সৃজনশীলঃ ‘…’ ঢাকা বোর্ড ২০২৩ – পরিবেশ রসায়ন, রসায়ন, রসায়ন ২য় পত্র (এইচএসসি)

চার্লসের সূত্র থেকে আমরা জানি- স্থির চাপে নির্দিষ্ট ভরের গ্যাসের আয়তন প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা বৃদ্ধি বা হ্রাসের  ফলে 0°C তাপমাত্রায় তার আয়তনের $\frac{1}{273}$  ভাগ হারে যথাক্রমে বৃদ্ধি বা হ্রাস পায়। 

∴ P বা চাপ ধ্রুবক থাকলে 0°C ও t°C তাপমাত্রায় আয়তন V0 ও Vt হলে চার্লসের সূত্রানুসারে, 

$\begin{array}{cc}{V}_t& =V_0+\frac{V_0}{273}\times t\\ & =V_0(1+\frac{t}{273})\\ & =V_0\left(\frac{273+t}{273}\right)\end{array}$

∴ t = -273°C হলে V_t = V₀ × 0 = 0

-273°C তাপমাত্রাকে পরমশূন্য তাপমাত্রা বলে। 

∴ -273°C = 0 K বা, 0°C = 273K

 t°C = (273 + t) K

(273 + t) হলো °C থেকে K (কেলভিন) তাপমাত্রায় নেওয়ার পদ্ধতি। যা নতুন স্কেল।

উদ্দীপকের গ্রাফ চিত্র থেকে বোঝা যাচ্ছে A গ্যাসটি আদর্শ গ্যাস। আদর্শ গ্যাস সম্পর্কিত সূত্রগুলো দ্বারা আমরা আদর্শ গ্যাস সূত্র বা সমীকরণ প্রতিষ্ঠা করতে পারি। আদর্শ গ্যাসের সূত্রগুলো হলোঃ

স্থির তাপমাত্রায়,

  আয়তন α (1/চাপ)

$\therefore V\alpha \frac{1}{P}\dots ...\left(i\right);$ যেখানে V = আয়তন; P = চাপ

স্থির চাপে,

  আয়তন α তাপমাত্রা 

∴ V α T .........(ii); যেখানে, V = আয়তন; T = তাপমাত্রা 

স্থির চাপ ও তাপমাত্রায়, 

  আয়তন α মোলসংখ্যা

∴ V α n ........(iii)

সমীকরণ (i) ও (ii) ও (iii) থেকে পাই,

$\begin{array}{cc}V& \alpha \frac{1}{P}\mathrm{Tn}\\ \therefore V& =\frac{\mathrm{KnT}}{P}\\ \mathrm{PV}& =\mathrm{KnT}\end{array}$

K = R = মোলার গ্যাস ধ্রুবক 

∴ PV= nRT যা আদর্শ গ্যাস সমীকরণ। 

উদ্দীপকের B ও C গ্যাস হলো বাস্তব গ্যাস। বাস্তব গ্যাস আদর্শ গ্যাসের ন্যায় আচরণ না করার কারণ নিচে বিশ্লেষণ করা হলো- আদর্শ গ্যাসের অবস্থা সমীকরণ, PV=nRT ................(1)

যেখানে P = চাপ, V = আয়তন, n = মোলসংখ্যা, R= মোলার গ্যাস ধ্রুবক এবং T = তাপমাত্রাকে বুঝানো হয়েছে। আদর্শ গ্যাস সকল তাপমাত্রা ও চাপে এই সূত্র মেনে চলে। তবে, স্থির তাপমাত্রায় আদর্শ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি এর আয়তনের উপর নির্ভরশীল নয়। অর্থাৎ, ${\left({\delta }_u/{\delta }_v\right)}_T=0;u=$ গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তি, V = গ্যাসের আয়তন, T = কেলভিন তাপমাত্রা। অপর দিকে যেসব গ্যাস PV = nRT সূত্র মেনে চলে না তারাই হচ্ছে বাস্তব গ্যাস।

গতিতত্ত্বের স্বীকার্য অনুযায়ী, গ্যাসের অণুসমূহের আয়তন পাত্রের আয়তনের তুলনায় নগণ্য, কিন্তু প্রকৃতপক্ষে বাস্তব গ্যাসের আয়তন একেবারেই নগণ্য নয়। এ কারণেই উচ্চচাপে বাস্তব গ্যাসের আয়তন আদর্শ গ্যাসের থেকে অনেক বেশি।
আবার গতিতত্ত্ব অনুযায়ী, গ্যাস অণুসমূহের মধ্যে কোনো আকর্ষণ বল - নেই। চাপ বৃদ্ধিতে এই স্বীকার্যও প্রযোজ্য নয়। কেননা চাপ বৃদ্ধিতে অণুসমূহ খুব কাছাকাছি আসে। তখন আকর্ষণ বল কার্যকর হয়। এজন্য PV = nRT সূত্রটি মেনে চলে না। অর্থাৎ ভ্যানডার ওয়ালস সূত্রমতে,

$(P+\frac{n^{2}a}{V^2})(V-nb)=nRT$.......(2) $[\because$ a ও b ধ্রুবক $]$

এখন (1) ও (2) নং সমীকরণ হতে পাই,]

সুতরাং, উল্লেখিত সমীকরণ থেকে দেখা যায়, কোনো গ্যাসের আদর্শ অবস্থায় প্রাপ্ত চাপ অপেক্ষা বাস্তব অবস্থায় প্রাপ্ত চাপ কম হয়। অর্থাৎ, চাপজনিত ত্রুটির কারণে উচ্চ চাপ ও নিম্নতাপমাত্রায় B ও C বাস্তব গ্যাসদ্বয় আদর্শ আচরণ থেকে বিচ্যুতি দেখায়।