কঠিন, তরল ও গ্যাসীয় পদার্থ | Class: VI, VII

পদার্থের চারটি প্রধান অবস্থার সংক্ষিপ্ত আলোচনা | কঠিন, তরল, গ্যাসীয় ও প্লাজমা

আমরা আমাদের দৈনন্দিন জীবনে পদার্থের চার ধরনের অবস্থা (State of Matter) দেখে থাকি: কঠিন, তরল, গ্যাসীয় এবং প্লাজমা। এছাড়াও পদার্থের আরো কিছু অবস্থা রয়েছে, যা কেবলমাত্র বিশেষ চরম পরিস্থিতিতেই বিশেষ পদার্থে দেখতে পাওয়া যায়। যেমন: বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট (Bose-Einstein Condensates), নিউট্রন-ডিজেনারেট ম্যাটার (Neutron-Degenerate Matter) এবং কোয়ার্ক-গ্লুওন প্লাজমা (Quark-Gluon Plasma)। এগুলি যথাক্রমে চরম নিম্ন তাপমাত্রা, চরম ঘনত্ব এবং চরম উচ্চশক্তির কোল্ড চার্জড পদার্থের ক্ষেত্রেই দেখা যায়। আরো কিছু অবস্থা আছে বলে বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেন, কিন্তু সেগুলো এখন পর্যন্ত তত্ত্বেই সীমাবদ্ধ আছে।

পদার্থের অবস্থার এই পৃথকীকরণ তাদের ধর্মের গুনগত পার্থক্যের উপর ভিক্তি করেই হয়েছে। কঠিন অবস্থায় পদার্থের একটি নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন থাকে। পদার্থ গঠনকারী কণাগুলো (অণু,পরমাণু অথবা আয়ন) খুব কাছাকাছি অবস্থান করে এবং একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে থাকে।
তরল অবস্থায় পদার্থের একটি নির্দিষ্ট আয়তন থাকে,কিন্তু আকার নির্দিষ্ট হয় না। এ কারণে এরা ধারণকারী পাত্রটির আকার ধারণ করতে পারে। এর গঠনকারী কণাগুলো কাছাকাছি থাকে কিন্তু মুক্তভাবে বিচরণ করতে পারে। গ্যাসীয় অবস্থায় পদার্থের কোন নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন থাকেনা, আর সেজন্য এটি ধারক পাত্রের আকার ও আয়তন উভয়ই ধারণ করে। গঠনকারী কণাগুলো কাছাকাছিও থাকে না, আবার একটি নির্দিষ্ট অবস্থানেও থাকেনা। প্লাজমা অবস্থায় পদার্থের নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন থাকে না কিন্তু চার্জবিহীন পরমাণুর মত এর নির্দিষ্ট পরিমান আয়ন আর ইলেকট্রন থাকে। এরা উভয়েই মুক্তভাবে বিচরণ করতে পারে। প্লাজমা দৃশ্য পদার্থগুলোর সবচেয়ে সাধারন রূপ।

পদার্থ (Matter): আমাদের পৃথিবীর চারিদিকে নানারকম পদার্থ ছড়িয়ে আছে। চেয়ার, টেবিল, কাঠ, লোহা, পাথর, জল, বিভিন্ন গ্যাস, বই, খাতা ইত্যাদি। এই সমস্ত পদার্থগুলির মধ্যে কতকগুলি কঠিন, কতকগুলি তরল এবং কতকগুলি গ্যাসীয়। তাই বলা যায়, যা কিছুটা স্থান অধিকার করে, যার ওজন আছে এবং যার স্থির বা গতিশীল অবস্থার পরিবর্তন করতে চাইলে বাধা দেয়,তাকে পদার্থ বলে।

পদার্থের সংজ্ঞা (Definition of Matter): যা ইন্দ্রিয়গ্রাহ্য, যার ভর আছে যা কিছুটা স্থান অধিকার করে থাকে, এবং যার স্থির বা গতিশীল অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে চাইলে বাধা দেয়, তাকে পদার্থ বলে। যেমন: কাচ, কাঠ, লোহা, জল, দুধ, বায়ু, হাইড্রোজেন প্রভৃতি হল এক একটি পদার্থ।

পদার্থের আকার, আয়তন ও অন্যান্য ভৌত অবস্থার পার্থক্য অনুযায়ী পৃথিবীর সমস্ত পদার্থকে তিন ভাগে ভাগ করা যায়।
(1) কঠিন পদার্থ (Solid Matter)
(2) তরল পদার্থ (Liquid Matter)
(3) গ্যাসীয় পদার্থ (Gaseous Matter)
(4) প্লাজমা অবস্থা (Plasma)

কঠিন পদার্থের ক্ষেত্রে গঠনকারী কণাগুলো একত্রে অবস্থান করে এবং গঠনকারী অণুগুলির মধ্যে আন্তর আণবিক ব্যবধান খুবই কম থাকে। তাদের আন্তঃআণবিক শক্তি অনেক বেশি থাকে, ফলে তারা মুক্তভাবে চলাচল করতে পারেনা, শুধুমাত্র কম্পিত হতে পারে। তাই, কঠিন পদার্থের একটি নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন থাকে। কঠিন পদার্থের আকার শুধুমাত্র ভাঙা বা কাটার সময় সৃষ্ট বলের কারণেই পরিবর্তিত হতে পারে।
কোনো কেলাসাকার কঠিন পদার্থগুলোর ক্ষেত্রে কণাগুলো একত্রে একটি নিয়মিত, সুবিন্যস্ত এবং পৌনঃপুনিক নকশা গঠন করে রাখে। অনেক ধরনের কেলাসাকার গঠন দেখা যায়, এমনকি একটি পদার্থের (কঠিন দশায়) একাধিক গঠনও থাকতে পারে। উদাহরণস্বরূপ: আয়রন বা লোহা 912 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় এক ধরণের কেলাসাকার (BCC) পদার্থে থাকে আবার 912-1394 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় অন্য একরকমের কেলাসাকার (FCC) গঠনে থাকে। বরফের ১৫ টি ভিন্ন ভিন্ন কেলাসাকার গঠন অথবা ১৫ টি কঠিন দশা আছে, যা ভিন্ন ভিন্ন তাপমাত্রা এবং ভিন্ন ভিন্ন চাপে তৈরী হয়।
এই কঠিন পদার্থকে তাপ প্রয়োগ করে গলনের মাধ্যমে তরল পদার্থে পরিণত করা যায় এবং তরল পদার্থকে ঘনীভবনের মাধ্যমে তাপ নিষ্কাশনের মাধ্যমে কঠিন পদার্থে রূপান্তরিত করা যায়। এছাড়াও কয়েকটি কঠিন পদার্থকে ঊর্ধ্বপাতন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সরাসরি বাষ্পে রূপান্তরিত করা যায় এবং বাষ্প অপসারণ প্রক্রিয়ায় সরাসরি কঠিনে পরিণত হতে পারে।

কঠিন পদার্থ (Solid): সাধারণ অবস্থায় যে সমস্ত পদার্থের নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন থাকে, তাদের কঠিন পদার্থ বলে।
যেমন: সোনা, রূপা, তামা, পাথর, কাঠ, বালি, লবণ ইত্যাদি

কঠিন পদার্থের বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Solid):
(1) নির্দিষ্ট চাপ ও তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থের নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন থাকে।
(3) কঠিন পদার্থের নির্দিষ্ট গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক আছে।
(4) কঠিন পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে না অর্থাৎ এদের প্রবাহী ধর্ম নেই।
(5) কঠিন পদার্থে তাপ প্রয়োগ করলে, পদার্থটি একসময় তরলে পরিণত হয়।
(6) সাধারণ অবস্থায় বাইরে থেকে কোনো শক্তি প্রয়োগ না করলে, কঠিন পদার্থের আকার বা আয়তনের কোনো পরিবর্তন হয় না।
(7) কঠিন পদার্থের প্রচন্ড উপর চাপ প্রয়োগ করলেও কঠিন পদার্থের আয়তন পরিবর্তন প্রায় হয় না।
(8) সাধারণ তাপমাত্রায় কঠিন পদার্থ গ্যাসের মতো ছড়িয়ে পড়ে না অর্থাৎ বাষ্পায়ন হয় না। কিন্তু কর্পূর, ন্যাপথ্যালিন, নিশাদল এরা কঠিন হলেও সাধারণ তাপমাত্রায় বাষ্পে পরিনত হয়। এদের উদ্বায়ী পদার্থ বলে।
(9) সাধারণ চাপ ও তাপমাত্রায় কতকগুলি কঠিন পদার্থ কেলাসাকার হয় যেমন, বরফ, তুঁতে, সাধারণ লবন, ফটকিরি। আবার কিছু কঠিন পদার্থ অকেলাসাকার হয় যেমন, কাঁচ, চক, পিচ ইত্যাদি

তরল পদার্থের অণুগুলির মধ্যবর্তী ব্যবধান বেশি থাকায় অণুগুলির মধ্যে আন্তঃআণবিক (অথবা আন্তঃপারমানবিক অথবা আন্তঃআয়নিক) বলের মান কম হয়, তাই অণুগুলি একটি অন্যটির সাপেক্ষে মুক্তভাবে চলাচল করতে পারে অর্থাৎ এদের গঠন গতিশীল। তাই তরলের গঠন নির্দিষ্ট নয়, তরলের পাত্রের গঠন দ্বারা নির্ধারিত হয়।
তরল পদার্থ প্রায় অসংনম্য প্রবাহী যা তার ধারকের আকার গ্রহণ করে কিন্তু নির্দিষ্ট আয়তন থাকে। এখন তাপমাত্রা ও চাপ পরিবর্তন করে তরলের আয়তনও সামান্য পরিবর্তন করা যায়।
যখন কোন কঠিন পদার্থকে তার গলনাঙ্ক এর উপরে তাপ দেয়া হয়, তখন তা তরল পদার্থে রূপান্তরিত হয়,তবে এক্ষেত্রে চাপ অবশ্যই ঐ পদার্থের ত্রৈধ বিন্দুর চেয়ে বেশি হতে হবে। তরল পদার্থের আয়তন সাধারণত যে কঠিন পদার্থ থেকে তরল তৈরী করা হয়েছে সে কঠিনের চেয়ে সাধারণত বেশি হয়। ব্যতিক্রম: জল। যে সর্বশেষ তাপমাত্রায় একটি তরল পদার্থ তরলাবস্থায় থাকে তাকে তার সংকট তাপমাত্রা বলে।

তরল পদার্থ (Liquid): সাধারণ অবস্থায় যে সমস্ত পদার্থের নির্দিষ্ট আয়তন আছে কিন্তু নির্দিষ্ট কোনও আকার নেই, তাকে তরল পদার্থ বলে।
যেমন: জল, দুধ, অ্যালকোহল ইত্যাদি

তরল পদার্থের বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Liquid):
(1) নির্দিষ্ট চাপ ও তাপমাত্রায় তরল পদার্থের একটি নির্দিষ্ট আয়তন আছে কিন্তু কোনো নির্দিষ্ট আকার নেই। যে পাত্রে তরলকে ঢালা হয়, সেই পাত্রের আকার ধারণ করে।
(2) তরল পদার্থের নির্দিষ্ট হিমাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক আছে।
(3) তরল পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে অর্থাৎ এদের প্রবাহী ধর্ম আছে।
(4) তরল পদার্থকে তাপ প্রয়োগ করলে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় গ্যাসীয় পদার্থে পরিণত হয়।
(5) তরল পদার্থের উপর প্রচন্ড চাপ প্রয়োগ করলে তরল পদার্থের আয়তন সামান্য কমে।
(6) সাধারন তাপমাত্রায় তরলের উপরিতল থেকে সবসময় বাষ্পায়ন হয়।
(7) তরলের তাপমাত্রা কমাতে থাকলে একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় ওই তরল কঠিন পদার্থে পরিণত হয়।
(8) কোনো পাত্রে তরল রাখলে স্থির অবস্থায় তরলের উপরিতল সর্বদা অনুভূমিক হয়।

গ্যাসের অনুগুলোর মধ্যবর্তী দূরত্ব অনেক বেশি হয়। গ্যাসের অণুগুলোর মধ্যে অনেক দুর্বল বল কাজ করে, অথবা কাজ করেনা বললেই চলে। গ্যাসের অণুগুলো মুক্তভাবে বিচরন করতে পারে এবং দ্রুতগামী হয়। গ্যাস এক ধরনের সংনম্য প্রবাহী। গ্যাস শুধুমাত্র তার ধারকের আকারই দখল করেনা, নিজেকে বিবর্ধিত করে তার আয়তনও দখল করে।
গ্যাসের অণুগুলোর পর্যাপ্ত গতিশক্তি থাকে। গ্যাসের অণুগুলির মধ্যবর্তী দূরত্ব অনেক বেশি হওয়ায় তাদের মধ্যে আন্তঃআণবিক বলের প্রভাব খুব কম হয় (আদর্শ গ্যাসের ক্ষেত্রে শুন্য) এবং এদের পার্শ্ববর্তী অণুগুলোর দূরত্ব অণুগুলোর আকারের চেয়েও অনেক বড়। গ্যাসের নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন থাকেনা এরা এদের পাত্রের আকার ও আয়তন দখল করে। তরলকে তার স্ফুটনাঙ্ক এর উপরে তাপ দিয়ে এবং চাপ স্থির রেখে গ্যাসে পরিণত করা যায়, আবার তাপমাত্রা স্থির রেখে চাপ কমিয়েও গ্যাসে রূপান্তর করা যায়।
সংকট তাপমাত্রার নিচে গ্যাসকে বাষ্পও বলা হয়, যাকে শুধু চাপ কমিয়ে ঠান্ডা না করেই তরলে পরিণত করা যায়। বাষ্প তরল (অথবা কঠিন) এর সাথে সাম্যাবস্থায় থাকতে পারে, যেখানে গ্যাসের চাপ তরল (বা কঠিন) এর সংকট চাপের সমান হয়।
পরমসংকট প্রবাহী (Supercritical Fluid) হল এক ধরনের গ্যাস, যার তাপমাত্রা ও চাপ উভয়েই যথাক্রমে সংকট তাপমাত্রা ও সংকট চাপের উপরে থাকে। এই অবস্থায়, গ্যাস আর তরলের মধ্যে কোনো পার্থক্য থাকে না। সুপারক্রিটিকাল ফ্লুইডের গ্যাসের ধর্ম থাকে, কিন্তু এটি উচ্চঘনত্ব হওয়ার জন্যে দ্রাবকের ন্যায় আচরণ দেখায়, যা খুবই গুরুত্বপূর্ণক্ষেত্রে প্রয়োগ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, সুপারক্রিটিকাল কার্বন ডাইঅক্সাইড ক্যাফেইনবিহীন কফি তৈরীতে ক্যাফেইন বের করে নিতে ব্যবহৃত হয়।


গ্যাসীয় পদার্থ (Gas): সাধারণ অবস্থায় যে সমস্ত পদার্থের নির্দিষ্ট কোনও আকার বা আয়তন কোনোটাই থাকে না, তাকে গ্যাসীয় পদার্থ বলে।
যেমন: অক্সিজেন, বায়ু, হাইড্রোজেন, জলীয় বাষ্প, কার্বন ডাইঅক্সাইড ইত্যাদি

গ্যাসীয় পদার্থের বৈশিষ্ট্য (Characteristics of Gas):
(1) গ্যাসীয় পদার্থের নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন নেই।
(2) গ্যাসীয় পদার্থের পরিমাণ যতই কম হোক না কেন, যে পাত্রে রাখা হয় সেই পাত্রের আকার ও সমস্ত আয়তন দখল করে।
(3) গ্যাসীয় পদার্থের নির্দিষ্ট কোনো গলনাঙ্ক, হিমাঙ্ক, স্ফুটনাঙ্ক কিছুই নেই।
(4) গ্যাসীয় পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে অর্থাৎ এদের প্রবাহী ধর্ম আছে।
(5) গ্যাসীয় পদার্থে তাপমাত্রা বাড়ালে এদের অণুগুলির গতিশক্তি বেড়ে যায়।

প্লাজমা অবস্থা (Plasma):
পদার্থকে উচ্চ তাপমাত্রায় তাপ দিলে পরমাণুগুলো থেকে ইলেকট্রন বেরিয়ে গিয়ে উচ্চশক্তির মুক্ত ইলেকট্রনের একটি মেঘ সদৃশতে পরিণত হয় বা পদার্থের বিশেষ কোনো অবস্থাতেও মুক্ত ইলেকট্রন বেরিয়ে সৃষ্ট উচ্চশক্তির ইলেকট্রন মেঘে ভাসমান অবস্থায় উন্মুক্ত বিচ্ছিন্ন পরমাণুগুলি ভাসতে থাকে। পদার্থের এই ভাসমান ইলেকট্রনের সৃষ্ট সমুদ্রকেই প্লাজমা অবস্থা বলে। প্লাজমায় ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াস থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে, যে একটি ইলেকট্রন "সমুদ্র" তৈরী করে, এই অবস্থাই পদার্থের প্লাজমা।

ধনাত্মক চার্জযুক্ত নিউক্লিয়াসগুলি পৃথক ইলেকট্রনের "সমুদ্রে" ভাসতে থাকায়, পরিবাহী ধাতুর ন্যায় এই "সমুদ্র" ই প্লাজমা অবস্থার পদার্থকে বিদ্যুত পরিবহন করতে দেয়। এই জন্যে এর বিদ্যুত পরিবহণ ক্ষমতা আছে। এটি চৌম্বকক্ষেত্র, তড়িতক্ষেত্রে খুবই প্রভাবিত হতে পারে।
গ্যাসের মতোই প্লাজমার কোনো নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন নেই।
বিদ্যুত চমকানো, বৈদ্যুতিক স্পার্কিং, ফ্লুরোসেন্ট বাতি, নিওন বাতি, প্লাজমা টিভি এবং সমস্ত নক্ষত্রগুলির অবস্থা হল প্লাজমা অবস্থার উদাহরণ।
গ্যাস দুটি উপায়ের যে কোন একটিতে প্লাজমাতে পরিণত হতে পারে, কোনো দুটি বিন্দুর মধ্যে বিশাল বিভব পার্থক্য সৃষ্টি করে অথবা বস্তুকে উচ্চ তাপমাত্রা দিয়ে।

কঠিন, তরল ও গ্যাসীয় পদার্থের পার্থক্য (Comparison among Solid, Liquid and Gas):

কঠিন পদার্থ	তরল পদার্থ	গ্যাসীয় পদার্থ
(1) কঠিন পদার্থের নির্দিষ্ট আকার ও আয়তন আছে।	(1) তরল পদার্থের কোনো নির্দিষ্ট আয়তন আছে কিন্তু নির্দিষ্ট আকার নেই, যে পাত্রে রাখা হয় সেই পাত্রের আকার ধারণ করে।	(1) গ্যাসীয় পদার্থের কোনো নির্দিষ্ট আকার বা আয়তন কোনোটাই নেই, যে পাত্রে রাখা হয় তার আকার ও আয়তন দখল করে।
(2) কঠিন পদার্থের নির্দিষ্ট গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক আছে।	(2) তরল পদার্থের নির্দিষ্ট হিমাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্ক আছে।	(2) গ্যাসীয় পদার্থের নির্দিষ্ট কোনো গলনাঙ্ক, হিমাঙ্ক বা স্ফুটনাঙ্ক কিছুই নেই।
(3) কঠিন পদার্থের উপর অনেক চাপ প্রয়োগ করে এর আয়তন প্রায় পরিবর্তন ঘটানো যায় না।	(3) তরল পদার্থের উপর অনেক চাপ প্রয়োগ করে এর আয়তন সামান্য পরিবর্তন ঘটানো যায়।	(3) গ্যাসীয় পদার্থের উপর অনেক চাপ প্রয়োগ করে এর আয়তন অনেক পরিবর্তন ঘটানো যায়।
(4) কঠিন পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে না। তাই কঠিন পদার্থ প্রবাহী নয়।	(4) তরল পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে। তাই তরল পদার্থ প্রবাহী।	(4) গ্যাসীয় পদার্থ প্রবাহিত হতে পারে। তাই গ্যাসীয় পদার্থ প্রবাহী।