NCERT বিস্তারিত ব্যাখ্যা: দ্বাদশ শ্রেণি রসায়ন, অধ্যায় ২ – দ্রবণ

বিষয়ের ভূমিকা

আমাদের দৈনন্দিন জীবনে আমরা খাঁটি পদার্থের চেয়ে বিভিন্ন পদার্থের মিশ্রণের সম্মুখীনই বেশি হই। যেমন—আমরা যে জল পান করি, যে বাতাসে শ্বাস নিই কিংবা যে সংকর ধাতু (যেমন পিতল, ব্রোঞ্জ) ব্যবহার করি, সবই হলো বিভিন্ন উপাদানের মিশ্রণ। রসায়ন বিজ্ঞানে দ্রবণ (Solution) একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। এনসিইআরটি (NCERT) দ্বাদশ শ্রেণির রসায়ন পাঠ্যক্রমের দ্বিতীয় অধ্যায় 'দ্রবণ'-এ পদার্থের দ্রবীভূত হওয়ার প্রক্রিয়া, ঘনত্বের বিভিন্ন একক, গ্যাসীয় ও তরল দ্রবণের আচরণ এবং দ্রবণের ভৌত ধর্মাবলী সম্পর্কে বিস্তারিত আলোচনা করা হয়েছে। এই অধ্যায়টি উচ্চমাধ্যমিক পরীক্ষা এবং বিভিন্ন প্রতিযোগিতামূলক পরীক্ষা (যেমন NEET, JEE) এর জন্য অত্যন্ত প্রয়োজনীয়।

মূল ধারণাগুলির বিস্তারিত ব্যাখ্যা

১. দ্রবণ কী এবং এর উপাদানসমূহ

দুই বা ততোধিক পদার্থের সমসত্ত্ব (homogeneous) মিশ্রণকে দ্রবণ বলে, যেখানে উপাদানগুলির অনুপাত একটি নির্দিষ্ট সীমা পর্যন্ত পরিবর্তন করা যায়। দ্রবণ মূলত দুটি প্রধান উপাদান নিয়ে গঠিত:

• দ্রাব বা দ্রবীভূত পদার্থ (Solute): দ্রবণে যে উপাদানটি অপেক্ষাকৃত কম পরিমাণে থাকে এবং যা অন্য উপাদানে দ্রবীভূত হয়, তাকে দ্রাব বলে। (উদাহরণ: জলে চিনি গুলে দিলে চিনি হলো দ্রাব)।
• দ্রাবক (Solvent): দ্রবণে যে উপাদানটি অপেক্ষাকৃত বেশি পরিমাণে থাকে এবং যার মধ্যে দ্রাব দ্রবীভূত হয়, তাকে দ্রাবক বলে। (উদাহরণ: জল ও চিনির দ্রবণে জল হলো দ্রাবক)।

২. দ্রবণের ঘনত্বের প্রকাশ (Expressing Concentration of Solutions)

একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ দ্রবণ বা দ্রাবকে কতখানি দ্রাব উপস্থিত রয়েছে, তা প্রকাশ করার পদ্ধতিকে ঘনত্বের প্রকাশ বলা হয়। প্রধান ঘনত্ব এককগুলি নিচে আলোচনা করা হলো:

• ভর শতাংশ (Mass Percentage - w/w): 100 গ্রাম দ্রবণে যত গ্রাম দ্রাব দ্রবীভূত থাকে।
  $$\text{Mass } \% = \frac{\text{Mass of Solute}}{\text{Total Mass of Solution}} \times 100$$
• মোল ভগ্নাংশ (Mole Fraction - x): দ্রবণের কোনো একটি উপাদানের মোল সংখ্যা এবং দ্রবণে উপস্থিত মোট মোল সংখ্যার অনুপাতকে মোল ভগ্নাংশ বলে। যদি A ও B উপাদান থাকে, তবে A এর মোল ভগ্নাংশ:
  $$x_A = \frac{n_A}{n_A + n_B}$$
• মোলারিটি (Molarity - M): ১ লিটার দ্রবণে দ্রবীভূত দ্রাবের মোল সংখ্যাকে মোলারিটি বলা হয়। এটি তাপমাত্রার ওপর নির্ভরশীল।
  $$M = \frac{\text{Moles of Solute}}{\text{Volume of Solution in Litres}}$$
• মোলালিটি (Molality - m): ১ কেজি (১০০০ গ্রাম) দ্রাবকে দ্রবীভূত দ্রাবের মোল সংখ্যাকে মোলালিটি বলে। এটি তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে না, কারণ ভর তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয় না।
  $$m = \frac{\text{Moles of Solute}}{\text{Mass of Solvent in kg}}$$

৩. দ্রবণীয়তা এবং হেনরির সূত্র (Solubility and Henry's Law)

একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট পরিমাণ দ্রাবকে সর্বাধিক যে পরিমাণ দ্রাব দ্রবীভূত হতে পারে, তাকে ওই তাপমাত্রায় দ্রাবের দ্রবণীয়তা বলে।

তরলে গ্যাসের দ্রবণীয়তা: হেনরির সূত্র (Henry's Law)
উষ্ণতা স্থির থাকলে, কোনো তরল দ্রাবকে কোনো গ্যাসের দ্রবণীয়তা তরলের ওপর সংলগ্ন উক্ত গ্যাসের আংশিক চাপের সমানুপাতিক।

গাণিতিক রূপ: $$p = K_H \cdot x$$
এখানে, $p$ হলো গ্যাসের আংশিক চাপ, $x$ হলো দ্রবণে গ্যাসের মোল ভগ্নাংশ এবং $K_H$ হলো হেনরির ধ্রুবক। $K_H$-এর মান গ্যাসের প্রকৃতি ও তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে। তাপমাত্রা বাড়লে $K_H$-এর মান বাড়ে এবং গ্যাসের দ্রবণীয়তা হ্রাস পায়। এ কারণেই উষ্ণ জল অপেক্ষা ঠান্ডা জলে জলজ প্রাণীরা বেশি স্বাচ্ছন্দ্যবোধ করে।

৪. বাষ্পচাপ এবং রাউল্টের সূত্র (Vapour Pressure and Raoult's Law)

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কোনো বদ্ধ পাত্রে তরল ও তার বাষ্পের মধ্যে সাম্যবস্থা সৃষ্টি হলে, বাষ্প তরল পৃষ্ঠের ওপর যে চাপ প্রয়োগ করে, তাকে ওই তরলের বাষ্পচাপ বলে।

রাউল্টের সূত্র (Raoult's Law):
একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় কোনো উদ্বায়ী দ্রাবকের দ্রবণে প্রতিটি উদ্বায়ী উপাদানের আংশিক বাষ্পচাপ, তার বিশুদ্ধ অবস্থার বাষ্পচাপ এবং দ্রবণে তার মোল ভগ্নাংশের গুণফলের সমান।

$$p_A = p_A^0 \cdot x_A$$
যেখানে $p_A^0$ হলো বিশুদ্ধ উপাদানের বাষ্পচাপ এবং $x_A$ হলো তার মোল ভগ্নাংশ।

৫. আদর্শ ও অনাদর্শ দ্রবণ (Ideal and Non-ideal Solutions)

• আদর্শ দ্রবণ (Ideal Solution): যে দ্রবণসমূহ সকল তাপমাত্রা ও ঘনত্বের সীমার মধ্যে রাউল্টের সূত্র মেনে চলে, তাদের আদর্শ দ্রবণ বলে। এদের ক্ষেত্রে: $\Delta H_{\text{mixing}} = 0$ এবং $\Delta V_{\text{mixing}} = 0$। (উদাহরণ: বেনজিন ও টলুইন এর মিশ্রণ)।
• অনাদর্শ দ্রবণ (Non-ideal Solution): যে দ্রবণসমূহ রাউল্টের সূত্র মেনে চলে না, তাদের অনাদর্শ দ্রবণ বলে। এরা ধনাত্মক বা ঋণাত্মক বিচ্যুতি প্রদর্শন করে।

৬. দ্রবণের সংখ্যাগত ধর্মাবলি (Colligative Properties)

তরল দ্রাবকে অনুদ্বায়ী, অ-তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রাব দ্রবীভূত করলে দ্রবণের কয়েকটি ধর্ম কেবল দ্রাব কণার সংখ্যার ওপর নির্ভর করে, দ্রাবের প্রকৃতির ওপর নয়। এদের সংখ্যাগত ধর্ম বা কলিগেটিভ প্রপার্টিজ বলে। প্রধান চারটি সংখ্যাগত ধর্ম হলো:

• ১. বাষ্পচাপের আপেক্ষিক অবনমন (Relative Lowering of Vapour Pressure):
  $$\frac{p_1^0 - p_1}{p_1^0} = x_2$$
• ২. স্ফুটনাঙ্কের উন্নয়ন (Elevation of Boiling Point): দ্রাব যোগ করলে দ্রবণের স্ফুটনাঙ্ক বৃদ্ধি পায়।
  $$\Delta T_b = K_b \cdot m$$ (এখানে $K_b$ হলো মোলাল স্ফুটনাঙ্ক উন্নয়ন ধ্রুবক বা Ebullioscopic constant)।
• ৩. হিমাঙ্কের অবনমন (Depression of Freezing Point): দ্রাব যোগ করলে দ্রবণের হিমাঙ্ক হ্রাস পায়।
  $$\Delta T_f = K_f \cdot m$$ (এখানে $K_f$ হলো মোলাল হিমাঙ্ক অবনমন ধ্রুবক বা Cryoscopic constant)।
• ৪. অভিস্রবণ চাপ (Osmotic Pressure - $\pi$): অর্ধভেদ্য পর্দা দ্বারা দ্রাবক ও দ্রবণকে পৃথক রাখলে অভিস্রবণ প্রক্রিয়া বন্ধ করার জন্য দ্রবণের ওপর যে সর্বনিম্ন চাপ প্রয়োগ করতে হয়।
  $$\pi = C R T$$

৭. ভ্যান্ট হফ গুণক (Van't Hoff Factor - $i$)

তড়িৎবিশ্লেষ্য দ্রাব দ্রবণে সংযোজিত (associated) বা বিযোজিত (dissociated) হলে কণার সংখ্যা পরিবর্তিত হয়। এই বিচ্যুতি পরিমাপ করার জন্য বিজ্ঞানী ভ্যান্ট হফ একটি গুণক ব্যবহার করেন:

$$i = \frac{\text{পরীক্ষালব্ধ সংখ্যাগত ধর্ম}}{\text{গণনাকৃত সংখ্যাগত ধর্ম}}$$

প্রশ্নোত্তর (Q&A)

প্রশ্ন ১: মোলারিটি এবং মোলালিটির মধ্যে কোনটি তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে এবং কেন?

উত্তর: মোলারিটি তাপমাত্রার ওপর নির্ভর করে, কারণ মোলারিটি সংজ্ঞায়িত করা হয় আয়তনের ভিত্তিতে ($M = \text{Moles} / \text{Volume}$)। তরলের আয়তন তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। অন্যদিকে, মোলালিটি ভরের ওপর ভিত্তি করে হিসাব করা হয় ($m = \text{Moles} / \text{Mass of solvent}$) এবং ভর তাপমাত্রার ওপর নির্ভরশীল নয়। তাই মোলালিটি তাপমাত্রার পরিবর্তনে পরিবর্তিত হয় না।

প্রশ্ন ২: ডুবুরিরা গভীর সমুদ্রে অক্সিজেনের সাথে হিলিয়াম গ্যাস মিশিয়ে সিলিন্ডার ব্যবহার করে কেন?

উত্তর: গভীর সমুদ্রে উচ্চ চাপে নাইট্রোজেন গ্যাস রক্তের সাথে দ্রবীভূত হয়ে যায়। ডুবুরি যখন ওপরে উঠে আসে, তখন চাপ কমে যায় এবং রক্তে দ্রবীভূত নাইট্রোজেন বুদবুদ আকারে নির্গত হয়ে তীব্র যন্ত্রণাদায়ক 'বেন্ডস' (Bends) নামক রোগের সৃষ্টি করে। হিলিয়াম গ্যাসের দ্রবণীয়তা রক্তে অত্যন্ত কম হওয়ায় অক্সিজেন সিলিন্ডারে হিলিয়াম মিশিয়ে এই ঝুঁকি কমানো হয় (এটি হেনরির সূত্রের প্রয়োগ)।

প্রশ্ন ৩: গাড়ি চালানোর সময় বরফাবৃত রাস্তায় লবণ ছিটানো হয় কেন?

উত্তর: বরফের ওপর লবণ (যেমন $\text{NaCl}$ বা $\text{CaCl}_2$) ছিটানো হলে হিমাঙ্কের অবনমন ঘটে। লবণের ফলে জলের জমাট বাঁধার তাপমাত্রা $0^\circ\text{C}$-এর নিচে নেমে যায়। ফলে রাস্তায় জমা বরফ দ্রুত গলে জল হয়ে যায় এবং গাড়ি চলাচল সহজ হয়।

সারসংক্ষেপ

• দ্রবণ হলো দ্রাব ও দ্রাবকের সমসত্ত্ব মিশ্রণ।
• মোলালিটি উষ্ণতার ওপর নির্ভর করে না কিন্তু মোলারিটি উষ্ণতার ওপর নির্ভর করে।
• হেনরির সূত্র স্থির উষ্ণতায় দ্রাবকে গ্যাসের দ্রবণীয়তা ও চাপের সম্পর্ক নির্দেশ করে ($p = K_H x$)।
• রাউল্টের সূত্র অনুদ্বায়ী দ্রাবযুক্ত দ্রবণের বাষ্পচাপ ব্যাখ্যা করে।
• কলিগেটিভ ধর্মাবলি (যেমন বাষ্পচাপের আপেক্ষিক অবনমন, স্ফুটনাঙ্কের উন্নয়ন, হিমাঙ্কের অবনমন ও অভিস্রবণ চাপ) দ্রাবের কণার সংখ্যার ওপর নির্ভর করে।
• সংযোজন বা বিযোজনের ক্ষেত্রে ভ্যান্ট হফ গুণক ($i$) প্রয়োগ করা হয়।