বিজ্ঞানী টিমটিম
আজ রাতের আকাশঢাকার আকাশে আজ রাতে কী দেখা যাবে?লাইভ ম্যাপ

এসএসসি রসায়ন · অধ্যায় ২

পদার্থের অবস্থা

এক কথায়

পদার্থ সাধারণত তিন অবস্থায় থাকে: কঠিন, তরল ও গ্যাস। পার্থক্যটা আসে কণাগুলোর মধ্যকার আকর্ষণ বল আর তাদের গতিশক্তি থেকে। তাপ দিলে কণার গতিশক্তি বাড়ে, আকর্ষণ ঢিলে হয়, ফলে কঠিন গলে তরল আর তরল বাষ্প হয়ে গ্যাসে পরিণত হয়। তাপ সরালে ঘটে উল্টোটা।

পদার্থ কী, আর তার অবস্থা কয়টি

যার ভর আছে এবং যা জায়গা দখল করে, তা-ই পদার্থ। পানি, বাতাস, লোহা, এমনকি তোমার শরীর সবই পদার্থ। প্রতিদিনের পৃথিবীতে পদার্থকে আমরা তিনটি ভৌত অবস্থায় দেখি: কঠিন, তরল ও গ্যাসীয়।

একই পদার্থ তিন অবস্থাতেই থাকতে পারে। বরফ, পানি আর জলীয় বাষ্প রাসায়নিকভাবে একই জিনিস, H2O। শুধু কণাগুলো কতটা কাছাকাছি আর কতটা ছুটোছুটি করছে, সেটাই বদলায়। তাই অবস্থার পরিবর্তন একটি ভৌত পরিবর্তন, নতুন কোনো পদার্থ তৈরি হয় না।

খুব উচ্চ তাপমাত্রায় পরমাণু থেকে ইলেকট্রন আলাদা হয়ে আয়নিত গ্যাস তৈরি হয়, একে প্লাজমা বলে। সূর্য ও বজ্রপাতের ঝলকে প্লাজমা দেখা যায়। পাঠ্যবইয়ের মূল আলোচনা অবশ্য কঠিন, তরল ও গ্যাস ঘিরেই।

কণার গতিতত্ত্ব: সব ব্যাখ্যার চাবি

পদার্থের আচরণ বোঝার সবচেয়ে কাজের ধারণা হলো কণার গতিতত্ত্ব (kinetic particle theory)। এর মূল কথাগুলো মনে রাখলে পুরো অধ্যায় সহজ হয়ে যায়।

  • সব পদার্থ অতি ক্ষুদ্র কণা (অণু, পরমাণু বা আয়ন) দিয়ে গঠিত।
  • কণাগুলো সবসময় গতিশীল; কঠিনে শুধু নিজ অবস্থানে কাঁপে, তরলে একে অপরের পাশ দিয়ে গড়িয়ে চলে, গ্যাসে মুক্তভাবে ছোটে।
  • কণাগুলোর মধ্যে আকর্ষণ বল (আন্তঃআণবিক শক্তি) কাজ করে; কঠিনে সবচেয়ে বেশি, গ্যাসে সবচেয়ে কম।
  • কণাগুলোর মাঝে ফাঁকা জায়গা আছে; কঠিনে সবচেয়ে কম, গ্যাসে সবচেয়ে বেশি।
  • তাপমাত্রা বাড়ালে কণার গড় গতিশক্তি বাড়ে।

কঠিন, তরল ও গ্যাসের তুলনা

কঠিনের নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন আছে, কারণ কণাগুলো শক্ত আকর্ষণে নির্দিষ্ট জায়গায় আটকে থাকে। তরলের আয়তন নির্দিষ্ট কিন্তু আকার নেই, যে পাত্রে রাখো সেই পাত্রের আকার নেয়। গ্যাসের আকার বা আয়তন কোনোটাই নির্দিষ্ট নয়, যত বড় পাত্রই হোক পুরোটা ভরে ফেলে।

গ্যাসকে সহজে চাপ দিয়ে সংকুচিত করা যায়, কারণ কণাগুলোর মাঝে অনেক ফাঁকা জায়গা। এ কারণেই রান্নার সিলিন্ডারে অনেক গ্যাস অল্প জায়গায় ভরা যায়। তরল ও কঠিন প্রায় অসংকোচনীয়।

  • আকর্ষণ বল: কঠিন > তরল > গ্যাস
  • কণার গতিশক্তি: গ্যাস > তরল > কঠিন
  • আন্তঃকণা ফাঁকা স্থান: গ্যাস > তরল > কঠিন
  • ঘনত্ব (সাধারণত): কঠিন > তরল > গ্যাস; ব্যতিক্রম পানি, বরফ পানির চেয়ে হালকা বলে ভাসে

গলন, হিমায়ন ও গলনাঙ্ক

কঠিনকে তাপ দিলে কণাগুলো জোরে কাঁপতে থাকে। একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় তারা আকর্ষণ ছিঁড়ে নড়াচড়া শুরু করে, কঠিন তরলে পরিণত হয়। এই প্রক্রিয়া গলন, আর যে তাপমাত্রায় এটি ঘটে তা গলনাঙ্ক। প্রমাণ চাপে (1 atm) বরফের গলনাঙ্ক 0 °C বা 273 K।

উল্টো প্রক্রিয়ায় তরল ঠান্ডা হয়ে কঠিন হয়, একে হিমায়ন বলে। বিশুদ্ধ পদার্থের গলনাঙ্ক ও হিমাঙ্ক একই। গলনাঙ্ক নির্দিষ্ট ও তীক্ষ্ণ হলে বোঝা যায় পদার্থটি বিশুদ্ধ; ভেজাল থাকলে গলনাঙ্ক কমে যায় এবং একটা পরিসর জুড়ে গলে।

তাপমাত্রার রূপান্তর: K = °C + 273 (নিখুঁত মান 273.15)।

K = °C + 273

বাষ্পীভবন, স্ফুটন ও ঘনীভবন

তরল থেকে বাষ্পে রূপান্তর দুভাবে ঘটে। বাষ্পীভবন যেকোনো তাপমাত্রায়, শুধু তরলের উপরিতল থেকে ধীরে ঘটে; ভেজা কাপড় শুকানো এর উদাহরণ। স্ফুটন ঘটে নির্দিষ্ট তাপমাত্রায়, তরলের ভেতর থেকে বুদবুদ উঠে দ্রুত। প্রমাণ চাপে পানির স্ফুটনাঙ্ক 100 °C বা 373 K।

বাষ্পীভবনে দ্রুতগামী কণাগুলো বেরিয়ে যায়, তাই বাকি তরল ঠান্ডা হয়। ঘাম শুকালে শরীর ঠান্ডা লাগার কারণ এটাই। তাপমাত্রা, বাতাস, উপরিতলের ক্ষেত্রফল বাড়লে আর আর্দ্রতা কমলে বাষ্পীভবন দ্রুত হয়।

চাপ কমলে স্ফুটনাঙ্ক কমে, চাপ বাড়লে বাড়ে। পাহাড়ের চূড়ায় পানি 100 °C এর নিচেই ফোটে, আর প্রেশার কুকারে চাপ বেশি বলে পানি 100 °C এর বেশি তাপমাত্রায় ফোটে, তাই রান্না দ্রুত হয়। বাষ্প ঠান্ডা হয়ে তরল হলে তাকে ঘনীভবন বলে, যেমন ঠান্ডা গ্লাসের গায়ে পানির ফোঁটা।

সুপ্ততাপ: তাপ দিচ্ছি, অথচ তাপমাত্রা বাড়ছে না

বরফ গলার সময় যতক্ষণ বরফ পুরো গলে না যাচ্ছে, তাপ দিলেও তাপমাত্রা 0 °C এ স্থির থাকে। একইভাবে ফুটন্ত পানির তাপমাত্রা 100 °C এ আটকে থাকে। এই সময়ের তাপ কণাগুলোর আকর্ষণ ভাঙতে খরচ হয়, তাপমাত্রা বাড়াতে নয়। একে সুপ্ততাপ বলে।

তাপমাত্রা বনাম সময় লেখচিত্রে তাই দুটি সমতল অংশ দেখা যায়: একটি গলনাঙ্কে, অন্যটি স্ফুটনাঙ্কে। পানির বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ (প্রায় 2260 kJ/kg) গলনের সুপ্ততাপের (প্রায় 334 kJ/kg) চেয়ে অনেক বেশি। এ কারণে 100 °C এর বাষ্পে পোড়া একই তাপমাত্রার ফুটন্ত পানির চেয়ে বেশি মারাত্মক।

ঊর্ধ্বপাতন

কিছু কঠিন পদার্থ তাপ দিলে তরল না হয়ে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয়, আর ঠান্ডা করলে বাষ্প থেকে সরাসরি কঠিন হয়। এই ধর্মকে ঊর্ধ্বপাতন বলে, পদার্থগুলোকে ঊর্ধ্বপাতিত পদার্থ।

ঊর্ধ্বপাতন ব্যবহার করে ঊর্ধ্বপাতিত পদার্থকে অন্য অনুদ্বায়ী পদার্থ থেকে আলাদা করা যায়, যেমন বালু ও নিশাদলের মিশ্রণ থেকে নিশাদল।

  • কর্পূর
  • ন্যাপথালিন
  • আয়োডিন
  • নিশাদল (অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড, NH4Cl)
  • শুষ্ক বরফ (কঠিন CO2)

ব্যাপন ও নিঃসরণ

ঘরের এক কোণে সুগন্ধি স্প্রে করলে কিছুক্ষণের মধ্যে পুরো ঘরে গন্ধ ছড়িয়ে পড়ে। কোনো পদার্থের কণা বেশি ঘনত্বের জায়গা থেকে কম ঘনত্বের জায়গায় স্বতঃস্ফূর্তভাবে ছড়িয়ে পড়াকে ব্যাপন বলে। গ্যাসে ব্যাপন সবচেয়ে দ্রুত, তরলে ধীরে, কঠিনে প্রায় নগণ্য।

সরু ছিদ্র দিয়ে চাপের পার্থক্যের কারণে গ্যাসের কণা বেরিয়ে যাওয়াকে নিঃসরণ বলে, যেমন বেলুন থেকে ধীরে বাতাস বেরিয়ে চুপসে যাওয়া। ব্যাপন হয় ঘনত্বের পার্থক্যে, নিঃসরণ হয় চাপের পার্থক্যে।

হালকা গ্যাসের ব্যাপন ও নিঃসরণ দ্রুত হয়। গ্যাসের ব্যাপনের হার আণবিক ভরের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতিক। লম্বা কাচনলের দুই মুখে NH3 ও HCl ভেজানো তুলা রাখলে সাদা NH4Cl বলয় HCl প্রান্তের কাছে তৈরি হয়, কারণ NH3 (আণবিক ভর 17) HCl (36.5) এর চেয়ে হালকা ও দ্রুতগামী।

r ∝ 1 / √M

r1 / r2 = √(M2 / M1)

বহুনির্বাচনী প্রশ্ন (MCQ)

  1. ১. কোন অবস্থায় পদার্থের কণাগুলোর আকর্ষণ বল সবচেয়ে বেশি?

    • ক) কঠিন
    • খ) তরল
    • গ) গ্যাস
    • ঘ) প্লাজমা
    উত্তর দেখো

    উত্তর: ক) কঠিন — কঠিনে কণাগুলো খুব কাছাকাছি থাকে, আকর্ষণ সবচেয়ে বেশি।

  2. ২. প্রমাণ চাপে পানির স্ফুটনাঙ্ক কেলভিন এককে কত?

    • ক) 273 K
    • খ) 100 K
    • গ) 373 K
    • ঘ) 212 K
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) 373 K — 100 °C + 273 = 373 K।

  3. ৩. নিচের কোনটি ঊর্ধ্বপাতিত পদার্থ?

    • ক) খাদ্য লবণ
    • খ) চিনি
    • গ) ন্যাপথালিন
    • ঘ) মোম
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) ন্যাপথালিন — ন্যাপথালিন তরল না হয়ে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয়।

  4. ৪. গলনের সময় সরবরাহকৃত তাপ কী কাজে লাগে?

    • ক) তাপমাত্রা বাড়াতে
    • খ) কণার আকর্ষণ বল ভাঙতে
    • গ) কণার ভর বাড়াতে
    • ঘ) চাপ কমাতে
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) কণার আকর্ষণ বল ভাঙতে — সুপ্ততাপ আন্তঃকণা আকর্ষণ অতিক্রমে খরচ হয়, তাই তাপমাত্রা স্থির থাকে।

  5. ৫. পাহাড়ের চূড়ায় পানি 100 °C এর কম তাপমাত্রায় ফোটে কারণ সেখানে—

    • ক) বায়ুচাপ কম
    • খ) বায়ুচাপ বেশি
    • গ) অভিকর্ষ বেশি
    • ঘ) আর্দ্রতা বেশি
    উত্তর দেখো

    উত্তর: ক) বায়ুচাপ কম — চাপ কমলে স্ফুটনাঙ্ক কমে।

  6. ৬. কোন গ্যাসের ব্যাপনের হার সবচেয়ে বেশি?

    • ক) CO2
    • খ) O2
    • গ) NH3
    • ঘ) H2
    উত্তর দেখো

    উত্তর: ঘ) H2 — H2 এর আণবিক ভর সবচেয়ে কম (2), তাই ব্যাপন সবচেয়ে দ্রুত।

  7. ৭. বাষ্পীভবন সম্পর্কে কোনটি সঠিক?

    • ক) শুধু স্ফুটনাঙ্কে ঘটে
    • খ) তরলের ভেতর থেকে ঘটে
    • গ) যেকোনো তাপমাত্রায় উপরিতল থেকে ঘটে
    • ঘ) তাপমাত্রা বাড়ায়
    উত্তর দেখো

    উত্তর: গ) যেকোনো তাপমাত্রায় উপরিতল থেকে ঘটে — বাষ্পীভবন উপরিতলের প্রক্রিয়া, যেকোনো তাপমাত্রায় ধীরে ঘটে এবং তরলকে ঠান্ডা করে।

  8. ৮. গ্যাসকে সহজে সংকুচিত করা যায় কারণ—

    • ক) কণাগুলো ভারী
    • খ) আন্তঃকণা ফাঁকা স্থান বেশি
    • গ) আকর্ষণ বল বেশি
    • ঘ) কণাগুলো স্থির
    উত্তর দেখো

    উত্তর: খ) আন্তঃকণা ফাঁকা স্থান বেশি — গ্যাসের কণাগুলোর মাঝে অনেক ফাঁকা জায়গা থাকে।

সৃজনশীল প্রশ্ন

উদ্দীপক: একটি বিকারে −10 °C তাপমাত্রার বরফ নিয়ে সুষম হারে তাপ দেওয়া হলো এবং প্রতি মিনিটে তাপমাত্রা লেখা হলো। দেখা গেল একটি সময় তাপমাত্রা 0 °C এ এবং পরে আরেকটি সময় 100 °C এ কিছুক্ষণ স্থির ছিল।

  • ক) গলনাঙ্ক কাকে বলে?
  • খ) ঘাম শুকালে শরীর ঠান্ডা লাগে কেন? ব্যাখ্যা করো।
  • গ) উদ্দীপকের তাপমাত্রা-সময় লেখচিত্রটি অঙ্কন করে প্রতিটি অংশে পদার্থের অবস্থা উল্লেখ করো।
  • ঘ) তাপ সরবরাহ করা সত্ত্বেও দুটি অংশে তাপমাত্রা স্থির থাকার কারণ কণার গতিতত্ত্বের আলোকে বিশ্লেষণ করো।
উত্তর দেখো
  1. নির্দিষ্ট চাপে যে তাপমাত্রায় কোনো কঠিন পদার্থ তরলে পরিণত হয়, তাকে গলনাঙ্ক বলে।
  2. বাষ্পীভবনে বেশি গতিশক্তির কণাগুলো ঘাম থেকে বেরিয়ে যায় এবং এর জন্য প্রয়োজনীয় তাপ ত্বক থেকে নেয়, তাই ত্বক ঠান্ডা হয়।
  3. −10 °C থেকে 0 °C পর্যন্ত ঊর্ধ্বমুখী রেখা (কঠিন বরফ); 0 °C এ সমতল অংশ (বরফ ও পানি একসাথে); 0 °C থেকে 100 °C ঊর্ধ্বমুখী রেখা (তরল পানি); 100 °C এ দীর্ঘ সমতল অংশ (পানি ও বাষ্প); তারপর আবার ঊর্ধ্বমুখী (বাষ্প)।
  4. 0 °C এ সরবরাহকৃত তাপ বরফের কণাগুলোর দৃঢ় আকর্ষণ ভাঙতে (গলনের সুপ্ততাপ) এবং 100 °C এ তরল কণাগুলোকে সম্পূর্ণ আলাদা করে বাষ্পে পাঠাতে (বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ) খরচ হয়। গড় গতিশক্তি না বাড়ায় তাপমাত্রা স্থির থাকে। বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ অনেক বেশি বলে 100 °C এর সমতল অংশ বেশি দীর্ঘ।

উদ্দীপক: 1 m লম্বা একটি কাচনলের এক প্রান্তে গাঢ় NH3 দ্রবণে এবং অপর প্রান্তে গাঢ় HCl দ্রবণে ভেজানো তুলা একসাথে প্রবেশ করানো হলো। কিছুক্ষণ পর নলের ভেতরে একটি সাদা বলয় দেখা গেল।

  • ক) ব্যাপন কাকে বলে?
  • খ) ব্যাপন ও নিঃসরণের মধ্যে একটি পার্থক্য লেখো।
  • গ) সাদা বলয়টি কোন যৌগের এবং এটি নলের কোন প্রান্তের কাছে গঠিত হবে? ব্যাখ্যা করো।
  • ঘ) NH3 ও HCl এর ব্যাপনের হারের অনুপাত নির্ণয় করে উদ্দীপকের ঘটনা বিশ্লেষণ করো।
উত্তর দেখো
  1. কোনো পদার্থের কণা বেশি ঘনত্বের স্থান থেকে কম ঘনত্বের স্থানে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ছড়িয়ে পড়াকে ব্যাপন বলে।
  2. ব্যাপন ঘটে ঘনত্বের পার্থক্যের কারণে, আর নিঃসরণ ঘটে চাপের পার্থক্যের কারণে সরু ছিদ্র দিয়ে।
  3. NH3 + HCl → NH4Cl; সাদা বলয়টি অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইডের। NH3 হালকা বলে দ্রুত চলে, তাই বলয়টি HCl প্রান্তের কাছে তৈরি হয়।
  4. r(NH3) / r(HCl) = √(M(HCl) / M(NH3)) = √(36.5 / 17) ≈ √2.15 ≈ 1.47। অর্থাৎ NH3 প্রায় 1.47 গুণ দ্রুত চলে। একই সময়ে NH3 অতিক্রম করে প্রায় 1.47/(1.47 + 1) × 100 cm ≈ 59.5 cm, তাই বলয়টি NH3 প্রান্ত থেকে প্রায় 59.5 cm এবং HCl প্রান্ত থেকে প্রায় 40.5 cm দূরে গঠিত হয় (বাস্তবে বায়ুর কণার সংঘর্ষে সামান্য পার্থক্য হতে পারে)।

বাস্তব জীবনে মজার যোগসূত্র

ফ্রিজ থেকে বের করা ঠান্ডা পানির বোতল যেন 'ঘামে'। আসলে বোতল কিছুই ছাড়ছে না; চারপাশের বাতাসের জলীয় বাষ্প ঠান্ডা গায়ে লেগে ঘনীভূত হয়ে ফোঁটা হচ্ছে। আর আলমারির ন্যাপথালিন বল কোনোদিন ভেজে না, কিন্তু ধীরে ধীরে ছোট হয়ে উধাও হয়ে যায়, কারণ এটি তরল না হয়েই সরাসরি বাষ্প হয়ে যায়।

প্রশ্ন ও উত্তর

বরফ পানিতে ভাসে কেন?

হিমায়িত হওয়ার সময় পানির অণুগুলো হাইড্রোজেন বন্ধনে ফাঁপা ষড়ভুজ কাঠামো তৈরি করে, তাই বরফের ঘনত্ব (প্রায় 917 kg/m³) তরল পানির (প্রায় 1000 kg/m³) চেয়ে কম।

বাষ্পীভবন আর স্ফুটনের মূল পার্থক্য কী?

বাষ্পীভবন যেকোনো তাপমাত্রায় শুধু উপরিতল থেকে ধীরে ঘটে; স্ফুটন নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় পুরো তরল জুড়ে বুদবুদ তুলে দ্রুত ঘটে।

প্রেশার কুকারে রান্না দ্রুত হয় কেন?

ভেতরে চাপ বেশি থাকে বলে পানির স্ফুটনাঙ্ক 100 °C এর বেশি হয়ে যায়, বেশি তাপমাত্রায় খাবার দ্রুত সেদ্ধ হয়।

কেলভিন স্কেলে ঋণাত্মক তাপমাত্রা হয় কি?

না। 0 K (−273.15 °C) পরম শূন্য, এর নিচে তাপমাত্রা সম্ভব নয়।

অবস্থার পরিবর্তন ভৌত না রাসায়নিক পরিবর্তন?

ভৌত পরিবর্তন। বরফ, পানি ও বাষ্প সবই H2O; নতুন পদার্থ তৈরি হয় না।

আরও পড়ো

সূত্র: NCTB নবম-দশম শ্রেণি রসায়ন পাঠ্যবই, অধ্যায় ২: পদার্থের অবস্থা · OpenStax Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids · OpenStax Chemistry 2e, 9.4 Effusion and Diffusion of Gases