এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান বিষয়ের একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন — “বরফের আয়তন বেশি কিন্তু বরফকে গলিয়ে জলে পরিণত করলে সেটির আয়তন কমে যায় কেন?” — নিয়ে আলোচনা করব। এই প্রশ্নটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের অষ্টম অধ্যায় “পদার্থের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মসমূহ” -এর “আয়নীয় ও সমযোজী বন্ধন” অংশ থেকে নেওয়া হয়েছে। মাধ্যমিক পরীক্ষা এবং বিভিন্ন চাকরির পরীক্ষায় এই প্রশ্নটি প্রায়ই আসে, তাই এটি শিক্ষার্থীদের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।
বরফের আয়তন বেশি কিন্তু বরফকে গলিয়ে জলে পরিণত করলে সেটির আয়তন কমে যায় কেন?
X-রশ্মি এবং অন্যান্য পরীক্ষায় দেখা গেছে যে বরফের কেলাসে একটি H₂O অণু অপর চারটি জলের অণুর সঙ্গে আন্তঃআণবিক (intermolecular) হাইড্রোজেন বন্ধনের মাধ্যমে। সংযুক্ত হয়ে চতুস্তলকীয়ভাবে বিন্যস্ত থাকে। এরূপ চতুস্তলকীয় জ্যামিতিক গঠনের জন্য কেলাসের মধ্যে বেশ কিছুটা শূন্য জায়গা থেকে যায়। এজন্য বরফের আয়তন বেশি এবং ঘনত্ব কম হয়।
কিন্তু বরফ গলে জলে পরিণত হলে সেটির চতুস্তলকীয় গঠন ভেঙে যায়। তরল অবস্থায় জলের অণুগুলি শৃঙ্খল আকারে H-বন্ধনের মাধ্যমে সংযোজিত হয় বলে অণুগুলি পরস্পরের কাছে চলে আসে। ফলে জলের অণুতে বরফের কেলাসের শূন্য জায়গাগুলি পূরণ হয়ে যায়। এজন্য জলের আয়তনও কমে যায় অর্থাৎ ঘনত্ব বেড়ে যায়।
কিছু গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নোত্তর
বরফ জলের উপর ভাসে কেন?
বরফের ঘনত্ব (প্রতি একক আয়তনের ভর) জলের ঘনত্বের চেয়ে কম। কোনো বস্তুর ঘনত্ব তরলের ঘনত্বের চেয়ে কম হলে তা তরলের উপর ভাসে। বরফের কেলাসে থাকা শূন্য স্থানের জন্য এর আয়তন বেশি হয়, ফলে ঘনত্ব কমে যায় এবং এটি জলের উপর ভাসে।
বরফ গললে কি এর ভর পরিবর্তন হয়?
না, বরফ গললে শুধু তার ভৌত অবস্থার পরিবর্তন হয় (কঠিন থেকে তরল)। ভরের সংরক্ষণ সূত্র অনুযায়ী এর ভরে কোনো পরিবর্তন হয় না। কেবল অণুগুলির বিন্যাস পরিবর্তনের কারণে আয়তন কমে।
4° সেলসিয়াসে জলের ঘনত্ব সবচেয়ে বেশি হয় কেন?
বরফ গলার পর প্রথমে জলের অণুগুলি অবশিষ্ট চতুর্মুখী (tetrahedral) গঠন ভেঙে একে অপরের আরও কাছাকাছি আসে, ফলে আয়তন কমে এবং ঘনত্ব বাড়ে। কিন্তু 4° সেলসিয়াসের পর তাপমাত্রা বাড়লে জলের অণুগুলির গতিশক্তি বাড়ে, ফলে তারা প্রসারিত হতে শুরু করে। এই দুটি বিপরীত প্রক্রিয়ার ফলে 4° সেলসিয়াসে জলের ঘনত্ব সর্বাধিক হয়।
হাইড্রোজেন বন্ধনই কি এই বিশেষত্বের একমাত্র কারণ?
হ্যাঁ, মূল কারণ হল হাইড্রোজেন বন্ধন। H₂O অণুগুলির মধ্যে শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধনের জন্য কঠিন অবস্থায় (বরফ) একটি নির্দিষ্ট জ্যামিতিক কেলাস গঠন (চতুর্মুখী) তৈরি হয়, যা তুলনামূলকভাবে “ফাঁপা” বা কম ঘন। বেশিরভাগ অন্যান্য পদার্থের ক্ষেত্রে কঠিন অবস্থা তরল অবস্থার তুলনায় বেশি ঘন হয়ে থাকে।
সকল পদার্থের ক্ষেত্রেই কি কঠিন অবস্থায় আয়তন বেশি হয়?
না, এটি জলের একটি অস্বাভাবিক কিন্তু অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য। বেশিরভাগ পদার্থের ক্ষেত্রে (যেমন: লোহা, সোনা, মোম) কঠিন অবস্থায় অণু/পরমাণুগুলি খুব কাছাকাছি ও সুবিন্যস্ত থাকে, ফলে তাদের ঘনত্ব তরল অবস্থার তুলনায় বেশি হয়। অর্থাৎ, সেগুলো গললে আয়তন বাড়ে।
বরফের আয়তন জলের চেয়ে বেশি হয় কেন?
বরফের স্ফটিক কাঠামো হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণে খোলামেলা বা চতুর্মুখী (tetrahedral) হয়, যার মধ্যে ফাঁকা জায়গা থাকে। এ কারণে বরফের অণুগুলি কম ঘনভাবে সজ্জিত থাকে এবং আয়তন বেশি হয়।
বরফ গললে তার আয়তন কমে যায় কীভাবে?
বরফ গললে এর নিয়মিত স্ফটিক গঠন ভেঙে যায়। তখন অণুগুলি আগের চেয়ে কাছাকাছি আসে এবং ফাঁকা জায়গা কমে যায়। ফলে একই ভরের জন্য আয়তন কমে ও ঘনত্ব বেড়ে যায়।
এই আর্টিকেলে আমরা মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞান বিষয়ের একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন — “বরফের আয়তন বেশি কিন্তু বরফকে গলিয়ে জলে পরিণত করলে সেটির আয়তন কমে যায় কেন?” — নিয়ে আলোচনা করেছি। এই প্রশ্নটি মাধ্যমিক ভৌতবিজ্ঞানের অষ্টম অধ্যায় “পদার্থের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মসমূহ” -এর “আয়নীয় ও সমযোজী বন্ধন” অংশ থেকে নেওয়া হয়েছে। মাধ্যমিক পরীক্ষা এবং বিভিন্ন চাকরির পরীক্ষায় এই প্রশ্নটি প্রায়ই আসে, তাই এটি শিক্ষার্থীদের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। আশা করি এই আর্টিকেলটি আপনাদের জন্য উপকারী হয়েছে। আপনাদের কোনো প্রশ্ন বা অসুবিধা থাকলে, আমাদের সাথে টেলিগ্রামে যোগাযোগ করতে পারেন, আমরা উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করব। তাছাড়া, নিচে আমাদের এই পোস্টটি আপনার প্রিয়জনের সাথে শেয়ার করুন, যাদের এটি প্রয়োজন হতে পারে। ধন্যবাদ।
মন্তব্য করুন