সৃজনশীলঃ ‘[0ºC তাপমাত্রায় প্রতি…’ চট্টগ্রাম বোর্ড ২০১৯ – পরিবেশ রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

খবিজ্ঞানী জুল-থমসন কক্ষ তাপমাত্রায় বহু গ্যাস নিয়ে পরীক্ষা করে দেখেন যে, একমাত্র হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম ছাড়া প্রায় সকল গ্যাসই শীতলীকরণ ফলাফল প্রদর্শন করে অর্থাৎ তাপমাত্রা হ্রাস পায়। সাধারণ কক্ষতাপমাত্রায় জুল-থমসন পরীক্ষায় হাইড্রোজেন এর ক্ষেত্রে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়। তবে অতি নিম্ন তাপমাত্রায় হাইড্রোজেনকে পরীক্ষা করলে শীতলীকরণ ফলাফল পাওয়া যায়। এ থেকে বোঝা যায় যে, নির্দিষ্ট চাপে প্রত্যেক গ্যাসের জন্য একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা আছে যার উপরে জুল-থমসন পরীক্ষা সম্পন্ন করলে উষ্ণকরণ ফলাফল এবং তাপমাত্রার নিচে শীতলীকরণ ফলাফল পাওয়া যায়। এ তাপমাত্রাকে উৎক্রম তাপমাত্রা বলে। হাইড্রোজেনের উৎক্রম তাপমাত্রা $193K$ । এ কারণে $H_2$গ্যাস কক্ষ তাপমাত্রার নিকটবর্তী তাপমাত্রায় জুল-থমসন পরীক্ষায় উষ্ণকরণ ফলাফল দেখায় অর্থাৎ সকল গ্যাসের ক্ষেত্রে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলেও $H_2$ গ্যাসের ক্ষেত্রে তাপমাত্রা হ্রাস পায়। 

এখানে,
$A$ হলো গ্রীন হাউসের প্রধান গ্যাস যা ${\mathrm{CO}}_2$ (কার্বন ডাই-অক্সাইড) 

এখানে, ${\mathrm{CO}}_2$ এর আণবিক ভর,

$\begin{array}{cc}M& =(12+16\times 2)g{\mathrm{mol}}^{-1}\\ & =44g{\mathrm{mol}}^{-1}\end{array}$

তাপমাত্রা,

$T=(0+273)=273K$

মোলার গ্যাস ধ্রুবক,

$R=8.314{\mathrm{JK}}^{-1}{\mathrm{mol}}^{-1}$

$r.m.s.$ বেগ, $C=?$ 

আমরা জানি, $r.m.s.$ বেগ

$C=\sqrt{\frac{3\mathrm{RT}}{M}}$ 

বা, $C=\sqrt{\frac{3\times 8314\times 273}{44\times {10}^{-3}}}$ 

$\therefore C=393.39{\mathrm{ms}}^{-1}$ 

অতএব, $A$ গ্যাসের $\left({\mathrm{CO}}_2\right)$ এর $r.m.s.$ বেগ $393.39{\mathrm{ms}}^{-1}$ 

উদ্দীপকের $A$ গ্যাসটি হলো কার্বন ডাই-অক্সাইড যা গ্রিন হাউস এর প্রধান গ্যাস। বায়ুমণ্ডলে সবচেয়ে হালকা গ্যাস হলো হাইড্রোজেন $\left(H_2\right)$ । সুতরাং, $B$ গ্যাসটি হলো হাইড্রোজেন। 

এখানে,
$PV=18L-atm$ (গ্রাফ থেকে)
মোলসংখ্যা, $n=1mol$
তাপমাত্রা, $T=273K$
মোলার গ্যাস ধ্রুবক,

$R=0.0821L\mathrm{atm}{K}^{-1}{\mathrm{mol}}^{-1}$

সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক, $Z=?$

 $A$ গ্যাসের জন্য সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক 

$Z=\frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{nRT}}$ 

বা, $Z=\frac{18}{1\times 0.0821\times 273}$ 

$\therefore Z=0.803$ 

আবার, এখানে,
$PV$$=26Latm$ (গ্রাফ থেকে)
মোলসংখ্যা, $n=1mol$
মোলার গ্যাস ধ্রুবক,

$R=0.0821L\mathrm{atm}{K}^{-1}{\mathrm{mol}}^{-1}$

তাপমাত্রা, $T=273K$
সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক, $Z=?$

$B$ গ্যাসের জন্য সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক 

$Z=\frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{nRT}}$ 

বা, $Z=\frac{26}{1\times 0.0821\times 273}$ 

$\therefore Z=1.16$ 

এবং 

এখানে,
$PV=22.386L$ atm (গ্রাফ থেকে)
মোলসংখ্যা, $n=1mol$
মোলার গ্যাস ধ্রুবক,

$R=0.0821L\mathrm{atm}{K}^{-1}{\mathrm{mol}}^{-1}$

তাপমাত্রা, $T=273K$
সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক, $Z=$ ?

আদর্শ গ্যাসের জন্য সংকোচনশীলতা গুণাঙ্ক 

$Z=\frac{\mathrm{PV}}{\mathrm{nRT}}$ 
বা, $Z=\frac{22.386}{1\times 0.0821\times 273}$ 

$\therefore Z=0.998\approx 1$ 

এখানে, আদর্শ গ্যাসের Z এর মান 1। A গ্যাসের ক্ষেত্রে Z এর মান 1 এর চেয়ে কম ফলে গ্যাসটি বাস্তব গ্যাস এবং একই তাপমাত্রা ও চাপে বাস্তব গ্যাসটি আদর্শ গ্যাসের তুলনায় বেশি সংকোচনশীল অর্থাৎ A গ্যাসের ঋণাত্মক বিচ্যুতি ঘটেছে। আবার, B গ্যাসের Z এর মান 1.16, যা আদর্শ গ্যাসের Z এর মান থেকে বেশি ফলে গ্যাসটি বাস্তব গ্যাস এবং আদর্শ গ্যাসের তুলনায় কম সংকোচনশীল। অর্থাৎ, B গ্যাসের ধনাত্মক বিচ্যুতি ঘটেছে।