পারমাণবিক তত্ত্ব এবং গতি তত্ত্ব সম্পর্কিত প্রবন্ধ
পারমাণবিক তত্ত্ব
হাজার হাজার বছর ধরে প্রাচীন গ্রিকরা বিশ্বাস করত যে প্রতিটি বিশুদ্ধ পদার্থ (যেমন সোনা, লোহা ইত্যাদি) পরমাণু দ্বারা গঠিত। তাদের মতে, যদি কোনো বিশুদ্ধ পদার্থকে ছোট ছোট টুকরো করে কাটা হয়, তারপর সেই ক্ষুদ্র অংশগুলোকে আবার কাটা হয়, তারপর আবার কাটা হয়... এবং এই প্রক্রিয়া চলতে থাকে, তাহলে এমন ক্ষুদ্রতম টুকরো পাওয়া যাবে যা আর কাটা যায় না। এই ক্ষুদ্রতম টুকরোগুলোকেই পরমাণু বলা হয়। পরমাণু শব্দের অর্থ হলো “অবিভাজ্য” (গ্রিক ভাষা)।
সেই সময়ে পরমাণুকে অবিভক্ত বলে মনে করা হতো। কিন্তু পরবর্তীতে কিছু বিজ্ঞানী ইলেকট্রন এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াস (প্রোটন ও নিউট্রন) আবিষ্কার করেন, ফলে পরমাণুকে অবিভাজ্য মনে করার ধারণাটি ভুল প্রমাণিত হয়। সুতরাং, পরমাণু ইলেকট্রন (ঋণাত্মক চার্জযুক্ত) এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াস দ্বারা গঠিত। ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসকে প্রদক্ষিণ করে। নিউক্লিয়াসের ভেতরে প্রোটন (ধনাত্মক চার্জযুক্ত) এবং নিউট্রন (নিরপেক্ষ বা চার্জবিহীন) থাকে।
আরেকটি তত্ত্ব আছে; এর নাম অবিচ্ছিন্ন তত্ত্ব। এই তত্ত্ব অনুসারে, বিশুদ্ধ পদার্থকে অসীম পর্যন্ত বিভক্ত করা যায়। এই তত্ত্ব অনুযায়ী, ক্ষুদ্রতম খণ্ড বলে কিছু নেই। ক্ষুদ্রতম খণ্ডগুলোকেও আরও ছোট ছোট খণ্ডে কাটা যায়। ফলে, এটি অসীম হয়ে যায়। এই দুটি তত্ত্বের মধ্যে কোনটি সঠিক? সঠিক পারমাণবিক তত্ত্ব নাকি অবিচ্ছিন্ন তত্ত্ব?
পদার্থবিজ্ঞানে, কোনো তত্ত্ব যদি পরীক্ষণের মাধ্যমে প্রমাণিত হয়, তবে তা বৈজ্ঞানিকভাবে স্বীকৃত হবে। অষ্টাদশ, ঊনবিংশ ও বিংশ শতাব্দীতে বিজ্ঞানীদের পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে পারমাণবিক তত্ত্বটি সত্য প্রমাণিত হয়েছিল।
প্রথমে, নিম্নলিখিত বিষয়গুলো বুঝুন। মৌল হলো এমন বিশুদ্ধ পদার্থ যাকে রাসায়নিকভাবে অন্য কোনো পদার্থে বিভক্ত করা যায় না, যেমন সোনা (Au), লোহা (Fe), তামা (Cu), দস্তা (Zn), সোডিয়াম (Na), ক্যালসিয়াম (Ca), ক্লোরিন (Cl), নাইট্রোজেন (N), অক্সিজেন (O), হাইড্রোজেন (H) ইত্যাদি। মৌল ছাড়াও যৌগও রয়েছে। যৌগ মৌল দ্বারা গঠিত। যেহেতু এটি মৌল দ্বারা গঠিত, তাই যৌগকেও মৌলে বিভক্ত করা যায়। যৌগের উদাহরণ হলো পানি।
কোনো মৌলের ক্ষুদ্রতম অংশ হলো পরমাণু, আর কোনো যৌগের ক্ষুদ্রতম অংশ হলো অণু। পরমাণুগুলো একসাথে লেগে থেকে অণু গঠন করে। বিশুদ্ধ সোনা একটি মৌলের উদাহরণ। বিশুদ্ধ সোনা সোনার (Au) পরমাণু দ্বারা গঠিত। লোহার টুকরাও মৌলের উদাহরণ। লোহা লোহার (Fe) পরমাণু দ্বারা গঠিত। সুতরাং, মৌল হলো একটি বিশুদ্ধ পদার্থ যা একই ধরনের পরমাণু দ্বারা গঠিত।
যে জল আপনি প্রায়শই দেখেন, হাতে ধরেন এবং পান করেন, তা জলের অণু দ্বারা গঠিত (এর রাসায়নিক সংকেত হল H)।2পানির অণু দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু (H) এবং একটি অক্সিজেন পরমাণু (O) নিয়ে গঠিত।
পারমাণবিক তত্ত্বের কয়েকটি প্রমাণ নিচে দেওয়া হলো:
প্রথমত, অবিরাম তুলনার সূত্র।
তুলনার সূত্রানুসারে, মৌলসমূহ একত্রিত হয়ে যৌগ গঠন করলে, গঠিত যৌগগুলোর ভরের অনুপাত একই থাকে। উদাহরণস্বরূপ, লবণ। আমরা যে লবণ দেখি তা লবণ অণু (NaCl) দ্বারা গঠিত একটি যৌগ। স্বাভাবিকভাবেই, লবণ অণু সর্বদা ২৩ ভাগ সোডিয়াম (Na) এবং ৩৫ ভাগ ক্লোরিন (Cl) দ্বারা গঠিত হয়।
ধারাবাহিক তত্ত্ব এটি ব্যাখ্যা করতে পারে না, কিন্তু পারমাণবিক তত্ত্ব পারে। পারমাণবিক তত্ত্ব অনুসারে, পরমাণু হলো কোনো মৌলের ক্ষুদ্রতম অংশ, আর একারণেই পরমাণুর ভর আছে। একটি যৌগের মৌলগুলোর ভরের অনুপাত অবশ্যই সেই মৌলটি গঠনকারী পরমাণুগুলোর আপেক্ষিক ভরের সাথে সম্পর্কিত হতে হবে। যৌগ গঠনকারী প্রতিটি মৌলের সংখ্যার উপর ভিত্তি করে বিজ্ঞানীরা পরমাণুগুলোর আপেক্ষিক ভর নির্ধারণ করেন। একে আপেক্ষিক বলা হয়, কারণ একটি মৌলের আপেক্ষিক ভরকে অন্যান্য মৌলীয় পরমাণুর আপেক্ষিক ভরের সাথে তুলনা করা হয়।
হাইড্রোজেন সবচেয়ে হালকা পরমাণু, তাই এটিকে একটি মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহার করা হয়। একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর (H) আপেক্ষিক ভরকে ১ ধরা হয়। হাইড্রোজেন পরমাণুর আপেক্ষিক ভরকে মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহার করে, কার্বন পরমাণুর (C) আপেক্ষিক ভরকে ১২ ধরা হয়।
অক্সিজেন পরমাণুর (O) আপেক্ষিক ভরকে ১৬ ধরা হয় এবং এভাবেই চলতে থাকে (মৌলের পর্যায় সারণী দেখুন)। কার্বন পরমাণুর আপেক্ষিক ভর = ১২ এর অর্থ হলো, একটি কার্বন পরমাণুর ভর একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর (H) ভরের চেয়ে ১২ গুণ বেশি। অক্সিজেন পরমাণুর আপেক্ষিক ভর = ১৬ এর অর্থ হলো, একটি অক্সিজেন পরমাণুর ভর একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর (H) ভরের চেয়ে ১৬ গুণ বেশি।
আন্তর্জাতিক পদ্ধতিতে (এসআই) আমাদের একটি ভরের মানক রয়েছে, যা হলো ইরিডিয়াম প্ল্যাটিনাম, যা ফ্রান্সের আন্তর্জাতিক ওজন ও আকার নির্ধারণকারী প্রতিষ্ঠানগুলিতে সংরক্ষিত থাকে। আন্তর্জাতিক চুক্তি অনুসারে, ইরিডিয়াম প্ল্যাটিনামের ভর হলো ১ কেজি, যা একটি আদর্শ কিলোগ্রাম। পারমাণবিক স্কেলে, আমাদের আরও একটি ভরের মানক রয়েছে, যা হলো ¹²C কার্বন পরমাণু। আন্তর্জাতিক চুক্তি অনুসারে, ১টি ¹²C কার্বন পরমাণুর ভর হলো ১২,০০০ একীভূত পারমাণবিক ভর একক (সংক্ষেপে u)।
১ u = ১.৬৬ x ১০-27 কেজি.
১টি কার্বন পরমাণুর (C) ভর = ১২.০০০০ u, ১টি হাইড্রোজেন পরমাণুর (H) ভর = ১.০০৭৮ u, ১টি অক্সিজেন পরমাণুর (O) ভর = ১৫.৯৯৯৪ u, ১টি সোডিয়াম পরমাণুর ভর = ২২.৯৮৯৭ u ইত্যাদি। পারমাণবিক ভর মৌলসমূহের পর্যায় সারণিতে সম্পূর্ণভাবে দেখা যায়।
পারমাণবিক ভরের পাশাপাশি আণবিক ভরও রয়েছে। আণবিক ভর হলো একটি অণুর সকল পরমাণুর মোট ভর। উদাহরণস্বরূপ, একটি লবণ অণুর (NaCl) ভর = একটি সোডিয়াম (Na) পরমাণুর ভর + একটি ক্লোরিন (Cl) পরমাণুর ভর। পানির অণুর (H₂O) ভর2O) = ২টি হাইড্রোজেন পরমাণুর (H) ভর + একটি অক্সিজেন পরমাণুর (O) ভর।
দ্বিতীয়ত, বাদামী গতি
প্রাচীনকালে রবার্ট ব্রাউন নামে একজন ইংরেজ জীববিজ্ঞানী ছিলেন। তিনি জলে রাখা পরাগরেণু নিয়ে গবেষণা করছিলেন (১৮২৭)। অণুবীক্ষণ যন্ত্রের সাহায্যে জল ও পরাগরেণু দেখা যায়। পরাগরেণুকে নিজে থেকেই নড়তে দেখে রবার্ট ব্রাউনের কাছে বিষয়টি অদ্ভুত মনে হয়েছিল। এটি অদ্ভুত কারণ পরাগরেণু নড়াচড়া করে। পরাগরেণুর নড়ার দিকটি এলোমেলো, কিন্তু অবিচ্ছিন্ন। তিনি সন্দেহ করেন যে এই নড়াচড়াটি একটি প্রাণের ব্যাপার, যেখানে পরাগরেণু বেঁচে থাকে যাতে এটি চলাচল করতে পারে। কিন্তু তার অনুমান ভুল ছিল, কারণ পরাগরেণুর মতো ক্ষুদ্র জৈব কণাও জলে রাখলে নড়াচড়া করে। এই নড়াচড়াকে ব্রাউনীয় গতি বলা হয়।
গতি তত্ত্বের বিকাশ না হওয়া পর্যন্ত এই আবিষ্কারটি ব্যাখ্যা করা সম্ভব নয়।
গতিবিদ্যা তত্ত্ব
কাইনেটিক শব্দের অর্থ হলো গতিশীল হওয়া (গ্রিক)। কাইনেটিক তত্ত্ব অনুসারে, প্রতিটি পদার্থ পরমাণু বা অণু দ্বারা গঠিত এবং এই পরমাণু বা অণুগুলো অবিরাম ও এলোমেলোভাবে চলাচল করে।
গতিশীল অবস্থায় পরমাণু বা অণুর একটি বেগ থাকে। পরমাণু বা অণুর ভরও আছে। যেহেতু এর ভর (m) এবং বেগ (v) আছে, তাই পরমাণু বা অণুর গতিশক্তি (EK) এবং ভরবেগ (p) থাকে। গতিশক্তি: EK = 1/2 mv2ভরবেগ হলো p = m v। ভরবেগ ছাড়াও বল রয়েছে। গতিশীল অবস্থায় সংঘর্ষের সম্ভাবনা থাকে। সুতরাং, সংঘর্ষ ঘটলে ভরবেগের পরিবর্তনের কারণে বলের উদ্ভব হয়।
বলা যায় যে, গতি তত্ত্ব গতিশক্তি, ভরবেগ এবং বলের উপর ভিত্তি করে গঠিত। গতিবিদ্যা (নিউটনের সূত্র, ঘাত এবং ভরবেগ) বিষয়ে এই তিনটি বিষয় নিয়ে আলোচনা করা হয়। পার্থক্য হলো, গতি তত্ত্বে আমরা গতিবিদ্যাকে পরমাণু বা অণুর স্তরে প্রয়োগ করি। গতি তত্ত্বটি বয়েল (১৬২৭-১৬৯১), ড্যানিয়েল বার্নোলি (১৭০০-১৭৮২), জুল (১৮১৮-১৮৮৯), ক্রনিগ (১৮২২-১৮৭৯), রুডলফ ক্লাউসিয়াস (১৮২২-১৮৮৮) এবং ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল (১৮৩১-১৮৭৯) দ্বারা বিকশিত হয়েছিল।
এই গতি তত্ত্বের অস্তিত্ব ব্রাউনের আবিষ্কারকে ব্যাখ্যা করতে পারে। গতি তত্ত্ব অনুসারে, দ্রুত গতিসম্পন্ন জলের অণু পরাগরেণুকে চালিত করে এবং এর ফলেই এটি চলাচল করে। জলের অণুর সংখ্যা বিপুল হওয়ায় পরাগরেণু বিভিন্ন দিক থেকে ধাক্কা খায়।
ধ্রুবক তুলনার সূত্র এবং ব্রাউন মোশনের আবিষ্কারের উপর ভিত্তি করে, বিজ্ঞানীরা পারমাণবিক তত্ত্বে ক্রমশ বিশ্বাস স্থাপন করছেন। পরমাণু হলো যেকোনো পদার্থের ক্ষুদ্রতম অংশ। সুতরাং, পরমাণুর একটি আকার আছে। একটি পরমাণুর আকার কত?
১৯০৫ সালে আইনস্টাইন তাত্ত্বিকভাবে পরমাণুর আকার নিয়ে অনুসন্ধান করেন। পারমাণবিক তত্ত্ব, গতি তত্ত্ব এবং পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে প্রাপ্ত তথ্যের উপর ভিত্তি করে তিনি দেখতে পান যে, পরমাণুর ব্যাস প্রায় ১০ মাইক্রোমিটার।-10 সুতরাং, গণনার মাধ্যমে পরমাণুর ব্যাস নির্ণয় করা হয়। পরমাণুর আকার আবিষ্কৃত হওয়ায় পারমাণবিক তত্ত্বের পাশাপাশি গতি তত্ত্বও স্বীকৃতি পেয়েছে।
