বাষ্পীভবনের এনথালপি

জল, মিথানল, বেনজিন এবং অ্যাসিটোন-এর বাষ্পীভবনের জন্য প্রয়োজনীয় তাপের তাপমাত্রা-নির্ভরতা

তাপগতিবিদ্যায়, বাষ্পীভবনের এনথালপি (চিহ্ন ∆H_vap), যেটিকে বাষ্পীভবনের সুপ্ত তাপ বা বাষ্পীকরণের তাপ নামেও পরিচিত, হলো এমন এক পরিমাণ শক্তি (এনথালপি), যা কোনো তরল পদার্থকে নির্দিষ্ট পরিমাণে গ্যাসে রূপান্তর করতে যোগ করতে হয়। এই রূপান্তর (বাষ্পীভবন বা বাষ্পীকরণ) যে চাপ ও তাপমাত্রায় ঘটে, বাষ্পীভবনের এনথালপি সেই মানগুলোর উপর নির্ভর করে।

বাষ্পীভবনের এনথালপি সাধারণত পদার্থটির সাধারণ স্ফুটন তাপমাত্রা অনুসারে উল্লেখ করা হয়। যদিও অনেক সময় এই মান ২৯৮ কে তে সংশোধন করা হয়, তবে সেই সংশোধন সাধারণত পরিমাপের অনিশ্চয়তার চেয়ে ছোট হয়।

বাষ্পীভবনের তাপ তাপমাত্রার উপর নির্ভরশীল। তবে তাপমাত্রার পরিবর্তন খুব কম হলে এবং হ্রাসকৃত তাপমাত্রা T_r ≪ 1 এর মধ্যে থাকলে এটিকে স্থির (constant) ধরা যেতে পারে। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে বাষ্পীভবনের তাপ কমতে থাকে এবং একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় এটি সম্পূর্ণভাবে শূন্যে পৌঁছে যায়, যেটিকে বলা হয় সঙ্কট তাপমাত্রা (T_r = 1)। এই তাপমাত্রার ওপরে তরল ও বাষ্প দশা আলাদা করে চেনা যায় না, এবং তখন পদার্থটিকে সুপারক্রিটিক্যাল তরল বলা হয়।

একক

বাষ্পীভবনের এনথালপির মান সাধারণত জুল/মোল বা কিলোজুল/মোল (molar enthalpy of vaporization) এককে প্রকাশ করা হয়। তবে কখনও কখনও কিলোজুল/কেজি বা জুল/গ্রাম (specific heat of vaporization) এককেও ব্যবহার করা হয়। তদ্ব্যতীত, পুরোনো একক যেমন কিলোক্যালরি/মোল, ক্যালরি/গ্রাম এবং বিটিইউ/পাউন্ড ইত্যাদিও মাঝে মাঝে দেখা যায়।

ঘননের এনথালপি

ঘননের এনথালপি (বা ঘননের তাপ) সংজ্ঞা অনুযায়ী বাষ্পীভবনের এনথালপির সমান, তবে বিপরীত চিহ্নসহ। অর্থাৎ, বাষ্পীভবনের সময় এনথালপি সর্বদা ধনাত্মক হয় (তরল পদার্থ তাপ শোষণ করে), আর ঘননের সময় এনথালপি ঋণাত্মক হয় (তরল পদার্থ তাপ ত্যাগ করে)।

তাপগতীয় প্রেক্ষাপট

চিত্র:Heat Content of Zn(c,l,g).PNG

দস্তার মোলার এনথালপি ২৯৮.১৫ কেলভিন তাপমাত্রার উপরে এবং ১ এটিএম চাপে, যেখানে গলনাঙ্ক ও স্ফুটনাঙ্কে অসমতা (discontinuity) দেখা যায়। দস্তার গলনের এনথালপি (ΔH°m) ৭৩২৩ জুল/মোল এবং বাষ্পীভবনের এনথালপি (ΔH°v) ১১৫৩৩০ J/mol।

বাষ্পীভবনের এনথালপি নিচের রূপে প্রকাশ করা যায়:

${\displaystyle \Delta H_{\text{vap}}=\Delta U_{\text{vap}}+p\,\Delta V}$

এটি তরল দশার তুলনায় বাষ্প দশায় অভ্যন্তরীণ শক্তির বৃদ্ধি এবং পরিবেশের বিপরীতে সম্পন্ন হওয়া কাজের সমষ্টি। অভ্যন্তরীণ শক্তির এই বৃদ্ধি মূলত তরলের (বা কঠিনের ক্ষেত্রে উৎক্ষিপ্ত দশার) অণুগুলোর মধ্যে থাকা আন্তঃআণবিক বল অতিক্রম করার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ। উদাহরণস্বরূপ, হিলিয়াম-এর বাষ্পীভবনের এনথালপি মাত্র ০.০৮৪৫ কিজে/মোল, কারণ হিলিয়াম পরমাণুগুলোর মধ্যে ভ্যান ডার ওয়ালস বল অত্যন্ত দুর্বল। অন্যদিকে, জলে হাইড্রোজেন বন্ড অপেক্ষাকৃত শক্তিশালী হওয়ায়, এর বাষ্পীভবনের এনথালপি ৪০.৬৫ কিজে/মোল, যা ০°সে থেকে ১০০°সে পর্যন্ত একই পরিমাণ জল উত্তপ্ত করতে প্রয়োজনীয় শক্তির চেয়ে পাঁচ গুণেরও বেশি (তাপ ধারকতা c_p = ৭৫.৩ জে/কে·মোল)। তবে শুধু বাষ্পীভবনের এনথালপি ব্যবহার করে আন্তঃআণবিক বলের শক্তি নির্ণয় করতে গিয়ে সতর্ক থাকতে হয়, কারণ এই বলগুলি গ্যাস দশাতেও কিছুটা বিদ্যমান থাকতে পারে (যেমন হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড ক্ষেত্রে), ফলে হিসেব করা শক্তি প্রকৃত মানের তুলনায় কম হতে পারে। এই সমস্যা ধাতুগুলোর ক্ষেত্রে আরও প্রকট, কারণ তারা গ্যাস দশায় প্রায়শই সহআণবিকভাবে যুক্ত থাকে। এ ধরনের ক্ষেত্রে প্রকৃত বন্ধন শক্তি নির্ণয়ের জন্য আণবিক বিভাজনের এনথালপি ব্যবহৃত হয়।

বিকল্পভাবে, ঘননের এনথালপিকে এমন এক তাপ হিসেবে দেখা যায়, যা বায়বীয় পদার্থ তরল অবস্থায় রূপান্তরিত হওয়ার সময় আশপাশে ত্যাগ করতে হয়, যাতে এনট্রপি হ্রাসজনিত শক্তির ক্ষতিপূরণ হয়। যেহেতু স্ফুটনাঙ্কে তরল ও গ্যাস সাম্যাবস্থায় থাকে (T_b) এবং তখন গিবস মুক্ত শক্তি Δ_vG = ০ হয়, তাই:

${\displaystyle \Delta _{\text{v}}S=S_{\text{gas}}-S_{\text{liquid}}={\frac {\Delta _{\text{v}}H}{T_{\text{b}}}}}$

যেহেতু তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে এনথালপি ও এনট্রপিতে বড় পরিবর্তন ঘটে না, তাই সাধারণত ২৯৮ কেলভিনে নির্ধারিত মান ব্যবহার করা হয় এবং তাপমাত্রাজনিত সংশোধনের প্রয়োজন হয় না। তবে চাপ যদি ১০০ পাসকেল থেকে ভিন্ন হয়, তাহলে সংশোধন প্রয়োজন, কারণ আদর্শ গ্যাসের এনট্রপি তার চাপের লগারিদমের সঙ্গে সম্পর্কযুক্ত। তরল পদার্থের এনট্রপি চাপের সাথে খুব কম পরিবর্তিত হয়, কারণ তরলের তাপ সম্প্রসারণের গুণাঙ্ক অত্যন্ত ছোট।

^[১]

এই দুটি ব্যাখ্যা পরস্পর সমতুল্য। স্ফুটনাঙ্ক এমন একটি তাপমাত্রা যেখানে গ্যাস দশার অতিরিক্ত এনট্রপি আন্তঃআণবিক বলকে অতিক্রম করে। যেহেতু কোনো নির্দিষ্ট পদার্থ গ্যাস দশায় সর্বদা বেশি এনট্রপি ধারণ করে (${\displaystyle \Delta _{\text{v}}S}$ সবসময় ধনাত্মক), এবং

${\displaystyle \Delta G=\Delta H-T\Delta S}$

অনুযায়ী গিবস মুক্ত শক্তি তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়। এর ফলে উচ্চ তাপমাত্রায় গ্যাস দশাই অধিকতর অনুকূল হয়, যা বাস্তবে দেখা যায়।

ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণের বাষ্পীভবনের এনথালপি

ইলেক্ট্রোলাইট দ্রবণগুলোর বাষ্পীভবনের এনথালপি সহজেই আনুমানিকভাবে নির্ণয় করা যায় রাসায়নিক তাপগতীয় মডেল-ভিত্তিক সমীকরণ ব্যবহার করে। এর জন্য পিটজার মডেল^[২] বা TCPC মডেল^[৩]-এর মতো মডেল ব্যবহৃত হয়।

নির্বাচিত মানসমূহ

অন্যান্য সাধারণ পদার্থ

সাধারণ পদার্থগুলির বাষ্পীভবনের এনথালপি, তাদের নিজ নিজ স্ট্যান্ডার্ড স্ফুটনাঙ্কে পরিমাপ করা হয়েছে:

যৌগ	স্ফুটনাঙ্ক, স্বাভাবিক চাপে			বাষ্পীভবনের তাপ
	(কেলভিন)	(°সে)	(°ফা)	(কিলোজুল/মোল)	(জুল/গ্রাম)
অ্যাসিটোন	৩২৯	৫৬	১৩৩	৩১.৩০০	৫৩৮.৯
অ্যালুমিনিয়াম	২৭৯২	২৫১৯	৪৫৬৬	২৯৪.০	১০৫০০
অ্যামোনিয়া	২৪০	−৩৩.৩৪	−২৮	২৩.৩৫	১৩৭১
বিউটেন	২৭২–২৭৪	−১	৩০–৩৪	২১.০	৩২০
ডাইইথাইল ইথার	৩০৭.৮	৩৪.৬	৯৪.৩	২৬.১৭	৩৫৩.১
ইথানল	৩৫২	৭৮.৩৭	১৭৩	৩৮.৬	৮৪১
হাইড্রোজেন (প্যারাহাইড্রোজেন)	২০.২৭১	−২৫২.৮৭৯	−৪২৩.১৮২	০.৮৯৯২	৪৪৬.১
লোহা	৩১৩৪	২৮৬২	৫১৮২	৩৪০	৬০৯০
আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহল	৩৫৬	৮২.৬	১৮১	৪৪	৭৩২.২
মিথেন	১১২	−১৬১	−২৫৯	৮.১৭০	৪৮০.৬
মিথানল	৩৩৮	৬৪.৭	১৪৮	৩৫.২[৪]	১১০৪
প্রোপেন	২৩১	−৪২	−৪৪	১৫.৭	৩৫৬
ফসফিন	১৮৫	−৮৭.৭	−১২৬	১৪.৬	৪২৯.৪
পানি	৩৩৭.১৫	১০০	২১২	৪০.৬৬	২২৫৭

আরও দেখুন

• ক্লসিয়াস–ক্ল্যাপেরন সম্পর্ক
• শিমানস্কি সমীকরণ — বাষ্পীভবনের তাপের তাপমাত্রা-নির্ভরতা বর্ণনা করে
• গলনের এনথালপি — গলনের নির্দিষ্ট তাপ
• উৎক্ষেপণের এনথালপি
• জোব্যাক পদ্ধতি — অণুর গঠন থেকে সাধারণ স্ফুটনাঙ্কে বাষ্পীভবনের তাপ অনুমান করে
• সুপ্ত তাপ

তথ্যসূত্র

1. এখানে লক্ষ্যণীয়, এনট্রপির চাপভেদে পরিবর্তনের হার এবং তাপ সম্প্রসারণের হার ম্যাক্সওয়েল সম্পর্কের মাধ্যমে যুক্ত:

   ${\displaystyle \left({\frac {\partial S}{\partial P}}\right)_{T}=\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}.}$

2. Ge, Xinlei; Wang, Xidong (২০ মে ২০০৯)। "Estimation of Freezing Point Depression, Boiling Point Elevation, and Vaporization Enthalpies of Electrolyte Solutions"। Industrial & Engineering Chemistry Research। 48 (10): 5123। ডিওআই:10.1021/ie900434h । উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
3. Ge, Xinlei; Wang, Xidong (২০০৯)। "Calculations of Freezing Point Depression, Boiling Point Elevation, Vapor Pressure and Enthalpies of Vaporization of Electrolyte Solutions by a Modified Three-Characteristic Parameter Correlation Model"। Journal of Solution Chemistry। 38 (9): 1097–1117। আইএসএসএন 0095-9782। এসটুসিআইডি 96186176। ডিওআই:10.1007/s10953-009-9433-0। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
4. NIST

• CODATA তাপগতীয় মূল মানসমূহ
• Gmelin, Leopold (১৯৮৫)। Gmelin-Handbuch der anorganischen Chemie / 08 a (8., völlig neu bearb. Aufl. সংস্করণ)। Berlin [u.a.]: Springer। পৃষ্ঠা 116–117। আইএসবিএন 978-3-540-93516-2। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)
• NIST কেমিস্ট্রি ওয়েববুক
• Young, Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. (১৯৮২)। University physics (6th সংস্করণ)। Reading, Mass.: Addison-Wesley। আইএসবিএন 978-0-201-07199-3। উদ্ধৃতি টেমপ্লেট ইংরেজি প্যারামিটার ব্যবহার করেছে (link)

টেমপ্লেট:States of matter