অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প এবং এর বাখ্যা ও প্রয়োগ

অষ্টাদশ শতকের গোড়া থেকেই বিভিন্ন বিজ্ঞানি ( যেমন ডাল্টন, বার্জেলিয়াস প্রমুখ) পদার্থের গঠন, অনু পরমানু, গ্যাসের ধর্ম সম্পর্কে বিভিন্ন পরস্পরবিরোধী ধারণা প্রকাশ করতে থাকেন। 1811 সালে ইতালির বিজ্ঞানী আমেদিও অ্যাভোগাড্রো তার অনুবাদ বা মলিকিউলার থিওরি প্রণয়ন করেন। পরবর্তীকালে যা অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প নামে পরিচিত হয়েছে।
অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প সম্বন্ধে বিস্তারিত আলোচনা করব এই অধ্যায়ে।

অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প কি বা কাকে বলে

একই উষ্ণতা ও চাপে সমআয়তন যে কোন গ্যাসের মধ্যে সমান সংখ্যক অনু বর্তমান থাকে।

অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পের ব্যাখ্যা

অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুসারে একই চাপ ও উষ্ণতায় x লিটার অক্সিজেনে যদি n সংখ্যক অক্সিজেন অনু থাকে, তবে x লিটার ক্লোরিন গ্যাসেও n সংখ্যক ক্লোরিন অনুর থাকবে। আবার মনে করি, x লিটার এমোনিয়া গ্যাসে n সংখ্যক অনু আছে তাহলে সমচাপ ও উষ্ণতায় x লিটার এমোনিয়া গ্যাসেও n সংখ্যক অনু থাকবে।

একটি বিষয় এখানে মনে রাখা দরকার যে, অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প এ কথা বোঝা যায় না যে, বিভিন্ন গ্যাসের অনুগুলির সবসময় একই আয়তনের হয় – এই প্রকল্পে বলা হয় যে, বিভিন্ন গ্যাসের মে যে আয়তনে সমান সংখ্যক অনু থাকে, সেই সেই আয়তন সমান হয়। বিভিন্ন গ্যাসের অনুগুলির আয়তন কিন্তু বিভিন্ন হবে।

অ্যাভোগাড্রো সূত্রের সাহায্যে গে-লুসাকের গ্যাস আয়তন সূত্র এবং পরমাণুবাদের মধ্যে সমন্বয় স্থাপন

বাস্তব পরীক্ষায় দেখা যায় এই উষ্ণতা ও চাপে ১ আয়তন হাইড্রোজেন ও ১ আয়তল ক্লোরিনের রাসায়নিক সংযোগে ২ আয়তন হাইড্রোজেন ক্লোরাইড গ্যাস উন্নত হয়।
পরীক্ষার সময়ের উষ্ণতা ও চাপে ধরা যাক ১ আয়তন গ্যাসের মধ্যে N সংখ্যা কোন আছে ( n= যে কোন সংখ্যা)। এখন আয়তনের বদলে অনুর সংখ্যা দিয়ে বিক্রিয়াটি ব্যাখ্যা করলে বলা যায়- ১ আয়তন হাইড্রোজেন এর মধ্যে n সংখ্যক কোন ১ আয়তন ক্লোরিন এর মধ্যে n সংখ্যক অনু এবং ২ আয়তন HCl এরমধ্যে ২n সংখ্যাক অনু আছে (অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুযায়ী)
অতএব n সংখ্যাক H অনু + n সংখ্যাক Cl অনু= ২n সংখ্যাক HCl অনু এখন n দিয়ে ভাগ করে পাওয়া যায়,
১ হাইড্রোজেন অনু+ ১ টি ক্লোরিন অনু= ২ টি হাইড্রোজেন ক্লোরাইড অণুর অর্থাৎ ১ অনু হাইড্রোজেন এবং ১ অনু ক্লোরিনের সংযোগ ২ অনু হাইড্রোজেন ক্লোরাইড গঠিত হয়।

অতএব একটি HCl অনু গঠিত হয় 1/2 অনু হাইড্রোজেন + 1/2 অনু ক্লোরিনের সংযোগে।
অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুসারে হাইড্রোজেন এবং ক্লোরিনের অন্য দুটি করে পরমাণু দ্বারা গঠিত।
সুতরাং, 1/2 অনু হাইড্রোজেন = হাইড্রোজেনের একটি পরমাণু
1/2 অনু ক্লোরিন= ক্লোরিনের একটি পরমাণু
অর্থাৎ এখনো HCl তৈরি হয় হাইড্রোজেনের একটি পরমাণু এবং ক্লোরিনের একটি পরমাণুর সংযোগে। এটি পরমাণুবাদের বিরোধী নয়, কারণ পরমাণু অবিভাজ্য কিন্তু অনু বিভাজ্য। এইভাবে অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প টি, গে লুসাকের গ্যাস আয়তন সূত্র এবং ডাল্টনের পরমাণুবাদের মধ্যে সমন্বয় ঘটায়।

অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পের প্রয়োগ ও গুরুত্ব

প্রত্যক্ষ পরীক্ষার সাহায্যে অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পটি না হলেও পদার্থের নিত্যতাবাদ ও ডাল্টনের পরমাণুবাদের মতো অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পটি রসায়নে এক গুরুত্বপূর্ণ স্থান অধিকার করে রয়েছে। তাই অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পের প্রয়োগ ও গুরুত্ব নিয়ে আলোচনা করার প্রয়োজন আছে।
A. অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প সর্বপ্রথম পরমাণু এবং অণুর মধ্যে পার্থক্য নির্দেশ করে পদার্থের গঠন সম্বন্ধে সুনির্দিষ্ট ধারণা সৃষ্টি করে।
B. অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পের সাহায্যে গে লুসাকের গ্যাস আয়তন সূত্র ব্যাখ্যা ছাড়াও নিম্নলিখিত গুরুত্বপূর্ণ কোনো সিদ্ধান্তে পৌঁছানো সম্ভব হয়েছে। যথা
১. অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুপ এবং পরমাণুর মধ্যে পার্থক্য নির্দেশ করে।
২. নিষ্ক্রিয় গ্যাসগুলি ছাড়া, মৌলিক গ্যাসের অনু দ্বিপরমাণুক, যথা ক্লোরিন(Cl2), হাইড্রোজেন(H2) নাইট্রোজেন (N2) ।
৩. গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব = 2×গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব
৪. প্রমাণ উষ্ণতা এবং চাপে 1 গ্রাম অনু পরিমাণ যে কোন গ্যাসের (মৌলিক বা যৌগিক) আয়তন = 22.4 লিটার হয়।
৫. আয়নিক সংযুতি থেকে গ্যাসীয় যৌগের আণবিক সংকেত নির্ণয় করা সম্ভব হয়।
৬. যেসব মৌলিক পদার্থ একাধিক গ্যাসীয় যৌগ গঠন করে, অ্যাভোগাড্রো প্রকল্পের সাহায্যে সেই সব মৌলের পারমাণবিক গুরুত্ব নির্ণয় করা যায়।

গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব ও বাষ্প ঘনত্বের সম্পর্ক

গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব ও বাষ্প ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক বলতে বোঝায়- কোন গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব সেই গ্যাসের বাষ্প ঘনত্বের দ্বিগুণ হয়।

গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব কি বা কাকে বলে (সংজ্ঞা)

N.T.P. তে 1 লিটার গ্যাসের গ্রামে প্রকাশিত ওজনকে গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব বলে। অর্থাৎ,
প্রমাণ উষ্ণতা ও চাপে 1 লিটার যে কোন গ্যাসের গ্রামে প্রকাশিত ওজনকে ওই গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব বা নর্মাল ডেনসিটি বলে। যেমন অক্সিজেনের প্রমাণ ঘনত্ব 1.43 গ্রাম/ লিটার বলতে এটাই বোঝাই যে, 0°C উষ্ণতায় 76 সেন্টিমিটার চাপে 1 লিটার অক্সিজেনের ওজন 1.43 গ্রাম।

গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব বা আপেক্ষিক ঘনত্ব কাকে বলে বা কি ( সংজ্ঞা)

একই চাপ উষ্ণতায় কোন গ্যাসের ওজন সমআয়তন হাইড্রোজেন গ্যাসের ওজন আছে যত গুণ ভারী, সেই সংখ্যাকে ওই গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব ও আপেক্ষিক ঘনত্ব বলে।
অক্সিজেনের বাষ্প ঘনত্ব 16 বলতে বোঝায় যে একই উষ্ণতা ও চাপে যেকোন আয়তনের অক্সিজেনের ওজন সমআয়তন হাইড্রোজেনের ওজনের তুলনায় 16 গুণ বেশি।

গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব ও বাষ্প ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক

কোন গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব = (Vআয়তন ওই গ্যাসের ওজন)/(Vআয়তন H2 গ্যাসের ওজন)
=(1 লিটার গ্যাসের ওজন)/(1 লিটার H2 গ্যাসের ওজন)
=(গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব)/(H2 গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব) {প্রমাণ ঘনত্বের সংজ্ঞা অনুসারে}
অর্থাৎ প্রমাণ চাপ ও উষ্ণতা,
বাষ্প ঘনত্ব×H2 গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব = গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব
এখন,H2 গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব = 1 লিটার H2 গ্যাসের ওজন (এনটিপিতে)
=0.089 গ্রাম
অতএব, এনটিপিতে গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব × 0.089 = গ্যাসের প্রমাণ ঘনত্ব

গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব এবং বাষ্প ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক

গ্যাসের আণবিক গুরুত্ব এবং বাষ্প ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক নিচে প্রমাণ করা হলো

বাষ্প ঘনত্বের সংজ্ঞা অনুযায়ী,
গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব D=(V আয়তন গ্যাসের ওজন)/(V আয়তন হাইড্রোজেন এর ওজন) এনটিপিতে
V = যে কোন সংখ্যা। অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুসারে একই চাপ উষ্ণতায় V আয়তন গ্যাসের মধ্যে যদি n সংখ্যক অনু থাকে, তবে, V আয়তন হাইড্রোজেনেও n সংখ্যক হাইড্রোজেন অনু বর্তমান থাকবে।
সুতরাং বাষ্প ঘনত্ব D = (গ্যাসেরn সংখ্যক অনুর ওজন)/(হাইড্রোজেন গ্যাসের n সংখ্যক অনুর ওজন)
=(n×গ্যাসের একটি অণুর ওজন)/(n×হাইড্রোজেনের একটি অনুর ওজন)
D =(গ্যাসের একটি অণুর ওজন)/(হাইড্রোজেনের একটি অনুর ওজন)
=(গ্যাসের একটি অণুর ওজন)/(হাইড্রোজেনের দুটি পরমাণুর ওজন) [যেহেতু হাইড্রোজেন অনু দ্বিপরমাণুক]
=(গ্যাসের একটি অণুর ওজন)/(2×হাইড্রোজেনের একটি পরমাণুর ওজন)
=1/2×গ্যাসের আণবিক ওজন (হাইড্রোজেনের পারমাণবিক ওজন 1 ধরে)
বা, 2×গ্যাসের বাষ্প ঘনত্ব (D)=গ্যাসের আণবিক ওজন (M)
অর্থাৎ, কোন গ্যাসের আণবিক ওজন সেই গ্যাসের বাষ্প ঘনত্বের দ্বিগুণ।
[হাইড্রোজেনের পারমাণবিক ওজন 1.008 ধরলে, আণবিক গুরুত্ব(M) = 2.016×বাষ্প ঘনত্ব(M)]

অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা

অ্যাভোগাড্রো প্রকল্প অনুসারে প্রমাণ উষ্ণতা ও চাপে সমআয়তন সব গ্যাসের মধ্যে সমানসংখ্যক অনু বর্তমান থাকে। আবার এই প্রকল্পে সাহায্যে প্রমাণ করা হয়েছে যে, প্রমাণ উষ্ণতা ও চাপে সমস্ত গ্যাসের 1 গ্রাম অনুর আয়তন 22.4 লিটার। অতএব সিদ্ধান্ত করা যায় যে,
যে কোন পদার্থের 1 গ্রাম অনুতে সমান সংখ্যক অনু বর্তমান থাকে, যদিও বিভিন্ন পদার্থের অণুগুলো ওজন বিভিন্ন হয়।

১. অ্যাভোগাড্রো সংখ্যার সংজ্ঞা

যে কোন পদার্থের 1 গ্রাম অনুতে সমান সংখ্যক অনু বর্তমান থাকে। এই সংখ্যাকে অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা বলে। অ্যাভোগাড্রো সংখ্যাকে N অক্ষর দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা N = 6.023×10²³ , বিজ্ঞানী মিলিকান এই সংখ্যা নির্ণয় করেন। নাইট্রোজেন এবং হাইড্রোজেন এর গ্রাম আণবিক ওজন যথাক্রমে 28 এবং 2.016 গ্রাম। তাহলে বলা যায়,
2.016 গ্রাম হাইড্রোজেনের অনুর সংখ্যা = 6.023×10²³
আবার 28 গ্রাম নাইট্রোজেনের মধ্যে অনুর সংখ্যা = 6.023×10²³

২. আবার আমরা জানি এনটিপিতে 1 গ্রাম-অনু পরিমাণ যে কোন গ্যাসের আয়তন 22.4 লিটার। সুতরাং বলা যায় যে,
প্রমাণ চাপ ও উষ্ণতা 22.4 লিটার আয়তন এর যে কোন গ্যাসের মধ্যে N সংখ্যক অর্থাৎ 6.023×10²³ সংখ্যাক অনু বর্তমান থাকবে।
৩.যে কোন মৌলের 1 গ্রাম-পরমাণুর মধ্যে সমান সংখ্যা ও পরমাণু থাকবে। অর্থাৎ 1 গ্রাম-পরমাণুর পরিমাণ কোন মৌলের মধ্যে পরমাণু সংখ্যা 6.023×10²³
যেমন এক গ্রাম হাইড্রোজেনের মধ্যে হাইড্রোজেন পরমাণুর সংখ্যা = 6.023×10²³
16 গ্রাম অক্সিজেন এর মধ্যে মোট পরমাণু সংখ্যা = 6.023×10²³

অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা জানা থাকলে গ্রাম আণবিক ওজন থেকে একটি অনুর অথবা পরমাণুর ভর নির্ণয় করা যায়

যেমন হাইড্রোজেন এর আণবিক ওজন 2.016
হাইড্রোজেনের গ্রাম আণবিক ওজন 2.016 গ্রাম
এখন 2.016 গ্রাম হাইড্রোজেনের মধ্যে অনুর সংখ্যা 6.023×10²³
অতএব বলা যায়, 6.023×10²³ সংখ্যক হাইড্রোজেন অনুর ওজন 2.016 গ্রাম।
অতএব একটি হাইড্রোজেন অণুর ওজন = 2.016/6.023×10²³
= 0.335×10-²³ গ্রাম
একটি হাইড্রোজেন অণুতে দুইটি পরমাণু থাকে,
অতএব একটি হাইড্রোজেন পরমাণুর ওজন = 0.335×10-²³ /2
=1.675×10-²⁴