দশাচিত্র

দশাচিত্র হলো ভৌত রসায়ন, প্রকৌশল, খনিজবিদ্যা এবং বস্তু বিজ্ঞানে ব্যবহৃত এমন এক ধরনের চার্ট যা বিভিন্ন অবস্থা (চাপ, তাপমাত্রা, আয়তন, ইত্যাদি) দেখাতে সক্ষম যেখানে তাপবিদ্যুৎ সংক্রান্ত পৃথক দশা (যেমন শক্ত, তরল বা বায়বীয় রাজ্যগুলি) থাকে এবং ভারসাম্য বজায় রাখে।

পর্যালোচনা 
একটি দশাচিত্রের সাধারণ উপাদান হলো ভারসাম্য রেখা বা দশার সীমানা রেখা, এ রেখাগুলি নির্দেশ করে যে একাধিক দশা ভারসাম্যে থাকতে পারে। সাম্যক্রমের লাইনে দশার রূপান্তর ঘটে। সাধারণ ঘটনা হওয়া সত্ত্বেও, মেটাস্টেবল দশাগুলো দশাচিত্রে দেখানো হয় না, কারণ এরা এগুলি ভারসাম্যপূর্ণ দশা নয়।

ত্রৈধবিন্দু দশাচিত্রের কিছু বিন্দু যেখানে ভারসাম্যের লাইনগুলি ছেদ করে। ত্রৈধবিন্দু এমন শর্ত চিহ্নিত করে যেখানে তিনটি পৃথক দশা থাকতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, পানির দশাচিত্রে  একক তাপমাত্রা এবং চাপের সাথে মিলিত একটি ত্রৈধবিন্দু রয়েছে যেখানে স্থিতিশীল ভারসাম্যপূর্ণ স্থানে ভারী, তরল এবং বায়বীয় পানি সহাবস্থান করতে পারে (  কেলভিন  আংশিক বাষ্প চাপ pressure )।

সলিডাস হ'ল এমন তাপমাত্রা যার নিচে পদার্থ স্থিতিশীল থাকে। লিকুইডাস হলো এমন তাপমাত্রা যার উপরে পদার্থ  তরল অবস্থায় স্থিতিশীল থাকে। সলিডাস এবং লিকুইডাস এর মধ্যে একটি ফাঁক থাকতে পারে; ব্যবধানের মধ্যে পদার্থটিতে স্ফটিক এবং তরল (" স্লারি " এর মতো) মিশ্রণ থাকে।

কার্যকারী তরলগুলি প্রায়শই তাদের দশা চিত্রের আকারের ভিত্তিতে শ্রেণিবদ্ধ করা হয়।

প্রকার

দ্বিমাত্রিক ডায়াগ্রাম

চাপ বনাম তাপমাত্রা 

সরলতম দশা চিত্রে একটি সাধারণ পদার্থ-এর চাপ তাপমাত্রা দেখানো হয়, যেমনঃ পানি । অক্ষগুলি চাপ এবং তাপমাত্রার সাথে মিলিত হয়। দশাচিত্রটি চাপ-তাপমাত্রার জায়গাতে, কঠিন, তরল এবং গ্যাসের তিনটি স্তরের মধ্যে ভারসাম্য বা দশার সীমানার লাইনগুলি দেখায়।

দশা চিত্রের বক্ররেখা সেই বিন্দুগুলি দেখায় যেখানে মুক্ত শক্তি  অবিশ্লেষক হয়ে যায়: স্থানাঙ্কগুলির সাথে তাদের সম্পর্ক (উদাহরণস্বরূপ তাপমাত্রা এবং চাপ) বিরতিহীনভাবে (আকস্মিকভাবে) পরিবর্তিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, বরফ দিয়ে ভরা একটি ধারকের তাপ ধারণ ক্ষমতা হঠাৎ করে বদলে যাবে কারণ ধারকটি গলানোর সময় উত্তপ্ত হয়ে গেছে। মুক্ত শক্তি বিশ্লেষণযোগ্য যেখানে উন্মুক্ত স্থান একক পর্বের অঞ্চলের সাথে মিলে যায়। একক দশাঅঞ্চলগুলি অ বিশ্লেষণাত্মক আচরণের রেখার দ্বারা পৃথক করা হয়, যেখানে পর্বের ক্রান্তিকাল ঘটে, যাকে দশা সীমানা বলা হয়।

ডানদিকের ডায়াগ্রামে তরল এবং গ্যাসের মধ্যে দশার সীমানা অনির্দিষ্টকালের জন্য চলবে না। পরিবর্তে, এটিকে ক্রিটিকাল পয়েন্ট বলা হয় যা দশা চিত্রের এক পর্যায়ে শেষ হয়। এটি এই সত্যটি প্রতিফলিত করে যে, অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপের সময় তরল এবং বায়বীয় পর্যায়গুলি অবিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, যা সুপারক্রিটিকাল তরল হিসাবে পরিচিত। জলে, ক্রিটিকাল পয়েন্টটি প্রায় Tc = , pc = ২২.০৬৪ মেগা প্যাসকেল (২১৭.৭৫  atm) এবং ρc= ৩৫৬ কেজি/মি 3 ।

তরল – গ্যাস ক্রিটিকাল বা সঙ্কট বিন্দুর অস্তিত্ব একক দশার অঞ্চলগুলিকে লেবেল করার ক্ষেত্রে সামান্য অস্পষ্টতা দেখা যায়। তরল থেকে বায়বীয় অবস্থায় যাওয়ার সময়, সাধারণত দশার সীমানা অতিক্রম করা হয়, তবে এমন একটি পথ ও বেছে নেওয়া সম্ভব হয় যা ক্রিটিকাল বিন্দুর ডানদিকে গিয়ে কখনও সীমানা অতিক্রম করে না। সুতরাং, তরল এবং বায়বীয় দশাগুলো একে অপরের মধ্যে অবিচ্ছিন্নভাবে মিশ্রিত হতে পারে। কঠিন – তরল পর্যায়ের সীমানাটি কেবলমাত্র ক্রিটিকাল বিন্দুতে শেষ হতে পারে যদি কঠিন এবং তরল দশাগুলোর মধ্যে একই প্রতিসাম্য গ্রুপ থাকে ।

বেশিরভাগ পদার্থের জন্য, ক্ঠিন– তরল দশার সীমানা (বা ফিউশন বক্ররেখা) এর দশাচিত্রে ইতিবাচক ঢাল থাকে যাতে গলন বিন্দুটি চাপের সাথে বৃদ্ধি পায়। এটা তখন ই সত্য হবে যখন কঠিন দশা তরল দশার চেয়ে ঘন  হয়। প্রদত্ত পদার্থের উপর যত বেশি চাপ থাকে ততই পদার্থের অণুগুলি একে অপরের নিকটে আনা যায় যা পদার্থের আন্তঃআণবিক শক্তির প্রভাবকে বাড়িয়ে তোলে। সুতরাং, পদার্থটির অণুগুলির জন্য কঠিন দশার নির্দিষ্ট প্যাটার্ন ভেঙে তরল দশায় পরিণত করতে পর্যাপ্ত শক্তি জোগাতে পর্যাপ্ত তাপমাত্রা প্রয়োজন হয়। একই  ধারণা তরল – গ্যাসের দশা পরিবর্তনের ক্ষেত্রে ও প্রযোজ্য।

পানি এক্ষেত্রে ব্যতিক্রম যার কিনা কঠিন-তরল সীমানার ঋণাত্মক ঢাল বিদ্যমান যার মানে হচ্ছে, পানির গলনবিন্দু চাপের সাথে সাথে কমে যায়। এটা ঘটার কারন হলো বরফের ঘনত্ব পানির চেয়ে কম,একারণেই মূলত বরফ পানিতে ভাসতে সক্ষম।  আণবিক পর্যায়ে, বরফের ঘণত্ব কম হবার কারন হলঃ বরফের ভিতরে হাইড্রোজেন নেটওয়ার্ক বেশি থাকে যা ভাঙতে পানির অণু বেশি প্রয়োজন হয় । এছাড়া আরো ব্যতিক্রম আছে, যেমনঃএন্টিমণি ও বিসমাথ।

dP/dT এর ঢাল এর মান ক্লসিয়াস-ক্ল্যাপিরন সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা যায়, ফিউশন (গলানো)র ক্ষেত্রে। 

 

যেখানে ΔHfus হ'ল ফিউশন তাপ যা সর্বদা ধনাত্মক এবং ΔVfus হ'ল ফিউশনটির আয়তন পরিবর্তন। বেশিরভাগ পদার্থের জন্য ΔVfus ধণাত্মক যাতে ঢালটি ধনাত্মক হয়। তবে পানি এবং অন্যান্য ব্যতিক্রমগুলির জন্য, ΔVfus ঋণাত্মক থাকে।

অন্যান্য তাপগতীয় বৈশিষ্ট্য 
তাপমাত্রা এবং চাপ ছাড়াও অন্যান্য তাপগতীয় বৈশিষ্ট্য দশাচি্ত্রে দেখানো যেতে পারে। এই ধরনের তাপগতীয় বৈশিষ্ট্যের উদাহরণের মধ্যে নির্দিষ্ট আয়তন, নির্দিষ্ট এনথালপি বা নির্দিষ্ট এনট্রপি অন্তর্ভুক্ত থাকে । উদাহরণস্বরূপ, পানি/বাষ্পের জন্য বা একটি রেফ্রিজারেন্টের জন্য তাপমাত্রা বনাম  এনট্রপি (T vs. s) ব্যবহার করে বিভিন্ন তাপগতীয় চক্র চিত্রিত করা হয় যেমনঃ  কার্নোট চক্র, র‍্যাঙ্কিন চক্র বা বাষ্প-সংক্ষেপণ রেফ্রিজারেশন চক্র ।

যে কোনও দুটি তাপগতীয় পরিমাণ দ্বিমাত্রিক ডায়াগ্রামের অনুভূমিক এবং উল্লম্ব অক্ষে দেখানো যায়। অতিরিক্ত তাপগতীয় পরিমাণ বর্ধিত লাইনের সিরিজ হিসাবে বর্ণনা করা হয় - বাঁকা, সোজা, বা বাঁকা এবং সোজা সংমিশ্রণে। এই সম- লাইনগুলির প্রত্যেকটি একটি করে নির্দিষ্ট ধ্রুবমানে তাপগতীয় পরিমাণকে প্রকাশ করে।

ত্রি-মাত্রিক ডায়াগ্রাম 

ত্রি-মাত্রিক (থ্রিডি) চিত্রে তিনটি তাপগতীয় পরিমাণ দেখানো  সম্ভব। উদাহরণস্বরূপ, একটি উপাদানের জন্য, ত্রি-মাত্রিক কার্টেসিয়ান স্থানাঙ্ক চিত্রে এক অক্ষে তাপমাত্রা, দ্বিতীয় অক্ষে চাপ  এবং তৃতীয় অক্ষে নির্দিষ্ট আয়তন (v ) দেখানো হচ্ছে। এ জাতীয় ত্রি-মাত্রিক চিত্রকে কখনও কখনও p–v–T ডায়াগ্রাম বলে। ভারসাম্যতার শর্ত বক্র তলে দেখানো হয়। ত্রি-মাত্রিক (থ্রিডি) চিত্রে বক্রতলগুলো দ্বারা কঠিন, তরল এবং বাষ্পের পৃথক ও একত্রিত দশা (যেখানে তরল-কঠিন এবং বাষ্প-তরল এবং কঠিন-বাষ্পের ভারসাম্য থাকে) প্রদর্শিত হয়। ত্রিরেখা বলে পৃষ্ঠতলে একটি লাইন থাকে যেখানে কঠিন, তরল এবং বাষ্প সকলেই ভারসাম্য বজায় রাখতে পারে। ক্রিটিকাল পয়েন্ট ত্রি-মাত্রিক দশা চিত্রের তলদেশেও বিন্দু হিসেবে দেখানো যায়।

পানির জন্য, ত্রি-মাত্রিক p–v–T চিত্রটি এখানে দেখা যাচ্ছে:একটি অরোগ্রাফিক প্রক্ষেপণ এর মাধ্যমে ত্রিমাত্রিক চিত্রে উল্লম্ব এবং অনুভূমিক অক্ষে চাপ এবং তাপমাত্রা দেখানো হচ্ছে।  এটি বানানোর পরে, কঠিন – বাষ্প, কঠিন – তরল এবং তরল – বাষ্পের উপরিভাগ ত্রৈধ বিন্দুতে মিলিত হয় যা  অর্থোগ্রাফিক প্রক্ষেপণে ত্রৈধ রেখায় এসে ভেঙে যায়।

বাইনারি বা দ্বি মিশ্রণ 
আরও অনেক জটিল ধরনের দশাচিত্র আঁকা যায়, যেখানে একের অধিক বিশুদ্ধ উপাদান থাকতে পারে। সেক্ষেত্রে ঘনত্বের পরিবর্তনশীলতা অনেক ব্যাপার হয়ে ওঠে। দুয়ের অধিক মাত্রার দশাচিত্রও তৈরি করা যায়, এক্ষেত্রে, পদার্থের দশায় দুটিরও বেশি চলকের প্রভাব থাকে। দশাচিত্রে তাপমাত্রা, চাপ এবং সংমিশ্রণের পরিবর্তে আরো অনেক রকম চলক ব্যবহার করা যায়, উদাহরণস্বরূপ একটি কার্যকর বৈদ্যুতিক বা চৌম্বকীয় ক্ষেত্র, এগুলোও আবার পদার্থের তিনের অধিক দশা প্রদর্শন করতে পারে।

সাধারণভাবে, দু'রকম খাদের দশাচিত্র দেখানো হয়ঃ ১। প্রতিস্থাপক খাদ, ২। অন্তর্বর্তী খাদ।

প্রতিস্থাপক খাদে কোনো একক কোষের কেলাসবিন্দুতে সাধারণ কোনো পরমানুর পরিবর্তে অন্য কোনো পরমানু বসে যায়। উদাহরণঃ কপারের সাথে টিন বা জিঙ্ক যোগ করে ব্রোঞ্জ বা ব্রাস তৈরি।

অন্তর্বর্তী খাদে একক কোষের কেলাসের মধ্যবর্তী কোনো ফাঁকা স্থানে কোনো  একটি পরমাণু বসে যায়। উদাহরণঃ ইস্পাত তৈরির সময় লোহাতে কার্বনের উপস্থিতি।

এক প্রকার দশাচিত্রে দুটি পদার্থের আপেক্ষিক ঘনত্ব বনাম তাপমাত্রার বা বাইনারি মিশ্রণ এর ডায়াগ্রাম প্রকাশ করে যাকে বাইনারি দশাচিত্র  বলে (ডান দিকে দেখানো হয়েছে)। যেমন একটি মিশ্রণ হতে পারে কঠিন দ্রবণ, ইউটেকটিক বা পেরিটেকটিক ইত্যাদি। এই দু ধরনের মিশ্রণ দু'রকম গ্রাফ প্রদান করে। অন্য ধরনের বাইনারি দশাচিত্রে দুটি উপাদান, অর্থাৎ রাসায়নিক যৌগের মিশ্রণের জন্য একটি স্থানাঙ্ক দশাচিত্র । একটি নির্দিষ্ট চাপ যেমন দুটি বায়ুমণ্ডলীয় চাপে দুটি নির্দিষ্ট উদ্বায়ী উপাদানের জন্য, স্থানাঙ্ক চিত্রে দেখা যাবে তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে প্রদত্ত তরলের সাথে বাষ্পের (গ্যাস) গঠনের কী সামঞ্জস্য হয়। একটি সাধারণ বাইনারি স্থানাঙ্ক চিত্রে তাপমাত্রা থাকে উল্লম্ব অক্ষ বরাবর আর অনুভূমিক অক্ষ বরাবর থাকে মিশ্রণের গঠন।

অ-এজোট্রপিক মিশ্রণের জন্য একটি সাধারণ ডায়াগ্রাম বা চিত্র দেখান হয়েছে যেখানে দুটি কাল্পনিক উপাদান ১ এবং ২ ধরা হয়েছে। বিশুদ্ধ উপাদানগুলির স্থানাঙ্কে দুটি পৃথক বক্ররেখা যুক্ত হওয়ার মানে, সাধারণত তরল সংমিশ্রণে যেমন বাষ্পের সাথে ভারসাম্য থাকে না, বাষ্পের সংমিশ্রণ এ তেমন হয় না। আরও তথ্যের জন্য বাষ্প – তরল ভারসাম্য দেখুন।

উপরে উল্লিখিত দশা চিত্র ছাড়াও আরও কয়েক হাজার সম্ভাব্য ধরন রয়েছে। দশাচিত্রের কয়েকটি প্রধান বৈশিষ্ট্য-এর মধ্যে এমন কিছু মিলিত বিন্দুও পড়ে যেখানে কোনো কঠিন দশা সরাসরি তরলে রূপান্তরিত হয়। পেরিটেকটয়েড নামেও এমন একটি বিন্দু রয়েছে যেখানে শীতল হওয়ার সময় দুটি কঠিন দশা একটি কথিন দশায় একত্রিত হয়। অন্যদিকে, যখন একটি কঠিন দশা শীতল হওয়ার সময় দুটি কঠিন দশায় রূপান্তরিত হয়, তখন তাকে ইউটেকটয়েড বলে।

আয়রন - কার্বন সিস্টেম হলো একটি জটিল দশাচিত্র যা ৭% এর কম কার্বন এর জন্য প্রযোজ্য। ( ইস্পাত দেখুন )।

এ জাতীয় চিত্রের এক্স-অক্ষটি মিশ্রণের ঘনত্বের পরিবর্তনকে প্রকাশ করে। যেহেতু মিশ্রণগুলি সাধারণত লঘু হয়না এবং তাপমাত্রার ফাংশন হিসাবে তাদের ঘনত্ব সাধারণত অজানা, সুতরাঙ্গি এক্ষেত্রে পছন্দসই ঘনত্বের পরিমাপ হতে পারে মোল ভগ্নাংশ । কারণ মোলারিটির মতো একটি আয়তন-ভিত্তিক পরিমাপ এখানে অগ্রহণযোগ্য হবে।

স্ফটিক 
বহুরূপী এবং অবহুরূপী পদার্থের একাধিক স্ফটিক বা নিরাকার দশা রয়েছে, যা কঠিন, তরল এবং গ্যাস দশার অনুরূপে আঁকা যায়।

মেসোফেস বা মধ্যদশা 
কিছু জৈব পদার্থ কঠিন এবং তরল এর মধ্যে অন্তর্বর্তী কিছু অবস্থা থাকে যাকে  মধ্যদশা বলা হয়। মধ্যদশাতে দৃষ্টি আকর্ষণ করা হয়েছে কারণ তারা প্রদর্শন ডিভাইসকে সক্ষম করে এবং তথাকথিত তরল-স্ফটিক প্রযুক্তির মাধ্যমে বাণিজ্যিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। দশাচিত্র মধ্যদশার উপস্থিতি বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়।

আরও দেখুন

তথ্যসূত্র

বাহ্যিক যোগসূত্র 

গ্যাস
ধাতুবিদ্যা
উপাদান বিজ্ঞান
সাম্যাবস্থার রসায়ন
দশান্তর