ে সেতু (bridge) তৈরি করে। ফলে এলোমেলো কিন্তু শক্ত একটি ত্রিমাত্রিক জালিকা (network) পাওয়া যায়।

খাঁটি SiO₂ দিয়েও কাচ হয় (কোয়ার্টজ কাচ, quartz glass), কিন্তু তা গলাতে প্রায় 1700 °C লাগে — তৈরি করা কঠিন ও দামি। তাই সিলিকার সঙ্গে অন্য অক্সাইড (oxide) মেশানো হয়:

সোডা-লাইম কাচ (soda-lime glass) — বইয়ের ভাষায় নরম কাচ (soft glass)। SiO₂-এর সঙ্গে সোডা (Na₂O) আর চুন (lime, CaO)। মোটামুটি সংকেত Na₂O·CaO·6SiO₂। Na₂O সেতু ভেঙে কাচকে সহজে গলানোর মতো করে, CaO একে পানিতে অদ্রবণীয় ও টেকসই রাখে। জানালার কাচ, বোতল, ওয়াচ গ্লাস (watch glass), ফানেল (funnel), সস্তা টেস্টটিউব এই কাচের।
বোরোসিলিকেট কাচ (borosilicate glass) — বইয়ের ভাষায় শক্ত কাচ (hard glass)। Na₂O-এর বেশিরভাগের জায়গায় প্রায় 13% বোরন অক্সাইড (boron oxide, B₂O₃), যা নিজেই জালিকার অংশ হয়ে যায়। পাইরেক্স (Pyrex) আর ডুরান (DURAN) এই কাচের ব্যবসায়িক নাম (trade name)। ল্যাবের ভালো বিকার (beaker), কনিক্যাল ফ্লাস্ক (conical flask), গোলতলি ফ্লাস্ক (round-bottom flask), শক্ত টেস্টটিউব এই কাচের।

দুই মাত্রায় আঁকা নকশা (2D sketch), মাপ অনুযায়ী নয় — আসলে প্রতিটি Si চারটি O-এর সঙ্গে যুক্ত (SiO₄ চতুস্তলক, tetrahedron)। কাচ কেলাস (crystal) নয় — এলোমেলো, নিয়মহীন (amorphous) SiO₂ জালিকা (network)। Na₂O-এর মতো “পরিবর্তক” (modifier) সেতু ভেঙে কাচকে সহজে গলানো যায় এমন করে, কিন্তু তাপে বেশি প্রসারিত করে।

ধর্ম (property)	সোডা-লাইম কাচ	বোরোসিলিকেট কাচ 3.3 (Pyrex, DURAN)
SiO₂ (ভর %, wt %)	≈ 72	80.6
B₂O₃	—	13
Na₂O (+ K₂O)	≈ 14	≈ 4
CaO	≈ 9.5	—
MgO, Al₂O₃	≈ 3, ≈ 1.5	Al₂O₃ 2.4
রৈখিক প্রসারণ সহগ (linear expansion coefficient) α	≈ 9.0 × 10⁻⁶ K⁻¹	3.3 × 10⁻⁶ K⁻¹
নরম হওয়ার তাপমাত্রা (softening point)	≈ 720 °C	≈ 825 °C

“বোরোসিলিকেট 3.3” নামের 3.3 সংখ্যাটি আসলে এর প্রসারণ সহগ: α = 3.3 × 10⁻⁶ K⁻¹ (ISO 3585 মান)। বইয়ে “শক্ত পটাশ কাচ” (hard potash glass, K₂O·CaO·xSiO₂) নামে আরেকটি কাচের কথা আছে — সেটি পুরোনো, আলাদা কাচ; পাইরেক্স নয়।

নিজে যাচাই করো

পাইরেক্স কাচকে সাধারণ (সোডা-লাইম) কাচ থেকে আলাদা করে মূলত কোন অক্সাইড?

ধাপ ২: তাপীয় প্রসারণ ও তাপীয় আঘাত

গরম করলে পরমাণুগুলো আরও জোরে কাঁপে, ফলে তাদের গড় দূরত্ব একটু বাড়ে — বস্তু প্রসারিত (expand) হয়। L দৈর্ঘ্যের কাচ ΔT তাপমাত্রা বাড়লে যতটা লম্বা হয়:

\Delta L = \alpha \, L \, \Delta T

যেমন 15 cm লম্বা একটি টেস্টটিউব 100 K (= 100 °C) গরম করলে বোরোসিলিকেট লম্বা হয় $3.3\times10^{-6} \times 0.15\ \text{m} \times 100 = 4.95\times10^{-5}$ m ≈ 0.05 mm, আর সোডা-লাইম প্রায় 0.135 mm — প্রায় তিন গুণ।

এত সামান্য প্রসারণে সমস্যা কোথায়? সমস্যা হয় যখন কাচের এক অংশ গরম আর আরেক অংশ ঠান্ডা থাকে। গরম টেস্টটিউব ঠান্ডা পানিতে ডোবালে বাইরের তল (outer surface) হঠাৎ ঠান্ডা হয়ে সংকুচিত (contract) হতে চায়, কিন্তু ভেতরের গরম অংশ তাকে ছোট হতে দেয় না। ফলে বাইরের তল টান খায় — একে বলে টান পীড়ন (tensile stress)। কাচ চাপ (compression) খুব সহ্য করে, কিন্তু টানে দুর্বল; আর তলের সূক্ষ্ম আঁচড় থেকেই ফাটল শুরু হয়। হঠাৎ তাপমাত্রা বদলে এভাবে ফেটে যাওয়াকে বলে তাপীয় আঘাত (thermal shock)।

তলে কতটা পীড়ন (stress, σ) তৈরি হয়, তার একটি সহজ হিসাব:

\sigma \approx \frac{E\,\alpha\,\Delta T}{1-\nu}

এখানে $E$ = ইয়ং গুণাঙ্ক (Young’s modulus — কাচ কতটা শক্ত, প্রায় 64–70 GPa), $\nu$ = পয়সনের অনুপাত (Poisson’s ratio, প্রায় 0.2)। নিচে কাচের দেয়ালের ভেতরের তল গরম করে দেখো কোন স্তর চাপে আর কোন স্তর টানে পড়ে:

চাপ (compression) টান (tension) স্তরটি একা যতটা লম্বা হতে চাইত

ভেতরের তলের তাপমাত্রা (inner-face temperature): 25 °C

ΔT = 0 Kবাইরের তলে টান (tension) σ ≈ E·α·ΔT/(1 − ν) = 0.0 MPaভাঙন সীমা (breaking stress) ≈ 40 MPa

প্রসারণ (expansion) 80 গুণ বাড়িয়ে দেখানো হয়েছে (exaggerated); পীড়নের মান আনুমানিক (approximate)।

	সোডা-লাইম	বোরোসিলিকেট
প্রতি 1 K-এ পীড়ন (stress per kelvin)	≈ 0.81 MPa	≈ 0.26 MPa
ফাটার মতো হঠাৎ ΔT (≈ 40 MPa ভাঙন সীমা ধরে)	≈ 50 K	≈ 150 K

তাই শুরুর পরীক্ষায় সোডা-লাইম 70 °C-এর ওপর থেকে 20 °C পানিতে পড়লেই ফাটে, আর বোরোসিলিকেট প্রায় 170 °C পর্যন্ত টিকে যায়। মনে রেখো, এগুলো আনুমানিক (approximate) মান — আসল ফলাফল দেয়ালের পুরুত্ব, আঁচড় আর তাপ কত দ্রুত সরে তার ওপর নির্ভর করে। বোরোসিলিকেটও যথেষ্ট বড় ধাক্কায় ফাটে।

এ থেকেই ল্যাবের দুটি নিয়ম: উত্তপ্ত কাচপাত্র কখনো ঠান্ডা পানিতে ডোবাবে না বা ঠান্ডা ভেজা টেবিলে রাখবে না (তাপ-নিরোধক ম্যাট বা তারজালির ওপর রেখে আস্তে ঠান্ডা হতে দাও), আর বাইরের দেয়াল ভেজা থাকলে কাচ গরম করবে না — ভেজা জায়গাটি বাষ্পীভবনে (evaporation) ঠান্ডা থাকে, চারপাশ গরম হয়, তাই অসমান তাপমাত্রায় ফাটে।

নিজে যাচাই করো

90 °C-এর একটি সোডা-লাইম কাচের বিকার 25 °C পানিতে ডোবানো হলো। তলের পীড়ন প্রায় কত, আর কী ঘটবে? (প্রতি K-এ ≈ 0.81 MPa, ভাঙন সীমা ≈ 40 MPa)

ধাপ ৩: কাচ কেন ভাঙে — নিরাপদ ব্যবহারের কৌশল

ভাঙা কাচ ছুরির মতো ধারালো, আর ল্যাবে সবচেয়ে বেশি আঘাত (হাত কাটা) হয় কাচ থেকেই। বই (অনুচ্ছেদ ১.২) কাচ ভাঙার যে কারণগুলো বলে, সঙ্গে কেন আর কী করতে হবে:

ধোয়ার সময় কলে বা বেসিনে ঠোকা লাগা — এক জায়গায় হঠাৎ আঘাত। বেসিনে রাবারের ম্যাট রাখো, একবারে একটি পাত্র ধোও।
হোল্ডার (holder) বা ক্ল্যাম্পে (clamp) বেশি চাপ — ক্ল্যাম্পের ভেতরে কর্ক বা রাবারের আস্তর থাকা চাই, আর শুধু ততটা টাইট করো যাতে পাত্রটি না পড়ে। গরম হলে কাচ প্রসারিত হয়; শক্ত করে আটকানো থাকলে সেখানেই পীড়ন জমে।
বাইরের দেয়াল ভেজা অবস্থায় গরম করা — ধাপ ২-এর তাপীয় আঘাত। আগে মুছে শুকিয়ে নাও।
কর্ক বা রাবার স্টপারে (stopper) কাচনল বা থার্মোমিটার ঢোকানো — হাত কাটার সবচেয়ে সাধারণ কারণ। নিচের ছবিতে ঠিক পদ্ধতি।
ওপর থেকে পড়ে যাওয়া — কাচপাত্র টেবিলের কিনারা থেকে দূরে রাখো, টেস্টটিউব র‍্যাকে (rack) রাখো, বড় পাত্র দুই হাতে বহন করো।
আগে থেকেই চিড় ধরা বা কিনারা ভাঙা কাচ — এমন কাচ গরম করলে বা চাপ দিলে সেই চিড় থেকেই ফাটে। চিড় ধরা কাচ ব্যবহার করো না, শিক্ষককে জমা দাও।

নলের ধারালো মুখ আগে শিখায় গোল করে নাও (fire-polish), আর স্টপারের ছিদ্র ঠিক মাপে করো — কর্ক বোরার (cork borer) দিয়ে, নলের চেয়ে সামান্য ছোট।

কাচ ভাঙলে খালি হাতে টুকরো তুলবে না — ব্রাশ ও ডাস্টপ্যান (dustpan) দিয়ে তুলে ভাঙা কাচের আলাদা চিহ্নিত বাক্সে ফেলো, কাগজের সাধারণ ঝুড়িতে নয়; নইলে যে ময়লা ফেলবে তার হাত কাটবে।

নিজে যাচাই করো

কর্ক বা রাবার স্টপারে কাচনল ঢোকানোর জন্য ঠিক মাপের ছিদ্র করতে কোন যন্ত্র ব্যবহার করা হয়?

ধাপ ৪: কোন কাচপাত্র গরম করা যায়, কোনটি কখনো নয়

বোরোসিলিকেটের টেস্টটিউব সরাসরি শিখায় (হোল্ডারে ধরে, 45° কোণে, মুখ নিজের ও অন্যের দিক থেকে সরিয়ে), আর বিকার, কনিক্যাল ফ্লাস্ক ও গোলতলি ফ্লাস্ক তারজালির (wire gauze) ওপর রেখে গরম করা যায়।

কিন্তু আয়তনিক কাচপাত্র (volumetric glassware) — পিপেট (pipette), ব্যুরেট (burette), আয়তনিক ফ্লাস্ক (volumetric flask) আর মেজারিং সিলিন্ডার (measuring cylinder) — কখনো গরম করা হয় না, গরম তরলও এতে মাপা হয় না। এগুলো 20 °C-এ নির্দিষ্ট আয়তনে ক্রমাঙ্কিত (calibrated) — গায়ের দাগ (mark) ঠিক সেই আয়তন বোঝায়। গরম করলে কাচ সামান্য বিকৃত হয়ে আয়তন স্থায়ীভাবে বদলে যেতে পারে, আর গরম তরলের আয়তনও ঠান্ডা অবস্থার চেয়ে বেশি। তাছাড়া পুরু, অসমান কাচ তাপীয় আঘাতে সহজে ফাটে। কোনো কঠিন পদার্থ গরম করে দ্রবীভূত করতে হলে আগে বিকারে দ্রবীভূত করো, ঠান্ডা হতে দাও, তারপর আয়তনিক ফ্লাস্কে নাও।

নিজে বাছাই করে দেখো:

প্রতিটি কাচপাত্রের জন্য বেছে নাও: একে কি বুনসেন শিখায় বা তারজালির (wire gauze) ওপর গরম করা যায়?

টেস্টটিউব(test tube)

বিকার(beaker)

কনিক্যাল ফ্লাস্ক(conical flask)

গোলতলি ফ্লাস্ক(round-bottom flask)

পিপেট(pipette)

ব্যুরেট(burette)

আয়তনিক ফ্লাস্ক(volumetric flask)

মেজারিং সিলিন্ডার(measuring cylinder)

একটি একটি করে বেছে নাও।

ধাপ ৫: কাচকে কী আক্রমণ করে

কাচ প্রায় সব এসিড আর পানিতে টিকে থাকে — এজন্যই গাঢ় HCl, HNO₃, H₂SO₄ কাচের বোতলে রাখা হয়। ব্যতিক্রম দুটি:

১. গাঢ় ও গরম ক্ষার (NaOH, KOH)। OH⁻ আয়ন Si–O–Si সেতু ভেঙে দেয়, আর তৈরি হয় পানিতে দ্রবণীয় সিলিকেট (silicate):

\ce{SiO2 + 2NaOH -> Na2SiO3 + H2O} \qquad \ce{SiO2 + 2KOH -> K2SiO3 + H2O}

আয়নিক রূপে: $\ce{SiO2 + 2OH- -> SiO3^2- + H2O}$ । ফলে কাচের তল ক্ষয়ে ঘোলা (frosted) হয়। NaOH-এর বোতলের কাচের ছিপি (glass stopper) সিলিকেট আর কার্বনেটের (বাতাসের CO₂ থেকে) আস্তরে আটকে যায়, তাই গাঢ় NaOH রাখা হয় পলিইথিলিনের (polyethylene) বোতলে বা রাবারের ছিপিতে।

২. হাইড্রোফ্লুরিক এসিড (hydrofluoric acid, HF)। HF একটি দুর্বল এসিড (weak acid), তবু এটি কাচ গলিয়ে দেয়, কারণ Si–F বন্ধন Si–O বন্ধনের চেয়েও শক্ত:

\ce{SiO2 + 4HF -> SiF4 ^ + 2H2O} \qquad \ce{SiF4 + 2HF -> H2SiF6}

শেষে তৈরি হয় দ্রবণীয় হাইড্রোফ্লুরোসিলিসিক এসিড (hydrofluorosilicic acid, H₂SiF₆)। বই সোডিয়াম সিলিকেট থেকে লিখেছে: $\ce{Na2SiO3 + 6HF -> 2NaF + SiF4 + 3H2O}$ — এটিও সমতাকৃত (balanced)। সব কাচই SiO₂-ভিত্তিক, তাই HF কাচের কোনো বোতলে রাখা যায় না — রাখা হয় পলিইথিলিন বা PTFE (Teflon) বোতলে। HF অত্যন্ত বিপজ্জনক: ত্বক ভেদ করে ভেতরে ঢুকে হাড়ের ক্যালসিয়ামের সঙ্গে বিক্রিয়া করে। ছাত্রছাত্রীরা কখনো HF ধরবে না।

নিচে কাচের জালিকায় নিজে ফোঁটা ফেলে দেখো:

Si O (সেতু, bridge) O⁻ / OH (ভাঙা প্রান্ত)ক্ষয় (etched): 0%

একটি বিকারক (reagent) বেছে নাও, তারপর কাচের ওপর ফোঁটা ফেলো।

নিজে যাচাই করো

HF বোরোসিলিকেট (পাইরেক্স) কাচের বোতলে রাখা যায় না কেন, অথচ গাঢ় HCl রাখা যায়?

ধাপ ৬: কাচপাত্র পরিষ্কার — ঠিক ময়লায় ঠিক পরিষ্কারক

ময়লা কাচপাত্রে পরীক্ষা করলে ফল ভুল হয় — আগের বিকারকের (reagent) অবশেষ নতুন বিক্রিয়ায় মিশে যায়, আর তেলতেলে ব্যুরেট বা পিপেট ঠিক আয়তন দেয় না। পরিষ্কারের সাধারণ ধাপ:

ব্যবহারের পরপরই ধোও। শুকিয়ে গেলে ময়লা তোলা অনেক কঠিন (বই: KMnO₄, লৌহ বা কপার লবণের দাগ)।
আগে ভেতরের অবশেষ ঠিক বর্জ্য-পাত্রে (waste container) ঢালো — বিপজ্জনক কিছু সিংকে নয়।
কলের পানি, ডিটারজেন্ট (detergent) আর ঠিক মাপের ব্রাশ (টেস্টটিউব ব্রাশ, ব্যুরেট ব্রাশ) দিয়ে ঘষো। টেস্টটিউব বাম হাতে ধরে ডান হাতে ব্রাশ চালাও; ব্রাশের ধাতব মাথা যেন তলায় ঠোকা না দেয়।
একগুঁয়ে গ্রিজ (grease): 10% Na₂CO₃ (washing soda) দ্রবণে বা ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্টে (alkaline lab detergent, যেমন Decon-90) কিছুক্ষণ ভিজিয়ে রাখো, তারপর ব্রাশ করো। অথবা অল্প অ্যাসিটোন (acetone) দিয়ে ধুয়ে তারপর পানি — অ্যাসিটোন দাহ্য (flammable), কাছে যেন আগুন না থাকে।
অজৈব দাগ (inorganic stain): ধাতুর অক্সাইড, হাইড্রক্সাইড বা কার্বোনেটের দাগ লঘু HCl-এ ওঠে। KMnO₄-এর বাদামি MnO₂ দাগের জন্য লঘু HCl-এর সঙ্গে কয়েক ফোঁটা H₂O₂।
কয়েকবার কলের পানি, তারপর অল্প অল্প পাতিত পানি (distilled water) দিয়ে 2–3 বার ধোও — কলের পানি শুকিয়ে লবণের দাগ রেখে যায়।
র‍্যাকে উল্টো করে রেখে পানি ঝরে শুকাতে দাও। ভেতরে কাগজ দিয়ে মুছবে না (আঁশ লেগে থাকে)।

ময়লা	কী দিয়ে তুলবে	কেন কাজ করে
তেল, গ্রিজ, চর্বি	ডিটারজেন্ট + ব্রাশ; 10% Na₂CO₃; ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্ট; অ্যাসিটোন	ডিটারজেন্ট গ্রিজকে ছোট ফোঁটায় ভাঙে (emulsify); ক্ষার চর্বিকে সাবানে পরিণত করে (saponification); অ্যাসিটোন গ্রিজ দ্রবীভূত করে
MnO₂ (KMnO₄-এর বাদামি দাগ)	লঘু HCl + সামান্য H₂O₂	H₂O₂ বিজারক (reducing agent) — MnO₂-কে দ্রবণীয় Mn²⁺ বানায়
Fe(OH)₃, মরিচা, কার্বোনেটের আস্তর	লঘু HCl	ক্ষারকীয় (basic) ময়লা এসিডে দ্রবণীয় লবণ হয়
শুকনো লবণ (যেমন NaCl)	শুধু পানি	পানিতে খুব দ্রবণীয় — সবচেয়ে মৃদু পরিষ্কারকই যথেষ্ট
সিলিকন গ্রিজ (স্টপকক)	টিস্যুতে মুছে ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্টে ভেজানো	পানি, অ্যাসিটোন বা ক্রোমিক এসিডে প্রায় ওঠে না

পেছনের রসায়ন:

\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-} \qquad \ce{MnO2 + H2O2 + 2H+ -> Mn^2+ + O2 + 2H2O} \qquad \ce{Fe(OH)3 + 3H+ -> Fe^3+ + 3H2O}

প্রথমটি দেখায় কেন Na₂CO₃ দ্রবণ ক্ষারীয় (alkaline) — এর OH⁻ চর্বি ভাঙে।

পাত্রটি সত্যিই পরিষ্কার কি না — পানি-ভাঙন পরীক্ষা

পরিষ্কার কাচের তলে অসংখ্য Si–OH গ্রুপ থাকে, যারা পানিকে টানে (hydrophilic, পানি-প্রিয়)। তাই ধোয়ার পর পরিষ্কার কাচে পানি একটানা পাতলা আস্তর (continuous film) হয়ে লেগে থাকে। কিন্তু সামান্য গ্রিজ থাকলেও সেই জায়গা পানিকে ঠেলে দেয় (hydrophobic), আর পানি ভেঙে ফোঁটা ফোঁটা (beads) হয়ে যায়। বই এটাই বলে: ধোয়ার পর গায়ে পানির ফোঁটা দেখা গেলে বুঝবে পাত্র পরিষ্কার হয়নি। একে বলে পানি-ভাঙন পরীক্ষা (water-break test)।

তেলতেলে কাচ ধোও (wash the greasy plate):

এই কাচে আঙুলের তেলের পাতলা আস্তর আছে — চোখে প্রায় দেখা যায় না। কলের নিচে ধরে দেখো।

“পরিষ্কার কাচ” বেছে কলের নিচে ধরো — পানি কেমন ছড়ায়?
“তেলতেলে কাচ” কলের নিচে ধরো।
তেলতেলে কাচ একটি পরিষ্কারক দিয়ে ধুয়ে আবার পরীক্ষা করো।

ব্যুরেট বা পিপেটের জন্য এটি খুব জরুরি: ক্রমাঙ্কনের সময় ধরা হয় তরল সমান আস্তর হয়ে নেমে আসবে। দেয়ালে ফোঁটা আটকে থাকলে সেই দ্রবণ ফ্লাস্কে পৌঁছায় না — পাঠ (reading) ভুল হয়।

নিজে যাচাই করো

ধোয়ার পর একটি পিপেটের ভেতরের দেয়ালে পানি ফোঁটা ফোঁটা হয়ে লেগে আছে। এর মানে কী?

ধাপ ৭: ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ — বইয়ের পদ্ধতি আর আজকের নিয়ম

বই ক্রোমিক এসিড মিশ্রণকে (chromic acid mixture, ক্লিনিং মিক্সচার) কাচ পরিষ্কারের “সর্বোত্তম” উপায় বলে, আর বোর্ড পরীক্ষাতেও প্রশ্ন আসে। তাই দুটিই জানো — বইয়ের উত্তর আর আজকের ল্যাবের নিয়ম।

এটি কী: পটাসিয়াম ডাইক্রোমেট (potassium dichromate, K₂Cr₂O₇) আর গাঢ় সালফিউরিক এসিডের (conc. H₂SO₄) মিশ্রণ। বইয়ের প্রস্তুত প্রণালী: 4 g K₂Cr₂O₇ 40 mL পানিতে দ্রবীভূত করে তাতে ধীরে ধীরে 40 mL গাঢ় H₂SO₄ মেশানো; মিশ্রণ 70–80 °C পর্যন্ত গরম হয়। এতে ক্রোমিক অ্যানহাইড্রাইড (chromic anhydride, CrO₃) তৈরি হয়:

\ce{K2Cr2O7 + H2SO4 -> K2SO4 + 2CrO3 + H2O}

কীভাবে পরিষ্কার করে: এটি তীব্র জারক (strong oxidising agent)। গ্রিজের মতো জৈব ময়লাকে জারিত (oxidise) করে CO₂ ও পানিতে ভেঙে দেয়। বোর্ডের উত্তরে একে “জায়মান অক্সিজেন [O]” দিয়ে লেখা হয়:

\ce{K2Cr2O7 + 4H2SO4 -> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O + 3[O]}

রং বদল: তাজা মিশ্রণ কমলা-লাল (Cr₂O₇²⁻, ক্রোমিয়ামের জারণ সংখ্যা +6)। ময়লা জারিত করতে করতে এটি নিজে বিজারিত (reduced) হয়ে সবুজ Cr³⁺ (+3) হয়ে যায়:

\ce{Cr2O7^2- + 14H+ + 6e- -> 2Cr^3+ + 7H2O}

মিশ্রণ সবুজ হয়ে গেলে এর জারণ ক্ষমতা শেষ — আর কাজ করে না।

অবশিষ্ট জারক Cr(VI) (oxidiser left): 100%

Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

কমলা ডাইক্রোমেট (Cr, +6) গ্রিজ জারিত (oxidise) করে নিজে বিজারিত (reduced) হয়ে সবুজ Cr³⁺ (+3) হয়। সবুজ হলে মিশ্রণের জারণ ক্ষমতা শেষ।

ব্যবহার (uses): 0 · রঙের পরিবর্তন আনুমানিক, শেখানোর জন্য (illustrative)।

আজ কেন প্রায় বাদ: ক্রোমিক এসিডে ষড়যোজী ক্রোমিয়াম, Cr(VI) — আন্তর্জাতিক ক্যান্সার গবেষণা সংস্থার (IARC) তালিকায় গ্রুপ ১ ক্যান্সার সৃষ্টিকারী (Group 1 carcinogen)। মিশ্রণটি অত্যন্ত ক্ষয়কারী (corrosive), ত্বকে ঘা করে, আর এর বর্জ্য পানিতে ফেলা যায় না। ক্রোমিয়ামের সামান্য অংশ কাচের তলে লেগেও থাকতে পারে। আধুনিক ল্যাবে এর বদলে ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্ট (Decon-90 ধরনের), ক্ষারীয় বাথ বা পারসালফেট-ভিত্তিক বাণিজ্যিক জারক ব্যবহার হয়। নিচের সিমুলেশনে দেখবে, ছয় রকম ময়লার কোনোটির জন্যই ক্রোমিক এসিড লাগে না।

প্রশ্ন	বোর্ডের উত্তর (বই)	আসল / বর্তমান নিয়ম
কাচ পরিষ্কারের সবচেয়ে কার্যকর মিশ্রণ?	ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ	ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্ট বা ক্ষারীয় বাথ; ক্রোমিক এসিড (Cr(VI), ক্যান্সার সৃষ্টিকারী) এড়ানো হয়
ক্রোমিক এসিড কোন ধরনের বিক্রিয়ায় পরিষ্কার করে?	জারণ (oxidation)	জারণ — ঠিক
মিশ্রণে কোন H₂SO₄?	“গাঢ় H₂SO₄ (2M)”	গাঢ় H₂SO₄ ≈ 18 M; 2 M লঘু এসিড, তাতে মিশ্রণ 70–80 °C গরম হতো না

নিজে যাচাই করো

অনেকবার ব্যবহারের পর ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ সবুজ হয়ে যায়। কেন?

ধাপ ৮: ল্যাব ও টেবিল পরিষ্কার রাখা

বই (অনুচ্ছেদ ১.৩) অনুযায়ী ল্যাব পরিষ্কার রাখার দায়িত্ব প্রত্যেক শিক্ষার্থীর:

ভাঙা কাচ, ব্যবহৃত ফিল্টার কাগজ (filter paper), ম্যাচের কাঠি, ছেঁড়া কাগজ সিংকে নয় — নির্দিষ্ট ডাস্টবিনে; ভাঙা কাচ আলাদা চিহ্নিত বাক্সে। সিংকে কঠিন ময়লা পড়লে পাইপ আটকায়।
বিকারক বোতল (reagent bottle) ব্যবহার শেষে সঙ্গে সঙ্গে ছিপি লাগিয়ে তাকে (shelf) নিজের জায়গায় ফেরত রাখো; টেবিলে ফেলে রাখবে না, ছিপি অদলবদল করবে না।
টেস্টটিউব ধুয়ে র‍্যাকে উল্টো করে রাখো, যাতে পানি ঝরে যায় আর ধুলা না ঢোকে।
রাসায়নিক নিক্তির (chemical balance) প্যান কাজ শেষে টিস্যু বা ফ্লানেল কাপড়ে মুছে, ওজন বাক্সের ওজন ঠিক জায়গায় রেখে, নিক্তির বাক্সের দরজা বন্ধ করো।
যাওয়ার আগে বার্নারের গ্যাস বন্ধ, টেবিল মোছা, আর সাবান দিয়ে হাত ধোয়া।

ধাপ ৯: এবার নিজে করে দেখো

ধারণাগুলো এখন তোমার জানা। এই ভার্চুয়াল ল্যাবের তিনটি অংশ:

ক. তাপীয় আঘাত (thermal shock): কাচের ধরন, টেস্টটিউবের তাপমাত্রা আর পানির বাথের তাপমাত্রা ঠিক করে ডোবাও। প্রতিবারের ΔT, পীড়ন আর ফলাফল খাতায় (notebook) উঠবে — সেখান থেকে দুই কাচের ফাটার সীমা খুঁজে বের করো।
খ. পরিষ্কার (cleaning): ছয়টি ময়লা পাত্র — তেলতেলে ব্যুরেট, KMnO₄-এর দাগওয়ালা টেস্টটিউব, মরিচা-রঙা বিকার, লবণ জমা বাটি, সিলিকন-গ্রিজ মাখা স্টপকক, মোম লাগা ওয়াচ গ্লাস। ঠিক পরিষ্কারক বেছে ধোও, তারপর পানি-ভাঙন পরীক্ষায় যাচাই করো।
গ. দক্ষতা (bench skills): স্টপারে কাচনল ঢোকানো, HF-এর বোতল বাছাই, আর তেলতেলে ব্যুরেটের পাঠ কেন ভুল হয়।

কাচ ও পরিষ্কারের টেবিল

Glass & cleaning bench

↗

একটি কাচ বেছে নাও, টেস্টটিউবের তাপমাত্রা আর পানির বাথের তাপমাত্রা ঠিক করো, তারপর ডোবাও। মডেল: σ = E·α·ΔT/(1 − ν), ভাঙন সীমা ≈ 40 MPa (আনুমানিক)।

টেস্টটিউব (tube): 80 °Cপানির বাথ (bath): 20 °C

ΔT = 60 K

চ্যালেঞ্জ (challenges)

0/5

সোডা-লাইম কাচ ফাটানোর জন্য সবচেয়ে ছোট ΔT খুঁজে বের করো (10 K-এর মধ্যে: একটিতে টিকবে, একটিতে ফাটবে), তারপর বোরোসিলিকেটের জন্যও (সোডা-লাইম —, বোরোসিলিকেট —)
ক্রোমিক এসিড ছাড়াই ছয়টি পাত্রই পরিষ্কার করো, আর প্রতিটির পানি-ভাঙন পরীক্ষায় (water-break test) পাস করাও (0/6)
ব্যুরেটের গায়ে পানির ফোঁটা লেগে থাকলে পাঠ ভুল হয় কেন? (অংশ গ)
HF কোন বোতলে রাখবে? (অংশ গ)
রাবার স্টপারে নিরাপদে কাচনল ঢোকাও (অংশ গ)

পর্যবেক্ষণ খাতা: তাপীয় আঘাত (thermal shock)

এখনো কিছু ডোবানো হয়নি। একটি টেস্টটিউব গরম করে বাথে ডোবাও।

বই পড়ার সময় সাবধান — এই অংশে বইয়ের কয়েকটি তথ্য ভুল বা পুরোনো:

“শক্ত পটাশ কাচ বা পাইরেক্স কাচ” (পৃ. ৫) — দুটিকে এক বলা হয়েছে। পাইরেক্স হলো বোরোসিলিকেট কাচ (≈ 80.6% SiO₂, 13% B₂O₃, 4% Na₂O + K₂O, 2.4% Al₂O₃)। শক্ত পটাশ কাচ (K₂O·CaO·xSiO₂) আলাদা, পুরোনো একটি কাচ।
পাইরেক্সের সংকেত “Na₂O·K₂O·ZnO·BaO·x(SiO₂·B₂O₃)”, “জিংক অক্সাইড ও বেরিয়াম বোরোসিলিকেটের মিশ্রণ” (পৃ. ৫–৬) — ল্যাবের বোরোসিলিকেট 3.3-এ উল্লেখযোগ্য ZnO বা BaO নেই (ISO 3585)। এর প্রসারণ সহগ 3.3 × 10⁻⁶ K⁻¹, সোডা-লাইমের ≈ 9 × 10⁻⁶ K⁻¹।
“পিপেট, ব্যুরেট পাইরেক্স কাচের তৈরি, তাই তাপে সহজে ভাঙে না” (পৃ. ৬ টিপস, পৃ. ২৪) — আয়তনিক কাচপাত্র (পিপেট, ব্যুরেট, আয়তনিক ফ্লাস্ক, মেজারিং সিলিন্ডার) কখনো গরম করা হয় না; গরম করলে ক্রমাঙ্কন নষ্ট হতে পারে (ISO 4787)। অনেক পিপেট আসলে সোডা-লাইম ধরনের কাচেরই। কনিক্যাল ফ্লাস্ক অবশ্য গরম করা যায়।
ক্রোমিক এসিড “সর্বোত্তম পরিষ্কারক” (পৃ. ৭–৯, ২৮) — এতে Cr(VI) আছে, যা গ্রুপ ১ ক্যান্সার সৃষ্টিকারী (IARC), অত্যন্ত ক্ষয়কারী এবং ফেলা কঠিন। আধুনিক ল্যাবে ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্ট ব্যবহার হয়। পরীক্ষায় MCQ-তে বইয়ের উত্তর (ক্রোমিক এসিড, জারণ) লেখো, কিন্তু আসল নিয়ম জেনে রাখো।
“গাঢ় H₂SO₄ (2M)” (পৃ. ৮) — স্ববিরোধী। 98% গাঢ় H₂SO₄ ≈ 18.4 M (ঘনত্ব 1.84 g/mL)। 2 M লঘু এসিড, তা মেশালে মিশ্রণ 70–80 °C গরম হতো না।
এসিড ত্বকে লাগলে “পানি দিয়ে ধুয়ে 5% NaHCO₃ দ্রবণ দিয়ে ধোও” (পৃ. ৯) — বর্তমান প্রাথমিক চিকিৎসা: অন্তত 15–20 মিনিট প্রচুর চলমান পানিতে ধোও, দূষিত পোশাক খুলে ফেলো; ত্বকে ক্ষার দিয়ে প্রশমন (neutralise) করতে যেয়ো না, তাতে ধোয়া দেরি হয় আর বিক্রিয়ায় তাপ বের হয়। বোর্ডের উত্তর: NaHCO₃।

ঘরে বসে পরীক্ষা: রান্নাঘরে পানি-ভাঙন পরীক্ষা

দুটি পরিষ্কার, স্বচ্ছ কাচের গ্লাস নাও। একটির ভেতরের গায়ে আঙুলে করে এক ফোঁটা রান্নার তেল ঘষে দাও।
দুটিই কলের পানিতে ভরে উপুড় করে পানি ফেলে দাও, তারপর আলোর দিকে ধরে ভেতরের দেয়াল দেখো। কোনটিতে পানি একটানা আস্তর হয়ে নামছে, কোনটিতে ফোঁটা ফোঁটা হয়ে আটকে আছে?
তেলওয়ালা গ্লাসটি শুধু পানি দিয়ে ঘষে আবার দেখো — বদলাল?
এবার ডিশ-ওয়াশিং সাবান বা এক চামচ কাপড় কাচার সোডা (washing soda, Na₂CO₃ — দোকানে “সোডা” নামে বিক্রি হয়) গোলানো গরম পানি দিয়ে ধুয়ে আবার পরীক্ষা করো।
খাতায় তিনটি পর্যবেক্ষণ লেখো আর পানি-প্রিয় (hydrophilic) ও পানি-বিমুখ (hydrophobic) তল দিয়ে ব্যাখ্যা করো।

নিরাপত্তা: কাপড় কাচার সোডা চোখে লাগলে জ্বালা করে — চোখে লাগলে সঙ্গে সঙ্গে অনেকক্ষণ পরিষ্কার পানি দিয়ে ধোও, আর কাজ শেষে হাত ধুয়ে নাও। কাচের গ্লাস সাবধানে ধরো, ভেজা অবস্থায় পিছলে যায়। গরম পানি বড়দের সাহায্যে নাও।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. ক্লিনিং মিক্সচার বা ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ কী? এটি কীভাবে কাচপাত্র পরিষ্কার করে, আর ব্যবহারে এর রং বদলায় কেন? (রা. বো. ২০১৬; চ. বো. ২০১৬)

পটাসিয়াম ডাইক্রোমেট (K₂Cr₂O₇) আর গাঢ় সালফিউরিক এসিডের (H₂SO₄) মিশ্রণকে ক্রোমিক এসিড মিশ্রণ বলে। এতে তৈরি CrO₃ তীব্র জারক; এটি কাচের গায়ে লেগে থাকা গ্রিজ ও তৈলাক্ত জৈব ময়লাকে জারিত করে দূর করে। বোর্ডের রূপ: $\ce{K2Cr2O7 + 4H2SO4 -> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O + 3[O]}$ ।

তাজা মিশ্রণ কমলা-লাল (Cr₂O₇²⁻)। ময়লা জারিত করতে করতে এটি নিজে বিজারিত হয়ে সবুজ Cr³⁺ (Cr₂(SO₄)₃) হয়: $\ce{Cr2O7^2- + 14H+ + 6e- -> 2Cr^3+ + 7H2O}$ । সবুজ হলে জারণ ক্ষমতা শেষ।

সঙ্গে লিখতে পারো: Cr(VI) ক্যান্সার সৃষ্টিকারী, তাই আধুনিক ল্যাবে এর বদলে ক্ষারীয় ল্যাব ডিটারজেন্ট ব্যবহার হয়।

২. গাঢ় NaOH ও HF কাচপাত্রের ক্ষয় করে কেন? সমীকরণসহ লেখো। HF কোন পাত্রে রাখা হয়?

কাচের মূল উপাদান সিলিকা (SiO₂)।

গাঢ় (বিশেষত গরম) NaOH-এর OH⁻ Si–O–Si সেতু ভেঙে দ্রবণীয় সোডিয়াম সিলিকেট তৈরি করে: $\ce{SiO2 + 2NaOH -> Na2SiO3 + H2O}$ (KOH-এর বেলায় $\ce{K2SiO3}$ )। ফলে কাচের তল ক্ষয়ে অমসৃণ ও ঘোলা হয়।
HF সিলিকার সঙ্গে বিক্রিয়া করে উদ্বায়ী SiF₄ আর পরে দ্রবণীয় H₂SiF₆ তৈরি করে: $\ce{SiO2 + 4HF -> SiF4 + 2H2O}$ , $\ce{SiF4 + 2HF -> H2SiF6}$ ।

সব কাচই (বোরোসিলিকেটও) SiO₂-ভিত্তিক, তাই HF রাখা হয় পলিইথিলিন বা PTFE (টেফলন) বোতলে; গাঢ় NaOH রাখা হয় পলিইথিলিনের বোতলে বা রাবারের ছিপিওয়ালা বোতলে।

৩. 95 °C তাপমাত্রার একটি সোডা-লাইম কাচের বিকার আর একটি বোরোসিলিকেট কাচের বিকার 20 °C পানিতে ডোবানো হলো। কোনটি ফাটার সম্ভাবনা বেশি? হিসাব করে দেখাও। (σ = EαΔT/(1 − ν); সোডা-লাইম: E = 70 GPa, α = 9.0 × 10⁻⁶ K⁻¹, ν = 0.22; বোরোসিলিকেট: E = 64 GPa, α = 3.3 × 10⁻⁶ K⁻¹, ν = 0.20; ভাঙন সীমা ≈ 40 MPa)

ΔT = 95 − 20 = 75 K।

সোডা-লাইম: $\sigma = \dfrac{70\times10^{9} \times 9.0\times10^{-6} \times 75}{1-0.22} = \dfrac{4.725\times10^{7}}{0.78} \approx 6.06\times10^{7}$ Pa ≈ 60.6 MPa > 40 MPa → ফাটার সম্ভাবনা বেশি।

বোরোসিলিকেট: $\sigma = \dfrac{64\times10^{9} \times 3.3\times10^{-6} \times 75}{1-0.20} = \dfrac{1.584\times10^{7}}{0.80} \approx 1.98\times10^{7}$ Pa ≈ 19.8 MPa, যা 40 MPa-এর চেয়ে কম → টিকে যাওয়ার কথা।

বোরোসিলিকেটের α প্রায় ১/৩, তাই একই ΔT-তে পীড়নও প্রায় ১/৩। (মানগুলো আনুমানিক — দেয়ালের পুরুত্ব আর আঁচড়ের ওপর আসল ফল নির্ভর করে।)

৪. 50 cm লম্বা একটি কাচনল 25 °C থেকে 325 °C পর্যন্ত গরম করা হলো। নলটি সোডা-লাইম হলে আর বোরোসিলিকেট হলে কতটা লম্বা হবে?

ΔT = 300 K, L = 0.50 m।

সোডা-লাইম: $\Delta L = 9.0\times10^{-6} \times 0.50 \times 300 = 1.35\times10^{-3}$ m = 1.35 mm।

বোরোসিলিকেট: $\Delta L = 3.3\times10^{-6} \times 0.50 \times 300 = 4.95\times10^{-4}$ m ≈ 0.50 mm।

সোডা-লাইম প্রায় 2.7 গুণ বেশি প্রসারিত হয় — তাই অসমান তাপে এতে পীড়নও বেশি।

৫. পাইরেক্স কাচ ও নরম কাচের মধ্যে পার্থক্য লেখো। কোন কাচপাত্র গরম করার কাজে ব্যবহার করা হয়, আর কোনগুলো কখনো গরম করা হয় না?

	নরম (সোডা-লাইম) কাচ	পাইরেক্স (বোরোসিলিকেট) কাচ
উপাদান	SiO₂ ≈ 72%, Na₂O ≈ 14%, CaO ≈ 9.5%	SiO₂ 80.6%, B₂O₃ 13%, Na₂O + K₂O 4%, Al₂O₃ 2.4%
প্রসারণ সহগ	≈ 9 × 10⁻⁶ K⁻¹	3.3 × 10⁻⁶ K⁻¹
নরম হয়	≈ 720 °C	≈ 825 °C
তাপীয় আঘাত	≈ 50 K-এ ফাটতে পারে	≈ 150 K পর্যন্ত টেকে
ব্যবহার	ওয়াচ গ্লাস, ফানেল, বোতল, সস্তা টেস্টটিউব	বিকার, কনিক্যাল ও গোলতলি ফ্লাস্ক, শক্ত টেস্টটিউব

গরম করা যায়: বোরোসিলিকেটের টেস্টটিউব, বিকার, কনিক্যাল ফ্লাস্ক, গোলতলি ফ্লাস্ক। কখনো গরম করা হয় না: পিপেট, ব্যুরেট, আয়তনিক ফ্লাস্ক, মেজারিং সিলিন্ডার — এগুলো 20 °C-এ ক্রমাঙ্কিত আয়তনিক কাচপাত্র।

৬. কাচপাত্র পরিষ্কারের সময় কী কী সতর্কতা নিতে হয়? পরিষ্কার হয়েছে কি না কীভাবে বুঝবে? (চ. বো. ২০১৭ ধরনের)

ব্যবহারের পরপরই ধোও; অবশেষ ঠিক বর্জ্য-পাত্রে ফেলো।
ময়লার ধরন বুঝে পরিষ্কারক বাছো: গ্রিজে ডিটারজেন্ট/10% Na₂CO₃/অ্যাসিটোন, অজৈব দাগে লঘু HCl (MnO₂-এ সঙ্গে H₂O₂), লবণে শুধু পানি।
চোখে নিরাপত্তা চশমা (safety goggles) আর হাতে গ্লাভস (gloves) পরো, বিশেষত এসিড, ক্ষার বা ক্রোমিক এসিড ব্যবহারে; অ্যাসিটোনের কাছে আগুন রাখবে না।
বেসিনে ঠোকা দেবে না, ব্রাশের ধাতব মাথা যেন তলায় না লাগে; গরম কাচ ঠান্ডা পানিতে দেবে না।
আয়তনিক কাচপাত্র গরম করে বা গরম ওভেনে শুকাবে না।
শেষে পাতিত পানি দিয়ে ধুয়ে উল্টো করে শুকাতে দাও।

যাচাই: পানি-ভাঙন পরীক্ষা — ধোয়ার পর ভেতরের দেয়ালে পানি একটানা আস্তর হয়ে থাকলে পাত্র পরিষ্কার; ফোঁটা ফোঁটা হয়ে লেগে থাকলে গ্রিজ রয়ে গেছে।