পদার্থের দশা বিষয়ক প্রবন্ধ (আণুবীক্ষণিক বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে)
দৈনন্দিন জীবনে আমরা প্রায়শই পদার্থের তিনটি ভিন্ন অবস্থার সম্মুখীন হই। এগুলো হলো কঠিন পদার্থ (যেমন, পাথর, লোহা ইত্যাদি), তরল পদার্থ (পানি, পেট্রোল ইত্যাদি) এবং গ্যাসীয় পদার্থ (বায়ু ইত্যাদি)। এই পদার্থগুলোর আকৃতি ও আয়তন বজায় রাখার ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে এদের তিন অবস্থাকে আলাদা করা যায়।
কঠিন পদার্থ সাধারণত একটি নির্দিষ্ট আকার এবং আয়তন বজায় রাখে। তরল কোনো নির্দিষ্ট আকার ধরে রাখে না, বরং যে পাত্রে থাকে তার সাথে নিজেকে মানিয়ে নেয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি আমরা একটি গ্লাসে জল রাখি, তবে এর আকার গ্লাসের মতো হয়ে যায়। যদি বাথটাবে জল রাখা হয়, তবে এর আকার বাথটাবের মতো হয়ে যায়। তরলের আয়তন সাধারণত সর্বদা স্থির থাকে। এক গ্লাস জল যদি বাথটাবে রাখা হয়, তবে গ্লাসে জলের পরিমাণ একই থাকে। জলের আকার পরিবর্তিত হতে পারে, কিন্তু এর আয়তন কখনও পরিবর্তিত হয় না। মনে রাখবেন যে, যথেষ্ট বল প্রয়োগ করা হলে কঠিন এবং তরল পদার্থের পরিমাণ পরিবর্তিত হতে পারে।
গ্যাসের ক্ষেত্রে কী হয়? গ্যাসের কোনো নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন নেই। গ্যাসের আকার ও আয়তন সর্বদা এটি যে পাত্রে থাকে তার আকার ও আয়তনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি আমরা একটি গাড়ির টায়ারে গ্যাস ভরি, তাহলে গ্যাসের পরিবর্তন গাড়ির টায়ারের মতোই হয়। আয়তনের ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। কোনো আবরণের মধ্যে থাকলে, গ্যাস ছড়িয়ে পড়ে টায়ারের পুরো জায়গাটি পূর্ণ করে। এক্ষেত্রে, গ্যাসের পরিমাণ টায়ারের আয়তনের মতোই পরিবর্তিত হয়। যদি আমরা একটি বেলুনে ফুঁ দিই (অর্থাৎ বেলুনে বাতাস ভরি), তাহলে বাতাসের আকার ও আয়তন বেলুনের আকার ও আয়তনের মতোই পরিবর্তিত হবে।
এখন পর্যন্ত আমরা কেবল পদার্থের তিনটি রূপকে তাদের স্থূল বৈশিষ্ট্যের (স্থূল বৈশিষ্ট্য = পদার্থের আকৃতি ও আকার) উপর ভিত্তি করে আলাদা করেছি। অবশ্যই, এটি আমাদের প্রতিদিনের পরিমাপ ও পর্যবেক্ষণের ফলাফলের উপর ভিত্তি করে করা হয়েছে। আমরা পদার্থের তিনটি রূপের মধ্যে পার্থক্য দেখব তাদের আণুবীক্ষণিক বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে। প্রতিটি পদার্থ পরমাণু বা অণু দ্বারা গঠিত। যখন আমরা বলি একটি শিলা স্থিতিশীল, আমরা কখনই জানি না যে এর ভিত্তির ভিতরে থাকা পরমাণু বা অণুগুলোর সাথে কী ঘটে যার ফলে পাথরটি কঠিন হয়। একইভাবে জল বা পানির ক্ষেত্রেও। পরমাণু বা অণুগুলোর কী সমস্যা যে তারা জমাট বাঁধে, যার ফলে জলের দশা তরল হয় এবং বায়ুমণ্ডল দেখা যায় না।
আণুবীক্ষণিক বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে পদার্থের গঠন
আণুবীক্ষণিক বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে কঠিন, তরল এবং গ্যাসীয় পদার্থের পার্থক্য আলোচনা করার আগে, আসুন একটি বস্তু পর্যালোচনা করা যাক। উদাহরণস্বরূপ, পাথর। আমরা যদি বালির দিকে মনোযোগ সহকারে তাকাই, তাহলে দেখব যে পাথরের প্রতিটি অংশ একসাথে লেগে থাকে। একে লাথি মারা বা ছুঁড়ে ফেলা হলেও এর আকৃতি এবং আয়তন কখনও পরিবর্তন হয় না। সাধারণত, পাথরের সমস্ত উপাদান সর্বদা একটি একক হিসেবেই থাকে। এমনটা কেন হয়? আসুন এক মুহূর্ত ভাবা যাক।
পাথরের ভেতরে পরমাণু বা অণু থাকে। এবার একটি শিলা কল্পনা করুন। ভাবার চেষ্টা করুন যে বালি ছোট ছোট টুকরো দিয়ে গঠিত। আরও ভাবুন, পাথরের টুকরোগুলো ক্রমশ ছোট হতে থাকে। পরমাণুগুলোকে একটি ক্ষুদ্র বলের মতো কল্পনা করুন। এর পরিবর্তে, অণুগুলো কয়েকটি বল একসাথে লেগে থাকার ফলে গঠিত হয়।
শিলার মধ্যে এত অল্প সংখ্যক অণু বা পরমাণু থাকে। আপনি কি একটি পাথরের মধ্যে থাকা পরমাণুগুলোর কথা কল্পনা করতে পারেন?
একটি পরমাণুর ব্যাস প্রায় ১০⁻¹⁰ মিটার । যদি আপনি একটি পরমাণুকে একটি বলের মতো কল্পনা করেন, তাহলে বলটির ব্যাস হবে ১০⁻¹⁰ মিটার । এটি অত্যন্ত ক্ষুদ্র এবং খালি চোখে দেখা যায় না… কেবল কল্পনা করা যায়। অণু হলো পরমাণুর একত্রে লেগে থাকা রূপ, তাই একটি অণুর আকার পরমাণুর চেয়ে অনেক বেশি। কিন্তু এটিও খালি চোখে দেখা যায় না।
যদি পরমাণু বা অণুগুলো একটি একক হিসেবে না থাকে, তাহলে তো পাথরের প্রতিটি অংশ একসাথে লেগে থাকে না। পাথরের প্রতিটি টুকরো একসাথে লেগে থাকে, যার ফলে পাথরটির আকৃতি কঠিন হয়। পরমাণু বা অণুগুলো আলাদা হয়ে যায় না কেন?
প্রকৃতপক্ষে, পরমাণু বা অণুগুলো একে অপরকে আকর্ষণ করে। যদি পরমাণু বা অণুগুলো একত্রিত না হতো, তাহলে অবশ্যই তারা চারদিকে ছড়িয়ে পড়ত। প্রতিটি পরমাণু বা অণু তার কোনো বন্ধুকে বিদায় জানাত। ফলে, পাথরের টুকরোগুলো সর্বত্র ছড়িয়ে পড়ত। শিলার অংশগুলোও ছড়িয়ে যেত এবং শেষ পর্যন্ত আমরা সেগুলো দেখতে পেতাম না। পাথরের টুকরোগুলোও পরমাণু বা অণু দ্বারা গঠিত। পরমাণুগুলোর আকার অত্যন্ত ক্ষুদ্র, তাই যদি সেগুলো আলাদা থাকত, তাহলে অবশ্যই আমরা সেগুলো দেখতে পেতাম না… কিন্তু বাস্তবতা এমন নয়।
পাথরটিকে নিরেট দেখায়, এর প্রতিটি অংশ একে অপরের সাথে লেগে থাকে। সুতরাং, আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে, কঠিন বস্তু গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলো অবশ্যই পরস্পরকে আকর্ষণ করে।
পরমাণু বা অণুর মধ্যকার আকর্ষণ বল হলো একটি তড়িৎচুম্বকীয় বল। আকর্ষণ বলের উপস্থিতির কারণে পরমাণু বা অণুগুলো একে অপরের কাছাকাছি আসে। যখন তারা সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, তখন পরমাণু বা অণুর সবচেয়ে বাইরের অংশের ইলেকট্রনগুলো পরস্পরকে বিকর্ষণ করে (বৈদ্যুতিক বিকর্ষণ)। এই দূরত্বের কারণে পরমাণু ও অণুগুলো পেছনের দিকে সরে যায়। যদিও পরমাণু বা অণুগুলো পেছনের দিকে সরে যায়, কিন্তু আকর্ষণ বল থাকার কারণে তারা আবার একে অপরের কাছে চলে আসে। পরমাণু বা অণুগুলো একটি ন্যূনতম দূরত্ব বজায় রেখে সামনে-পেছনে চলাচল করে (কম্পন করে)।
প্রকৃত আণুবীক্ষণিক বৈশিষ্ট্যের ভিত্তিতে কঠিন, তরল ও গ্যাসীয় পদার্থের মধ্যে পার্থক্যটি হলো এই তিনটি পদার্থের পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণের শক্তি ও দুর্বলতা।
কঠিন
কঠিন পদার্থে পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল এতটাই প্রবল যে, কঠিন পদার্থ গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলো সর্বদা একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে থাকে। কঠিন পদার্থের পরমাণু বা অণুগুলো সামনে-পিছনে চলাচল করে (কম্পন করে), কিন্তু তারা একই স্থানে কম্পিত হতে থাকে।
এই কঠিন পদার্থগুলোর পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণের শক্তির কারণেই এদের কঠিন আকার ও আয়তন সর্বদা স্থির থাকে। ছুঁড়ে ফেলা বা আঘাত করা হলেও পাথর বা লোহার আকৃতি সহজে পরিবর্তন হয় না, কারণ এদের পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল প্রবল। যখন আপনি কোনো বালতি বা বাথটাবে পাথর বা ধাতু রাখেন, তখন পাথর বা ধাতুর আয়তন কখনও পরিবর্তিত হয় না। সুতরাং, এই কঠিন পদার্থগুলো গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার শক্তিশালী আকর্ষণই এদেরকে একটি একক সত্তায় ধরে রাখে এবং এদের আকৃতিকে কঠিন বলে মনে হয়।
কঠিন পদার্থ গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলোর অবস্থান ছবির মতো (যা ক্রিস্টাল ল্যাটিস নামেও পরিচিত)। এই ছবিটি বিবর্ধিত। পরমাণু বা অণুগুলো অত্যন্ত ক্ষুদ্র।
তরল
তরল পদার্থে পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ বল কম শক্তিশালী হয়, তাই তারা সম্পূর্ণ স্বাধীনভাবে সামনে-পিছনে চলাচল করতে পারে এবং একে অপরের উপর উপরিপাতিত হতে পারে। যে পরমাণু বা অণুগুলো তরল তৈরি করে, তারা সত্যিই স্বাধীনভাবে চলাচল করতে পারে, কিন্তু তারা তাদের সঙ্গীদের থেকে বিচ্ছিন্ন হতে পারে না। আকর্ষণের তীব্রতা তাদেরকে বিক্ষিপ্ত হওয়া থেকে বিরত রাখতে পারে।
কারণ হলো, তরলের রূপ পরিবর্তন হতে পারে, কিন্তু এর আয়তন সর্বদা স্থির থাকে। যখন আমরা একটি গ্লাসে জল রাখি, তখন পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল এত শক্তিশালী হয় না যে জলের আকৃতি গ্লাসের মতো পরিবর্তিত হতে পারে। যখন আমরা একটি বাথটাবে জল রাখি, তখন পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার কম আকর্ষণ বলের কারণে জল বাথটাবের আকৃতির সাথে নিজের আকৃতি মিলিয়ে নেয়। তরলের আয়তন সর্বদা স্থির থাকে, কারণ পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল তখনও তাদের একত্রে ধরে রাখতে পারে। যে পরমাণু বা অণুগুলো জল তৈরি করে, সেগুলো বিক্ষিপ্ত থাকে না, তাই এর আয়তন সর্বদা স্থির থাকে।
তরল গঠনকারী পরমাণু বা অণুর অবস্থান, যেমনটি ছবিতে দেখানো হয়েছে (তীরচিহ্নটি গতির দিক নির্দেশ করে)।
গ্যাস
গ্যাসীয় পদার্থে পরমাণু বা অণুগুলোর মধ্যে আকর্ষণ দুর্বল থাকে। তাদের মধ্যে কোনো বন্ধন না থাকায় তারা অবাধে চলাচল করতে পারে। এই দুর্বল আকর্ষণের কারণে গ্যাসীয় পদার্থ গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলো সর্বত্র ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকে। কঠিন বা তরল পদার্থ গঠনকারী পরমাণুগুলোর তুলনায় গ্যাসীয় পদার্থ গঠনকারী পরমাণুগুলো বেশি মুক্ত থাকে।
গ্যাস গঠনকারী পরমাণু বা অণুগুলোর অবস্থান চিত্রে দেখানো হয়েছে।
ভঙ্গুর আকর্ষণের কারণেই গ্যাসীয় পদার্থের আকৃতি ও আয়তন পরিবর্তিত হতে পারে এবং চোখ দিয়ে বাতাস দেখা যায় না। পরমাণু বা অণুর আকার এতটাই ছোট যে, যদি সেগুলোকে সর্বত্র ছড়িয়ে দেওয়া হয়, তবে আমরা সেগুলোকে দেখতে পাই না। বালি বা চিনির আকার পরমাণু বা অণুর চেয়ে অনেক বড়, তাই ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকলেও বালির কণাগুলোকে চোখে দেখা যায়, যদিও তা কিছুটা কৌশলপূর্ণ।
কঠিন বা তরল পদার্থ দেখা যায় কারণ এর পরমাণু বা অণুগুলো বিক্ষিপ্ত থাকে না। কঠিন ও গ্যাসীয় পদার্থের মধ্যে আকর্ষণ শক্তি তাদের একত্রে ধরে রাখতে পারে। গ্যাসীয় পদার্থের আকর্ষণ শক্তি দুর্বল হওয়ায় এটি পরমাণু বা অণুগুলোকে একত্রে ধরে রাখতে পারে না। এই সামান্য আকর্ষণের কারণেই গ্যাস ও তরল পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে।
