আদর্শ পারমাণবিক ভর

আদর্শ পারমাণবিক ভর বা স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন ("A"°) হলো কোনো রাসায়নিক মৌলের বিভিন্ন আইসোটোপের আপেক্ষিক ভরের একটি গড় মান। এই গড় নির্ধারিত হয় পৃথিবীতে সেসব আইসোটোপের প্রাকৃতিক প্রাচুর্য অনুযায়ী।
উদাহরণ হিসেবে ধরা যাক তামা (Cu)। এর দুটি প্রধান আইসোটোপ আছে— Cu ("A" = 62.929), যা ৬৯% এবং Cu ("A" = 64.927), যা ৩১% প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া যায়। তাহলে গড় হিসাব করা যায় এভাবে:
এই গড়টি মাত্রাহীন (dimensionless), কারণ আইসোটোপিক ভরও মাত্রাহীন। তবে এটিকে ভরের এককে প্রকাশ করা যায় ডাল্টন দিয়ে গুণ করে, যাকে অ্যাটমিক মাস কনস্ট্যান্টও বলা হয়।
বিভিন্ন রকম অ্যাটমিক ওজনের মধ্যে, বিজ্ঞানীরা সাধারণত "স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন" ব্যবহার করেন কারণ এটি সবচেয়ে ব্যবহারযোগ্য ও বাস্তবভিত্তিক। এই মান নির্ধারণ ও প্রকাশ করে আইসোটোপিক প্রাচুর্য ও অ্যাটমিক ওজন কমিশন (CIAAW), যা ইন্টারন্যাশনাল ইউনিয়ন অব পিওর অ্যান্ড অ্যাপ্লায়েড কেমিস্ট্রি (IUPAC)-এর অংশ।
এই মান পৃথিবীর বিভিন্ন উৎস থেকে সংগৃহীত প্রাকৃতিক নমুনার ভিত্তিতে নির্ধারিত হয়, যেন এটি বাস্তব জীবনে যেমন— ওষুধ, শিল্প বা গবেষণায়— নির্ভরযোগ্যভাবে ব্যবহার করা যায়। অন্যদিকে, নির্দিষ্ট কোনো উৎস বা নমুনা অনুযায়ী অ্যাটমিক ওজনের মান ভিন্ন হতে পারে। যেমন, কোনো প্রত্নতাত্ত্বিক কঙ্কালের কার্বনের অ্যাটমিক ওজন।
"স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন" মূলত পৃথিবীর যেকোনো জায়গা থেকে সংগৃহীত নমুনার গড় মান, যেটা বিজ্ঞানীরা সাধারণভাবে প্রত্যাশা করতে পারেন। এই কারণেই কিছু মৌলের জন্য একটি নির্দিষ্ট মানের পরিবর্তে একটি পরিসীমা (interval) উল্লেখ করা হয়।
১১৮টি পরিচিত মৌলের মধ্যে ৮০টির স্থিতিশীল আইসোটোপ আছে এবং ৮৪টির জন্য "স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন" নির্ধারিত হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, হিলিয়ামের মান: । এখানে "(2)" বোঝায় যে শেষ অঙ্কে ±0.000002 অনিশ্চয়তা রয়েছে। সহজভাবে প্রকাশ করতে IUPAC একটি সংক্ষিপ্ত মানও দেয়, যেমন: ।
তবে কিছু মৌলের ক্ষেত্রে— যেমন থ্যালিয়াম (Tl)— ভিন্ন উৎস থেকে সংগৃহীত নমুনার আইসোটোপিক গঠন ভিন্ন হওয়ায়, একটি নির্দিষ্ট মান দেওয়া যায় না। তাই এদের "স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন" একটি পরিসীমা হিসেবে প্রকাশ করা হয়, যেমন: । কম গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োজনে IUPAC একটি একক "conventional value"-ও প্রকাশ করে, যেমন: ।
স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন হলো আপেক্ষিক পারমাণবিক ভরের একটি নির্দিষ্ট রূপ। এটি IUPAC-এর অধীনস্থ কমিশন অন অ্যাটমিক ওজনস অ্যান্ড আইসোটোপিক অ্যাবান্ডান্সেস (CIAAW) কর্তৃক সুপারিশকৃত একটি মান। এই মান পৃথিবীর ভূত্বক ও বায়ুমণ্ডলের পরিবেশে পাওয়া উৎসের ভিত্তিতে নির্ধারিত হয়।
বিভিন্ন উৎসের আইসোটোপিক গঠন আলাদা হওয়ায় স্বাভাবিকভাবেই মানেও কিছু পার্থক্য দেখা যায়। স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন মূলত সেই সম্ভাব্য পরিসরকে নির্দেশ করে, যেটি পৃথিবীর বিভিন্ন উৎস থেকে সংগৃহীত নমুনায় দেখা যেতে পারে। শুধুমাত্র ভূ-উৎপত্তির উৎস বিবেচনায় নেওয়ার ফলে এই মান তুলনামূলকভাবে বেশি নির্ভরযোগ্য হয় এবং বাস্তব জীবনের উপাদানে ব্যবহারের উপযোগী হয়।
CIAAW যে মানগুলো প্রকাশ করে, সেগুলো বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহার হয়— এমনকি কিছু দেশে গণনার জন্য আইনি বাধ্যবাধকতাও থাকে। এই মানগুলো সাধারণত একটি নির্দিষ্ট অনিশ্চয়তা সহ প্রকাশ করা হয় (যেমন বন্ধনীর মধ্যে সংখ্যা), বা কখনো কখনো একটি পরিসর হিসেবে। এই অনিশ্চয়তা পরিমাপগত সীমাবদ্ধতার কারণে নয়, বরং প্রকৃতিতে আইসোটোপের বৈচিত্র্যের কারণে।
তবে পৃথিবীর কিছু খনিজে এই মানের বাইরে যাওয়া সম্ভব। এর ফলে স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন সব নমুনার জন্য প্রযোজ্য না হলেও বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই এটি গ্রহণযোগ্য একটি গড় মান।
সিন্থেটিক মৌলগুলোর ক্ষেত্রে যেহেতু প্রাকৃতিকভাবে কোনো আইসোটোপ থাকে না, তাই সেগুলোর জন্য স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন নির্ধারণ করা যায় না। এর পরিবর্তে, সবচেয়ে স্থিতিশীল আইসোটোপের মোট নিউক্লিওনের সংখ্যা বন্ধনীর মধ্যে দেখানো হয়।
রসায়নে সাধারণভাবে যখন "অ্যাটমিক ওজন" বলা হয়, তখন সেটি "স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন"-কেই বোঝায়। এই মানটাই পর্যায় সারণিতে এবং বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক রেফারেন্সে ব্যবহৃত হয়।
লিথিয়াম একটি ব্যতিক্রমী উদাহরণ। কিছু ক্ষেত্রে মানুষের তৈরি আইসোটোপিক বিভাজন প্রক্রিয়া প্রাকৃতিক নমুনাতেও এতটাই প্রভাব ফেলে যে এর ফলে লিথিয়ামের স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজনের অনিশ্চয়তা পর্যন্ত পরিবর্তিত হয়েছে।
স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন নির্ধারণে কেন "ভূ-উৎপত্তির প্রচলিত উৎস" নির্দিষ্ট করা জরুরি, তার একটি ভালো উদাহরণ হলো আর্গন। সৌরজগতের বিভিন্ন স্থানে এর অ্যাটমিক ওজন প্রায় ১০% পর্যন্ত পরিবর্তিত হতে পারে, কারণ আইসোটোপিক গঠন খুব আলাদা।
যেসব জায়গায় পটাসিয়াম-৪০-এর ক্ষয়ের মাধ্যমে আর্গন উৎপন্ন হয়, সেখানে বেশি থাকে। যেমন— মঙ্গল, বুধ বা টাইটান চাঁদের মতো জায়গায়। কিন্তু পৃথিবীতে Ar : Ar : Ar এর অনুপাত প্রায় ৫ : ১ : ১৬০০। ফলে, পৃথিবীতে আর্গনের স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন দাঁড়ায় 39.948(1)।
অন্যদিকে, সূর্য বা মহাবিশ্বের অনেক অংশে সরাসরি নাক্ষত্রিক প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন আর্গনে সবচেয়ে বেশি থাকে। সৌর বাতাসের তথ্য অনুযায়ী, সূর্যর আর্গনে -এর পরিমাণ প্রায় ৮৪.৬%। বাইরের গ্রহগুলোর বায়ুমণ্ডলে Ar : Ar : Ar এর অনুপাত প্রায় ৮৪০০ : ১৬০০ : ১। তাই সৌরজগতের বাইরের অঞ্চলে আর্গনের অ্যাটমিক ওজন দাঁড়ায় প্রায় 36.3।
স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন প্রকাশিত হয় একটি নির্দিষ্ট অনিশ্চয়তা সহ, যা মূলত তিনটি কারণে সৃষ্টি হয়:
এই কারণগুলো মিলেই একটি উপাদানের স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন নির্ধারণে অনিশ্চয়তা সৃষ্টি করে।
বর্তমানে কোনো মৌলের আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর নির্ধারণ করা হয় দুটি বিষয়ের ভিত্তিতে— প্রতি নিউক্লাইডের নির্ভুলভাবে পরিমাপ করা পারমাণবিক ভর এবং ওই নমুনার আইসোটোপিক গঠন। প্রায় সব অ-তেজস্ক্রিয় নিউক্লাইডের পারমাণবিক ভর অত্যন্ত নির্ভুলভাবে জানা যায়, তবে আইসোটোপিক গঠন নির্ণয় করা তুলনামূলকভাবে কঠিন এবং বিভিন্ন নমুনার মধ্যে ভিন্নতা দেখা যায়।
তবে এমন ২২টি মনোনিউক্লাইডিক মৌল রয়েছে যাদের একটিমাত্র প্রাকৃতিক আইসোটোপ থাকে। এসব মৌলের ক্ষেত্রে আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর নির্ধারণ আরও নির্ভুল হয়, কারণ এখানে সেই একক আইসোটোপের পারমাণবিক ভরই ব্যবহার করা যায়।
উদাহরণ হিসেবে সিলিকন একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌল, বিশেষ করে পরিমাপক বিজ্ঞানে। এটি প্রকৃতিতে তিনটি আইসোটোপ হিসেবে বিদ্যমান: Si, Si ও Si। এদের পারমাণবিক ভর খুবই নির্ভুলভাবে পরিমাপ করা হয়েছে— যেমন Si-এর ক্ষেত্রে নির্ভুলতা ১৪ বিলিয়নে ১ অংশ, আর বাকি দুটি আইসোটোপেও প্রায় ১ বিলিয়নে ১ অংশ। তবে আইসোটোপগুলোর প্রাকৃতিক প্রাচুর্যে সামান্য তারতম্য থাকায়, এই মানগুলো নির্ধারণে ±0.001% এর মত অনিশ্চয়তা থেকে যায় (উপরের সারণি দেখুন)।
এই তিনটি আইসোটোপের ভর ও প্রাচুর্য ব্যবহার করে আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর হিসাব করা যায়:
এই হিসাবের অনিশ্চয়তা নির্ধারণ কিছুটা জটিল, কারণ সব নমুনা সমভাবে বিতরণ নাও হতে পারে। তবে IUPAC নির্ধারিত স্ট্যান্ডার্ড মানে সাধারণত সিমেট্রিক অনিশ্চয়তা ধরা হয়। যেমন, সিলিকনের জন্য প্রকাশিত মান: 28.0855(3)। এই মানের আপেক্ষিক অনিশ্চয়তা প্রায় ১×১০⁻⁵ বা ১০ পিপিএম।
প্রাকৃতিক বৈচিত্র্যকে আরও ভালোভাবে তুলে ধরার জন্য IUPAC ২০১০ সালে সিদ্ধান্ত নেয় যে ১০টি মৌলের আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর নির্দিষ্ট সংখ্যার পরিবর্তে একটি পরিসর আকারে প্রকাশ করা হবে।
অ্যাটমিক ওজন (atomic weight) শব্দটির ব্যবহার নিয়ে অনেক বিজ্ঞানীর মধ্যে বিতর্ক আছে। অনেকেই মনে করেন, এর পরিবর্তে "আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর" শব্দটি ব্যবহার করা উচিত। কারণ, "ওজন" বলতে সাধারণত বোঝায় কোনো বস্তুর ওপর মহাকর্ষ বল কতটা প্রভাব ফেলে, যা পরিমাপ করা হয় নিউটন বা পাউন্ডাল এককে। কিন্তু অ্যাটমিক ওজন আসলে এমন কোনো বল নয়।
তবে, "অ্যাটমিক ওজন" শব্দটির পক্ষে যারা আছেন, তাদের যুক্তিগুলো হলো:
আরও একটি বিষয় হলো—"অ্যাটমিক ওজন" শব্দটি সব সময় কোনো একক পরমাণুর বৈশিষ্ট্য বোঝায় না, বরং একটি গড় মান বোঝায়। একই কথা "আপেক্ষিক পারমাণবিক ভর" শব্দটির ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য।
IUPAC প্রতি দুই বছর অন্তর (বিজোড় বছরগুলোতে) প্রতিটি স্থিতিশীল রাসায়নিক মৌলের জন্য একটি নির্ভরযোগ্য মান প্রকাশ করে, যাকে বলা হয় স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন।
এই মানের মধ্যে দুটি রকমফের থাকতে পারে—কোনো মৌলের জন্য এটি একটি নির্দিষ্ট সংখ্যা, আবার কোনো মৌলের ক্ষেত্রে এটি একটি মানের পরিসর (interval)। যেমন, নিঅনের জন্য মান হলো (যেখানে শেষ সংখ্যার ±০.০০০৬ অনিশ্চয়তা আছে)। আবার বোরনের জন্য মানটি হলো [10.806, 10.821]—যার মানে, পৃথিবীর বিভিন্ন উৎসে এর অ্যাটমিক ওজন এই পরিসরের মধ্যে পড়ে।
২০১৫ সালে ইটারবিয়ামের মান হালনাগাদ করা হয়েছিল, আর ২০১৭ সালে ১৪টি মৌলের অ্যাটমিক ওজন সংশোধন করা হয়। এর মধ্যে উল্লেখযোগ্য হলো আর্গনের মান, যেটি একটি নির্দিষ্ট সংখ্যা থেকে একটি পরিসরে রূপান্তরিত হয়।
IUPAC মোট তিন ধরনের মান প্রকাশ করে:
স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন প্রকাশ করতে সাধারণভাবে এই রূপ ব্যবহার হয়: "A"°(E), যেখানে E হলো মৌলের প্রতীক।
স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজনকে সহজে ব্যবহারের জন্য IUPAC একটি সংক্ষিপ্ত রূপ প্রকাশ করে, যেটি পাঁচটি গাণিতিক অঙ্কে সীমাবদ্ধ থাকে। এর মানে মানটি ‘রাউন্ড’ বা গড় করা নয়—বরং আসল মানের পুরো পরিসরকে ঢেকে রাখে।
যদি কোনো মান একটি পরিসর হয়, তাহলে পরিসরের নিচের সীমা কিছুটা নিচে এবং ওপরের সীমা কিছুটা উপরে রাউন্ড করা হয়, যাতে আসল মান এর মধ্যে পড়ে।
১৪টি মৌলের জন্য স্ট্যান্ডার্ড অ্যাটমিক ওজন একটি নির্দিষ্ট সংখ্যা নয়, বরং একটি পরিসর। যেমন: হাইড্রোজেনের মান [1.00784, 1.00811]। এদের ক্ষেত্রে পৃথিবীর বিভিন্ন উৎসে আইসোটোপের পরিমাণ এত ভিন্ন যে নির্দিষ্ট একটি গড় মান ঠিক করা সম্ভব নয়।
তবে যেসব ক্ষেত্রে এত সূক্ষ্মতা প্রয়োজন নেই (যেমন: বাণিজ্যে বা সাধারণ ব্যবহারে), সেসব পরিস্থিতির জন্য CIAAW একটি একক ব্যবহারিক মান প্রকাশ করে। যেমন, হাইড্রোজেনের জন্য এটি: ।
সংক্ষিপ্ত মান (abridged) এবং ব্যবহারিক মান (conventional) একত্রে ব্যবহার করে প্রতিটি স্থিতিশীল মৌলের জন্য একটি নির্ভরযোগ্য, সহজে ব্যবহারের মতো মান তৈরি করা যায়। এটি বিশেষ করে পর্যায় সারণি বা সাধারণ বিজ্ঞানে ব্যবহারযোগ্য।