অধাতব পদার্থ

অধাতব পদার্থ বা সাধারণ ভাষায় অধাতু (ইংরেজি: Nonmetallic material বা Nonmetal) বলতে এমন উপাদান বোঝায় যা ধাতু নয়। প্রসঙ্গভেদে এই শব্দের অর্থ সামান্য ভিন্ন হয়। দৈনন্দিন জীবনে এটি প্লাস্টিক, কাঠ, সিরামিকের মতো উপাদানকে বোঝায় যা সেতু নির্মাণে ব্যবহৃত লোহার মিশ্রণের মতো সাধারণ ধাতু নয়। রসায়নের কিছু ক্ষেত্রে, বিশেষ করে পর্যায় সারণিতে, এটি শুধুমাত্র সেই রাসায়নিক মৌলগুলোকে বোঝায় যা মান তাপমাত্রা ও চাপ-এ ধাতব নয়। কখনো কখনো এটি উপাদানে ডোপ্যান্ট পরমাণুর বড় শ্রেণিকে বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। বিজ্ঞানে সাধারণ ব্যবহারে অধাতব পদার্থ বলতে এমন উপাদান বোঝায় যাতে ইলেকট্রন সহজে চলাচল করতে পারে না, অর্থাৎ ফার্মি শক্তি-তে কোনো উপলব্ধ অবস্থা নেই। ঐতিহাসিক কারণে জ্যোতির্বিজ্ঞানে ধাতু-র সংজ্ঞা ভিন্ন—শুধু হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম অধাতু, বাকি সব ধাতু। কখনো কখনো এটি আগ্রহের উপাদানের বিপরীতে ব্যবহৃত হয়, যেমন ধাতুবিদ্যা বা ধাতুকর্ম-এ।

পরিবেশের পরিবর্তন, বিশেষ করে তাপমাত্রা ও চাপের কারণে একটি অধাতু ধাতুতে বা ধাতু অধাতুতে রূপান্তরিত হতে পারে; এটি সবসময় গঠনে বড় পরিবর্তন বা ফেজ ট্রানজিশন-এর সাথে যুক্ত। বিদ্যুৎ ক্ষেত্রের মতো বাহ্যিক উদ্দীপনাও স্থানীয় অধাতু সৃষ্টি করতে পারে, যেমন কিছু অর্ধপরিবাহী যন্ত্র-তে। অধাতুতে পাইজোইলেকট্রিসিটি বা ফ্লেক্সোইলেকট্রিসিটি-র মতো অনেক ভৌত ঘটনা পাওয়া যায় যা ধাতুতে থাকে না।

 সাধারণ সংজ্ঞা 

পরিবাহিতা ও অধাতুর প্রাথমিক ধারণা ছিল স্থানচ্যুত ইলেকট্রন (অর্থাৎ স্থানে ছড়ানো) সহ ব্যান্ড স্ট্রাকচার। এই দৃষ্টিভঙ্গিতে অধাতুর ফার্মি স্তর-এ ইলেকট্রনের শক্তিস্তরে ব্যান্ড গ্যাপ থাকে। বিপরীতে ধাতুর ফার্মি স্তরে অন্তত একটি আংশিক পূর্ণ ব্যান্ড থাকে; অর্ধপরিবাহী বা অন্তরকে ফার্মি স্তরে কোনো ডেলোকালাইজড অবস্থা থাকে না, যেমন Ashcroft and Mermin-এ বর্ণিত। এই সংজ্ঞাগুলো নেভিল ফ্রান্সিস মট-এর পরামর্শ অনুসারে পরম শূন্য তাপমাত্রা-তে বিদ্যুৎ পরিবহন করে এমন পদার্থ ধাতু এবং না করা অধাতু বলে সমতুল্য। অন্য তাপমাত্রায়ও এই সংজ্ঞা সাধারণত ব্যবহৃত হয়, যেমন রাল্ফ স্টয়ডেল-এর Chemistry of the Non-Metals এবং ধাতু–অন্তরক ট্রানজিশন নিয়ে গবেষণায়।

প্রাথমিক কাজে এই ব্যান্ড স্ট্রাকচার ব্যাখ্যা একক-ইলেকট্রন দৃষ্টিভঙ্গির উপর ভিত্তি করে ছিল, যেখানে ফার্মি স্তরে ব্যান্ড গ্যাপ দেখানো হয়েছে (চিত্র দেখুন), একাধিক বস্তু সমস্যা-র সম্পূর্ণ চিত্র ছাড়াই যেখানে এক্সচেঞ্জ ও কোরিলেশন শব্দ গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে, এবং স্পিন-অরবিট কাপলিং-এর মতো আপেক্ষিকতাবাদী প্রভাবও। মট ও রুডলফ পাইয়ার্লস-এর মূল সংযোজন ছিল এগুলো উপেক্ষা করা যায় না। উদাহরণস্বরূপ, নিকেল(II) অক্সাইড একক-ইলেকট্রন দৃষ্টিভঙ্গিতে ধাতু হতো, কিন্তু বাস্তবে এর বড় ব্যান্ড গ্যাপ আছে। ২০২৪ সাল পর্যন্ত ডেনসিটি ফাংশনাল থিওরি-ভিত্তিক দৃষ্টিভঙ্গি বেশি সাধারণ যাতে ম্যানি-বডি শব্দ অন্তর্ভুক্ত। একক ইলেকট্রনের পরিবর্তে কোয়াসিপার্টিকল অরবিটাল ব্যবহৃত হয়, যা শত শত থেকে হাজার হাজার ইলেকট্রনের সিস্টেমের একক-কণার মতো সমাধান। যদিও সঠিক গণনা চ্যালেঞ্জিং, অনেক ক্ষেত্রে যুক্তিসঙ্গত ফলাফল পাওয়া যায়।


আলান হেরিস উইলসন ও মট-এর প্রাথমিক সংজ্ঞাকে কিছুটা সূক্ষ্ম করা সাধারণ। রসায়নবিদ পিটার এডওয়ার্ডস ও সহকর্মীদের এবং ফুমিকো য়োনেজাওয়া-র আলোচনা অনুসারে ধাতু ও অধাতুর ব্যবহারের তাপমাত্রা বিবেচনা করা গুরুত্বপূর্ণ। য়োনেজাওয়া একটি সাধারণ সংজ্ঞা দিয়েছেন:
যখন কোনো উপাদান নির্দিষ্ট পরিবেশগত অবস্থায় 'পরিবহন করে' এবং একই সাথে উপাদানটির বিদ্যুৎ পরিবাহিতার তাপমাত্রা গুণাঙ্ক ধনাত্মক নয়, তখন সেই অবস্থায় উপাদানটি ধাতব। এই শর্ত পূরণ না করলে উপাদানটি সেই অবস্থায় অধাতব।

ব্যান্ড স্ট্রাকচার ভিত্তিক ধাতুত্বের সংজ্ঞা সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত এবং একক মৌল যেমন অন্তরক বোরন এবং যৌগ যেমন স্ট্রন্টিয়াম টাইটানেট-এর ক্ষেত্রে প্রযোজ্য। (অনেক যৌগে ফার্মি স্তরে অবস্থা থাকে এবং ধাতব, যেমন টাইটানিয়াম নাইট্রাইড।) ব্যান্ড গ্যাপ পরিমাপ বা অ্যাব-ইনিশিও কোয়ান্টাম মেকানিক্স|কোয়ান্টাম যান্ত্রিক গণনা দিয়ে অধাতু পরীক্ষা করার অনেক পরীক্ষামূলক পদ্ধতি রয়েছে।

 কার্যকরী সংজ্ঞা 


ধাতুবিদ্যা-তে বিকল্প দৃষ্টিভঙ্গি হলো স্টিল, অ্যালুমিনিয়াম মিশ্রণ ইত্যাদি নমনীয় মিশ্রণকে ধাতু এবং অন্যান্য উপাদানকে অধাতু হিসেবে বিবেচনা করা; ধাতু নির্মাণকে ধাতুকর্ম বলা হয়, কিন্তু অধাতুর জন্য কোনো সমতুল্য শব্দ নেই। এমন আলগা সংজ্ঞা সাধারণ ব্যবহারে প্রচলিত, কিন্তু অসঙ্গতিপূর্ণও হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ এই ব্যবহারে প্লাস্টিক অধাতু, কিন্তু বাস্তবে পরিবাহী পলিমার রয়েছে যাদের আনুষ্ঠানিকভাবে ধাতু বলা উচিত। একইভাবে, অনেক অধাতব অর্ধপরিবাহী উচ্চ ডোপ্যান্ট ঘনত্বে ধাতুর মতো আচরণ করে, যাকে ডিজেনারেট অর্ধপরিবাহী বলা হয়। এই বিষয়ের সাধারণ পরিচিতি ফুমিকো য়োনেজাওয়া-র ২০১৭ সালের বইয়ে পাওয়া যায়।

 পর্যায় সারণির মৌল 

400px|thumb|পর্যায় সারণি

রসায়নে অধাতু (রসায়ন) শব্দটি সেই মৌলগুলোর জন্য ব্যবহৃত হয় যা স্বাভাবিক গ্রাউন্ড স্টেটে ধাতব নয়; যৌগ কখনো কখনো বিবেচনার বাইরে রাখা হয়। কিছু পাঠ্যবইতে অধাতব মৌল শব্দ ব্যবহৃত হয়, যেমন রাল্ফ স্টয়ডেল-এর Chemistry of the Non-Metals যেখানে পরিবাহিতা ও ফার্মি স্তরের সাধারণ সংজ্ঞাও ব্যবহৃত হয়েছে। এই মৌল-ভিত্তিক দৃষ্টিভঙ্গি শিক্ষায় প্রায়শই ব্যবহৃত হয় পর্যায় সারণি বোঝাতে, যদিও এটি একটি শিক্ষাগত অতিসরলীকরণ। পর্যায় সারণির উপরের ডানদিকের মৌলগুলো অধাতু, মাঝখানে (সংক্রমণ ধাতু ও ল্যান্থানাইড) এবং বামদিকে ধাতব। মধ্যবর্তী শ্রেণি হিসেবে কিছু মৌলকে অর্ধধাতু বলা হয়।

এই শব্দটি কখনো কখনো যৌগ, মিশ্রণ বা উপাদানের সংমিশ্রণে নির্দিষ্ট মৌল টাইপের ডোপ্যান্ট বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়, পর্যায় সারণি শ্রেণিবিভাগ ব্যবহার করে। উদাহরণস্বরূপ অর্ধধাতু প্রায়শই উচ্চ-তাপমাত্রা মিশ্রণে ব্যবহৃত হয়, এবং অধাতু স্টিল ও অন্যান্য মিশ্রণে বৃষ্টিপাত শক্তকরণ-এ। এখানে বর্ণনায় অন্তর্নিহিতভাবে ডোপ্যান্টগুলো ইলেকট্রন গ্রাহক কিনা এবং সমযোজী বন্ধন গঠন করে কিনা বা ধাতব বন্ধন-এর বিপরীতে তা অন্তর্ভুক্ত।


 জ্যোতির্বিজ্ঞানে অধাতু 

জ্যোতির্বিজ্ঞানে একটি সম্পূর্ণ ভিন্ন দৃষ্টিভঙ্গি ব্যবহৃত হয় যেখানে ধাতুত্ব বলতে হিলিয়ামের চেয়ে ভারী সব মৌল বোঝায়, তাই শুধু হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম অধাতু। এটি একটি ঐতিহাসিক অসঙ্গতি। ১৮০২ সালে উইলিয়াম হাইড ওলাস্টনMelvyn C. Usselman: William Hyde Wollaston Encyclopædia Britannica, retrieved 31 March 2013 সৌর বর্ণালীতে অনেক অন্ধকার বৈশিষ্ট্য লক্ষ্য করেন।William Hyde Wollaston (1802) "A method of examining refractive and dispersive powers, by prismatic reflection," Philosophical Transactions of the Royal Society, 92: 365–380; see especially p. 378. ১৮১৪ সালে জোসেফ ফন ফ্রাউনহোফার স্বাধীনভাবে এই রেখাগুলো পুনরাবিষ্কার করেন এবং তাদের তরঙ্গদৈর্ঘ্য পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়ন ও পরিমাপ করেন, এখন এগুলো ফ্রাউনহোফার রেখা নামে পরিচিত। তিনি ৫৭০টির বেশি রেখা ম্যাপ করেন, সবচেয়ে প্রসিদ্ধগুলোকে A থেকে K অক্ষর দিয়ে এবং দুর্বলগুলোকে অন্য অক্ষর দিয়ে চিহ্নিত করেন।Joseph Fraunhofer (1814 - 1815) "Bestimmung des Brechungs- und des Farben-Zerstreuungs - Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre" (Determination of the refractive and color-dispersing power of different types of glass, in relation to the improvement of achromatic telescopes), Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Sciences in Munich), 5: 193–226; see especially pages 202–205 and the plate following page 226.

প্রায় ৪৫ বছর পর গুস্তাভ কির্খফ ও রবার্ট বুনসেনSee:
 Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber die Fraunhofer'schen Linien" (On Fraunhofer's lines), Monatsbericht der Königlichen Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin (Monthly report of the Royal Prussian Academy of Sciences in Berlin), 662–665.
 Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber das Sonnenspektrum" (On the sun's spectrum), Verhandlungen des naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Proceedings of the Natural History / Medical Association in Heidelberg), 1 (7) : 251–255. লক্ষ্য করেন যে কয়েকটি ফ্রাউনহোফার রেখা গরম রাসায়নিক মৌলের বৈশিষ্ট্যসূচক উৎসর্জন বর্ণালী রেখার সাথে মিলে যায়। তারা অনুমান করেন যে সৌর বর্ণালীতে অন্ধকার রেখা সৌর বায়ুমণ্ডলে রাসায়নিক মৌলের শোষণ-এর কারণে হয়। তাদের পর্যবেক্ষণ দৃশ্যমান পরিসরে ছিল যেখানে সবচেয়ে শক্তিশালী রেখা Na, K, Fe-এর মতো ধাতু থেকে আসে। সূর্যের রাসায়নিক গঠন নিয়ে প্রাথমিক কাজে বর্ণালীতে শনাক্ত হওয়া একমাত্র মৌল ছিল হাইড্রোজেন ও বিভিন্ন ধাতু, এবং এদের বর্ণনায় প্রায়শই ধাতব শব্দ ব্যবহৃত হতো। সমকালীন ব্যবহারে হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম ছাড়া সব অতিরিক্ত মৌলকে ধাতব বলা হয়।

জ্যোতির্বিজ্ঞানী কার্লোস জাশেক ও তারকা জ্যোতির্বিজ্ঞানী ও স্পেকট্রোস্কোপিস্ট মার্সিডিস জাশেক তাদের বই The Classification of Stars-এ লিখেছেন:
তারকার অভ্যন্তর বিশেষজ্ঞরা 'ধাতু' বলতে হাইড্রোজেন ও হিলিয়াম ছাড়া যেকোনো মৌল বোঝান, এবং ফলে 'ধাতু প্রাচুর্য' বলতে প্রথম দুটি ছাড়া সব মৌল বোঝায়। স্পেকট্রোস্কোপিস্টদের জন্য এটি খুব বিভ্রান্তিকর, কারণ তারা শব্দটি রাসায়নিক অর্থে ব্যবহার করেন। অন্যদিকে ফটোমেট্রিস্টরা, যারা সব রেখার সম্মিলিত প্রভাব পর্যবেক্ষণ করেন (অর্থাৎ বিভিন্ন মৌল পৃথক না করে) প্রায়শই 'ধাতু প্রাচুর্য' শব্দ ব্যবহার করেন, যেখানে এটি হাইড্রোজেন রেখার প্রভাবও অন্তর্ভুক্ত করতে পারে।

 ধাতু-অন্তরক ট্রানজিশন 


অনেক ক্ষেত্রে কোনো মৌল বা যৌগ নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে ধাতব হয়, কিন্তু অন্য পরিস্থিতিতে অধাতব। একটি উদাহরণ হলো ধাতব হাইড্রোজেন যা অত্যন্ত উচ্চ চাপে গঠিত হয়। এ ধরনের আরও অনেক উদাহরণ রয়েছে যা নেভিল ফ্রান্সিস মট, ইনাদা প্রমুখ এবং সাম্প্রতিককালে ফুমিকো য়োনেজাওয়া আলোচনা করেছেন।

স্থানীয়ভাবেও ধাতু থেকে অধাতুতে ট্রানজিশন ঘটতে পারে, বিশেষ করে অর্ধপরিবাহী যন্ত্র-তে। একটি উদাহরণ হলো ফিল্ড-ইফেক্ট ট্রানজিস্টর যেখানে বিদ্যুৎ ক্ষেত্র ফার্মি শক্তিতে ইলেকট্রনহীন অঞ্চল (ডিপ্লিশন জোন) সৃষ্টি করতে পারে।

 অধাতুর নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য 


অধাতুর বৈশিষ্ট্যের পরিসর খুব বিস্তৃত। উদাহরণস্বরূপ অধাতু হীরা সবচেয়ে কঠিন পরিচিত উপাদান, আবার অধাতু মলিবডেনাম ডাইসালফাইড মহাকাশে ব্যবহৃত সলিড লুব্রিকেন্ট। ফার্মি শক্তিতে ইলেকট্রন না থাকার কারণে অধাতুর কিছু নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য রয়েছে। প্রধানগুলো (বিস্তারিত লিঙ্কে পাওয়া যায়):

 ডাইইলেকট্রিক পোলারাইজেশন, যা বিদ্যুৎ ক্ষেত্রের সাথে স্থানীয় ডাইপোলের সারিবদ্ধতার সমতুল্য, যেমন ক্যাপাসিটর-এ।
 ইলেকট্রোস্ট্রিকশন, বিদ্যুৎ ক্ষেত্র বা আরও সঠিকভাবে পোলারাইজেশন ঘনত্ব-এর কারণে আয়তনের পরিবর্তন।
 ফ্লেক্সোইলেকট্রিসিটি, যেখানে স্ট্রেন গ্রেডিয়েন্ট ও পোলারাইজেশনের মধ্যে সংযোগ থাকে। এটি ট্রাইবোইলেকট্রিক ইফেক্ট-এর কারণে স্ট্যাটিক বিদ্যুৎ উৎপন্নে ভূমিকা রাখে।
 পাইজোইলেকট্রিসিটি, পোলারাইজেশন ও রৈখিক স্ট্রেনের মধ্যে সংযোগ।
 তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে রোধ কমে যাওয়া, কারণ আংশিক পূর্ণ উচ্চ শক্তিস্তরে ফার্মি–ডিরাক পরিসংখ্যান অনুসারে বাহক বাড়ে।
 আলো বা অতিবেগুনি বিকিরণ-এর সংস্পর্শে পরিবাহিতা বৃদ্ধি, যাকে ফটোকন্ডাকটিভিটি বলে। এটি তাপমাত্রার প্রভাবের মতো, কিন্তু ফোটন ইলেকট্রনকে আংশিক পূর্ণ অবস্থায় উত্তেজিত করে।
 ক্যাপাসিটর চিত্রের মতো বিদ্যুৎ ক্ষেত্র প্রেরণ; ধাতুতে বিদ্যুৎ-ক্ষেত্র স্ক্রিনিং খুব ছোট দূরত্বের বাইরে এটি প্রতিরোধ করে।

 আরও দেখুন 
বিদ্যুৎ পরিবহন

 তথ্যসূত্র 

বিষয়শ্রেণী:রাসায়নিক পদার্থবিজ্ঞান
বিষয়শ্রেণী:সংক্ষিপ্ত পদার্থবিজ্ঞান
বিষয়শ্রেণী:উপাদান বিজ্ঞান
বিষয়শ্রেণী:ধাতুবিদ্যা
বিষয়শ্রেণী:অধাতু
বিষয়শ্রেণী:পর্যায় সারণি
বিষয়শ্রেণী:সলিড-স্টেট রসায়ন