রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার মৌলিক কিছু উপাদান হাই স্কুলে বিবেচনা করা শুরু হয়। রসায়ন পাঠে, শিক্ষার্থীরা প্রথমবারের মতো বিপরীত এবং অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়া, রাসায়নিক ভারসাম্য, তাপীয় প্রভাব এবং আরও অনেক কিছুর মতো ধারণাগুলি দেখতে পায়। স্কুলের পদার্থবিদ্যার কোর্স থেকে, তারা অভ্যন্তরীণ শক্তি, কাজ, সম্ভাবনা সম্পর্কে শিখে এবং এমনকি তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্রের সাথে পরিচিত হয়।
তাপগতিবিদ্যার সংজ্ঞা
রাসায়নিক প্রকৌশল বিশেষত্বের বিশ্ববিদ্যালয় এবং কলেজের শিক্ষার্থীরা ভৌত এবং/অথবা কোলয়েডাল রসায়নের কাঠামোর মধ্যে বিশদভাবে তাপগতিবিদ্যা অধ্যয়ন করে। এটি মৌলিক বিষয়গুলির মধ্যে একটি, যার উপলব্ধি আপনাকে তাদের জন্য নতুন প্রযুক্তিগত উত্পাদন লাইন এবং সরঞ্জামগুলির বিকাশের জন্য প্রয়োজনীয় গণনাগুলি সম্পাদন করতে দেয়, বিদ্যমান প্রযুক্তিগত স্কিমগুলির সমস্যাগুলি সমাধান করে৷
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যাকে সাধারণত ভৌত রসায়নের একটি শাখা বলা হয় যা একে অপরের মধ্যে তাপ, কাজ এবং শক্তির রূপান্তরের সাধারণ আইনের ভিত্তিতে রাসায়নিক ম্যাক্রোসিস্টেম এবং সম্পর্কিত প্রক্রিয়াগুলি অধ্যয়ন করে।
এটি তিনটি অনুমানের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়, যেগুলোকে প্রায়ই তাপগতিবিদ্যার নীতি বলা হয়। তাদের নেইগাণিতিক ভিত্তি, কিন্তু মানবজাতির দ্বারা সঞ্চিত পরীক্ষামূলক ডেটার সাধারণীকরণের উপর ভিত্তি করে। এই আইনগুলি থেকে অসংখ্য ফলাফল উদ্ভূত হয়, যা পার্শ্ববর্তী বিশ্বের বর্ণনার ভিত্তি তৈরি করে৷
কাজ
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার প্রধান কাজগুলির মধ্যে রয়েছে:
- একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ অধ্যয়ন, সেইসাথে রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলির দিক, তাদের গতি, তাদের প্রভাবিত করে এমন অবস্থা (পরিবেশ, অমেধ্য, বিকিরণ, ইত্যাদি) নির্ধারণ করে এমন সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্যাটার্নগুলির ব্যাখ্যা;
- যেকোন রাসায়নিক বা ভৌত-রাসায়নিক প্রক্রিয়ার শক্তি প্রভাবের হিসাব;
- প্রতিক্রিয়া পণ্যের সর্বোচ্চ ফলনের জন্য শর্ত সনাক্তকরণ;
- বিভিন্ন থার্মোডাইনামিক সিস্টেমের ভারসাম্যের অবস্থার মানদণ্ড নির্ধারণ;
- একটি নির্দিষ্ট ভৌত ও রাসায়নিক প্রক্রিয়ার স্বতঃস্ফূর্ত প্রবাহের জন্য প্রয়োজনীয় মানদণ্ড স্থাপন করা।
অবজেক্ট এবং অবজেক্ট
বিজ্ঞানের এই বিভাগটি কোন রাসায়নিক ঘটনার প্রকৃতি বা প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করার লক্ষ্য রাখে না। তিনি শুধুমাত্র চলমান প্রক্রিয়ার শক্তির দিকে আগ্রহী। অতএব, রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার বিষয়কে বলা যেতে পারে শক্তি এবং রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় শক্তি রূপান্তরের নিয়ম, বাষ্পীভবন এবং স্ফটিককরণের সময় পদার্থের দ্রবীভূত হওয়া।
এই বিজ্ঞানের সাহায্যে বিচার করা সম্ভব হয় যে এই বা সেই প্রতিক্রিয়াটি নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে ইস্যুটির শক্তির দিক থেকে অবিকল চলতে সক্ষম কিনা৷
এর গবেষণার বস্তুগুলিকে বলা হয় ভৌত ও রাসায়নিক প্রক্রিয়ার তাপ ভারসাম্য, ফেজরূপান্তর এবং রাসায়নিক ভারসাম্য। এবং শুধুমাত্র ম্যাক্রোস্কোপিক সিস্টেমে, অর্থাৎ যেগুলিতে বিপুল সংখ্যক কণা থাকে৷
পদ্ধতি
ভৌত রসায়নের থার্মোডাইনামিক বিভাগ তার প্রধান সমস্যা সমাধানের জন্য তাত্ত্বিক (গণনা) এবং ব্যবহারিক (পরীক্ষামূলক) পদ্ধতি ব্যবহার করে। পদ্ধতির প্রথম গ্রুপটি আপনাকে পরিমাণগতভাবে বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যের সাথে সম্পর্কিত করতে এবং তাপগতিবিদ্যার নীতিগুলি ব্যবহার করে অন্যদের পরীক্ষামূলক মানের উপর ভিত্তি করে তাদের কিছু গণনা করতে দেয়। কোয়ান্টাম মেকানিক্সের নিয়মগুলি কণার গতির বর্ণনা এবং বৈশিষ্ট্যগুলি স্থাপন করতে সাহায্য করে, পরীক্ষার সময় নির্ধারিত শারীরিক পরামিতিগুলির সাথে তাদের বৈশিষ্ট্যযুক্ত পরিমাণগুলিকে সংযুক্ত করতে।
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার গবেষণা পদ্ধতি দুটি গ্রুপে বিভক্ত:
- থার্মোডাইনামিক। তারা নির্দিষ্ট পদার্থের প্রকৃতিকে বিবেচনা করে না এবং পদার্থের পারমাণবিক এবং আণবিক গঠন সম্পর্কে কোনো মডেল ধারণার উপর ভিত্তি করে নয়। এই ধরনের পদ্ধতিগুলিকে সাধারণত ফেনোমেনোলজিকাল বলা হয়, অর্থাৎ পর্যবেক্ষিত পরিমাণের মধ্যে সম্পর্ক স্থাপন করা।
- পরিসংখ্যানগত। এগুলি পদার্থ এবং কোয়ান্টাম প্রভাবের কাঠামোর উপর ভিত্তি করে, পরমাণু এবং তাদের উপাদান কণার স্তরে ঘটে যাওয়া প্রক্রিয়াগুলির বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে সিস্টেমের আচরণ বর্ণনা করার অনুমতি দেয়৷
এই উভয় পদ্ধতিরই তাদের সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে।
| পদ্ধতি | মর্যাদা | ত্রুটি |
| থার্মোডাইনামিক | বড় কারণেসাধারণতা বেশ সহজ এবং নির্দিষ্ট সমস্যার সমাধান করার সময় অতিরিক্ত তথ্যের প্রয়োজন হয় না | প্রসেস মেকানিজম প্রকাশ করে না |
| পরিসংখ্যান | প্রপঞ্চের সারমর্ম এবং প্রক্রিয়া বুঝতে সাহায্য করে, কারণ এটি পরমাণু এবং অণু সম্পর্কে ধারণার উপর ভিত্তি করে | পুরোপুরি প্রস্তুতি এবং প্রচুর পরিমাণে জ্ঞান প্রয়োজন |
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার মৌলিক ধারণা
একটি সিস্টেম হল অধ্যয়নের যে কোনো বস্তুগত ম্যাক্রোস্কোপিক বস্তু, যা বাহ্যিক পরিবেশ থেকে বিচ্ছিন্ন, এবং সীমানা বাস্তব এবং কাল্পনিক উভয়ই হতে পারে।
সিস্টেমের প্রকার:
- বন্ধ (বন্ধ) - মোট ভরের স্থায়িত্ব দ্বারা চিহ্নিত, পরিবেশের সাথে পদার্থের কোন বিনিময় নেই, তবে, শক্তি বিনিময় সম্ভব;
- খোলা - পরিবেশের সাথে শক্তি এবং পদার্থ উভয়ই বিনিময় করে;
- বিচ্ছিন্ন - বাহ্যিক পরিবেশের সাথে শক্তি (তাপ, কাজ) বা পদার্থ বিনিময় করে না, যদিও এর একটি ধ্রুবক আয়তন থাকে;
- এডিয়াব্যাটিক-বিচ্ছিন্ন - শুধুমাত্র পরিবেশের সাথে তাপ বিনিময় নেই, তবে কাজের সাথে যুক্ত হতে পারে।
তাপীয়, যান্ত্রিক এবং প্রসারণ যোগাযোগের ধারণাগুলি শক্তি এবং পদার্থ বিনিময়ের পদ্ধতি নির্দেশ করতে ব্যবহৃত হয়।
সিস্টেম স্টেট প্যারামিটার হল সিস্টেম স্টেটের যেকোনো পরিমাপযোগ্য ম্যাক্রো বৈশিষ্ট্য। তারা হতে পারে:
- তীব্র - ভর থেকে স্বাধীন (তাপমাত্রা, চাপ);
- বিস্তৃত (ক্যাপাসিটিভ) - পদার্থের ভরের সমানুপাতিক (আয়তন,তাপ ক্ষমতা, ভর)।
এই সমস্ত পরামিতিগুলি পদার্থবিদ্যা এবং রসায়ন থেকে রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যা দ্বারা ধার করা হয়, কিন্তু একটি সামান্য ভিন্ন বিষয়বস্তু অর্জন করে, কারণ সেগুলি তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে বিবেচনা করা হয়। এই মানের জন্য ধন্যবাদ যে বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য পরস্পর সংযুক্ত।
ভারসাম্য হল এমন একটি সিস্টেমের অবস্থা যেখানে এটি ধ্রুবক বাহ্যিক অবস্থার অধীনে আসে এবং তা থার্মোডাইনামিক পরামিতিগুলির একটি অস্থায়ী স্থিরতা, সেইসাথে এতে উপাদান এবং তাপ প্রবাহের অনুপস্থিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এই অবস্থার জন্য, সিস্টেমের সমগ্র আয়তনে চাপ, তাপমাত্রা এবং রাসায়নিক সম্ভাবনার স্থায়িত্ব পরিলক্ষিত হয়।
ভারসাম্য এবং অ-ভারসাম্য প্রক্রিয়া
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার মৌলিক ধারণার সিস্টেমে তাপগতি প্রক্রিয়া একটি বিশেষ স্থান দখল করে। এটি সিস্টেমের অবস্থার পরিবর্তন হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, যা এক বা একাধিক থার্মোডাইনামিক প্যারামিটারের পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।
বিভিন্ন পরিস্থিতিতে সিস্টেমের অবস্থার পরিবর্তন সম্ভব। এই বিষয়ে, ভারসাম্য এবং অ-ভারসাম্য প্রক্রিয়ার মধ্যে একটি পার্থক্য তৈরি করা হয়। একটি ভারসাম্য (বা আধা-স্থির) প্রক্রিয়া একটি সিস্টেমের ভারসাম্য অবস্থার একটি সিরিজ হিসাবে বিবেচিত হয়। এই ক্ষেত্রে, এর সমস্ত পরামিতি অসীমভাবে ধীরে ধীরে পরিবর্তিত হয়। এই ধরনের একটি প্রক্রিয়া সঞ্চালনের জন্য, বেশ কয়েকটি শর্ত পূরণ করতে হবে:
- অভিনয় এবং বিরোধী শক্তির (অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিক চাপ, ইত্যাদি) মানগুলির মধ্যে অসীমভাবে ছোট পার্থক্য।
- প্রক্রিয়াটির অসীম ধীর গতি।
- সর্বোচ্চ কাজ।
- বাহ্যিক শক্তির একটি অসীম পরিবর্তন প্রবাহের দিক পরিবর্তন করেবিপরীত প্রক্রিয়া।
- প্রত্যক্ষ এবং বিপরীত প্রক্রিয়ার কাজের মান সমান, এবং তাদের পথ একই।
ব্যবস্থার অ-ভারসাম্যহীন অবস্থাকে ভারসাম্যে পরিবর্তন করার প্রক্রিয়াটিকে শিথিলকরণ বলা হয় এবং এর সময়কালকে শিথিলকরণ সময় বলা হয়। রাসায়নিক থার্মোডাইনামিক্সে, যেকোনো প্রক্রিয়ার জন্য শিথিল সময়ের সর্বাধিক মূল্য প্রায়ই নেওয়া হয়। এটি এই কারণে যে বাস্তব সিস্টেমগুলি সহজেই সিস্টেমে শক্তি এবং/অথবা পদার্থের উদীয়মান প্রবাহের সাথে ভারসাম্যের অবস্থা ছেড়ে যায় এবং ভারসাম্যহীন হয়৷
প্রত্যাবর্তনযোগ্য এবং অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়া
রিভার্সিবল থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া হল একটি সিস্টেমের একটি অবস্থা থেকে অন্য অবস্থায় স্থানান্তর। এটি কেবল সামনের দিকেই নয়, বিপরীত দিকেও প্রবাহিত হতে পারে, উপরন্তু, একই মধ্যবর্তী অবস্থার মধ্য দিয়ে, যখন পরিবেশে কোনও পরিবর্তন হবে না৷
অপরিবর্তনযোগ্য এমন একটি প্রক্রিয়া যার জন্য সিস্টেমের এক অবস্থা থেকে অন্য রাজ্যে স্থানান্তর করা অসম্ভব, পরিবেশের পরিবর্তনের সাথে নয়৷
অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়াগুলি হল:
- সীমিত তাপমাত্রার পার্থক্যে তাপ স্থানান্তর;
- একটি ভ্যাকুয়ামে গ্যাসের প্রসারণ, যেহেতু এটি চলাকালীন কোন কাজ করা হয় না এবং এটি না করে গ্যাসকে সংকুচিত করা অসম্ভব;
- ডিফিউশন, যেহেতু অপসারণের পরে গ্যাসগুলি সহজেই পারস্পরিকভাবে ছড়িয়ে পড়বে এবং কাজ না করে বিপরীত প্রক্রিয়াটি অসম্ভব।
অন্যান্য ধরনের থার্মোডাইনামিক প্রক্রিয়া
বৃত্তাকার প্রক্রিয়া (চক্র) এমন একটি প্রক্রিয়া, চলাকালীনযেটি সিস্টেমটি বৈশিষ্ট্যগুলির পরিবর্তন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছিল এবং এটির শেষে এটির মূল মানগুলিতে ফিরে আসে৷
প্রক্রিয়াটির বৈশিষ্ট্যযুক্ত তাপমাত্রা, আয়তন এবং চাপের মানের উপর নির্ভর করে, রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যায় নিম্নলিখিত ধরণের প্রক্রিয়াগুলিকে আলাদা করা হয়:
- Isothermal (T=consst)।
- আইসোবারিক (P=const)।
- Isochoric (V=const)।
- Adiabatic (Q=consst)।
রাসায়নিক তাপগতিবিদ্যার সূত্র
মূল ধারণাগুলি বিবেচনা করার আগে, বিভিন্ন সিস্টেমের অবস্থার বৈশিষ্ট্যযুক্ত পরিমাণের সারমর্মটি মনে রাখা প্রয়োজন৷
একটি সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি U কে তার শক্তির স্টক হিসাবে বোঝা যায়, যা গতির শক্তি এবং কণার মিথস্ক্রিয়া নিয়ে গঠিত, অর্থাৎ গতিশক্তি এবং তার অবস্থানের সম্ভাব্য শক্তি ব্যতীত সমস্ত ধরণের শক্তি।. এর পরিবর্তন নির্ধারণ করুন ∆U.
এনথালপি এইচ কে প্রায়ই প্রসারিত সিস্টেমের শক্তি বলা হয়, সেইসাথে এর তাপের পরিমাণও। H=U+pV.
তাপ Q শক্তি স্থানান্তরের একটি বিকৃত রূপ। সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ তাপ ধনাত্মক বলে বিবেচিত হয় (Q > 0) যদি তাপ শোষিত হয় (এন্ডোথার্মিক প্রক্রিয়া)। তাপ নির্গত হলে তা ঋণাত্মক (Q < 0) হয় (এক্সোথার্মিক প্রক্রিয়া)।
Work A হল শক্তি স্থানান্তরের একটি আদেশকৃত রূপ। এটিকে ইতিবাচক (A>0) হিসাবে বিবেচনা করা হয় যদি এটি সিস্টেম দ্বারা বহিরাগত শক্তির বিরুদ্ধে সঞ্চালিত হয়, এবং ঋণাত্মক (A<0) যদি এটি সিস্টেমে বহিরাগত শক্তি দ্বারা সঞ্চালিত হয়৷
মৌলিক অনুমান হল তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র। এখানে অনেকতার সূত্রগুলি, যার মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি আলাদা করা যেতে পারে: "এক প্রকার থেকে অন্য ধরণের শক্তির রূপান্তর কঠোরভাবে সমান পরিমাণে ঘটে।"
যদি সিস্টেমটি স্টেট 1 থেকে স্টেট 2 তে একটি রূপান্তর করে, যার সাথে তাপ Q শোষণ হয়, যা ঘুরে, অভ্যন্তরীণ শক্তি ∆U পরিবর্তন করতে এবং A কাজ করতে ব্যয় হয়, তবে গাণিতিকভাবে এই অনুমানটি হল সমীকরণ দ্বারা লিখিত: Q=∆U +A বা δQ=dU + δA.
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রটি, প্রথমটির মতো, তাত্ত্বিকভাবে উদ্ভূত নয়, তবে এটি একটি পোস্টুলেটের মর্যাদা পেয়েছে। যাইহোক, এর নির্ভরযোগ্যতা পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের সাথে সম্পর্কিত এটির ফলাফল দ্বারা নিশ্চিত করা হয়। ভৌত রসায়নে, নিম্নলিখিত সূত্রটি বেশি সাধারণ: "যেকোন বিচ্ছিন্ন সিস্টেমের জন্য যা ভারসাম্যের অবস্থায় নেই, এনট্রপি সময়ের সাথে বৃদ্ধি পায় এবং সিস্টেমটি ভারসাম্যের অবস্থায় না আসা পর্যন্ত এর বৃদ্ধি অব্যাহত থাকে।"
গাণিতিকভাবে, রাসায়নিক থার্মোডাইনামিক্সের এই অনুমানটির ফর্ম রয়েছে: dSisol≧0। এই ক্ষেত্রে অসমতার চিহ্নটি অ-ভারসাম্যের অবস্থা নির্দেশ করে এবং "=" চিহ্নটি ভারসাম্য নির্দেশ করে।
