ঘনমাত্রা

একটি মিশ্রণে উপস্থিত কোন একটি উপাদানের পরিমাণকে ঐ মিশ্রণটির মোট আয়তন দ্বারা ভাগ করলে যে রাশিটি পাওয়া যায় তাকে ঐ মিশ্রণে ঐ উপাদানটির ঘনমাত্রা বলা হয়। কোন উপাদানের ঘনমাত্রা মিশ্রণে উপস্থিত উপাদানটির প্রাচুর্যকে নির্দেশ করে। রসায়ন শাস্ত্রে বেশ কয়েক ধরনের ঘনমাত্রার গাণিতিক বিবরণ পাওয়া যায়; যেমন: ভর ঘনমাত্রা, মোলার ঘনমাত্রা, সংখ্যার ঘনমাত্রা এবং আয়তন ঘনমাত্রা।^[১] যেকোন প্রকার রাসায়নিক পদার্থের মিশ্রণের ক্ষেত্রে ঘনমাত্রার ধারণাটি প্রযোজ্য হলেও অধিকাংশ ক্ষেত্রেই কোন দ্রবণ এবং এই দ্রবণে উপস্থিত দ্রব্য ও দ্রাবকের প্রেক্ষাপটে এই পদটির প্রয়োগ করা হয়। মোলার ঘনত্বের আবার কিছু ভ্যারিয়েন্টও রয়েছে, যেমন: স্বাভাবিক বা সমতূল্য ঘনমাত্রা এবং অসমোটিক ঘনমাত্রা।

ব্যুৎপত্তি ও পরিভাষা

ফরাসি concentrer থেকে উদ্ভূত concentrate শব্দটি থেকে concentration টার্মটি নেওয়া হয়েছে যা বিশ্লেষণ করলে con– + center পাওয়া যায়; যার অর্থ দাড়ায় “কেন্দ্রে রাখা”। concentration এর বাংলা পরিভাষা হিসেবে ঘনমাত্রা শব্দটি ব্যবহার করা হলেও কিছু ক্ষেত্রে ঘনত্ব শব্দটিও ব্যবহার করা হয়, যদিও পদার্থবিজ্ঞানে ঘনত্বের সংজ্ঞা বস্তুর ভর এবং ঐ ভর দ্বারা দখলকৃত আয়তনের অনুপাতের মাধ্যমে দেওয়া হয়। অপরদিকে রসায়নের ব্যবহৃত ঘনমাত্রা বা ঘনত্বের ক্ষেত্রে মিশ্রণ বা দ্রবণে উপস্থিত উদ্দিষ্ট উপাদানটির পরিমাণ নির্দেশে ভর এককের পাশাপাশি মোল, সংখ্যা এমনকি আয়তনও ব্যবহার করা হয়ে থাকে।

গুণগত ব্যাখ্যা

রাশিমালার মাধ্যমে প্রকাশরীতি বা অঙ্কপাতন

যে চারটি রাশির মাধ্যমে ঘনমাত্রার ব্যাখ্যা দেওয়া হয় নিচে সেগুলো সংক্ষেপে আলোচনা করা হল:

ভর ঘনমাত্রা

মিশ্রণের কোন উপাদানের ভর ঘনমাত্রা $\rho _{i}$ এর সংজ্ঞা উপাদানটির ভর $m_{i}$ এবং মিশ্রণটির মোট আয়তন $V$ এর অনুপাতের মাধ্যমে দেওয়া হয়:

\rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}

এর এসআই একক হলো kg/m³ (যা g/L এর সমান)।

মোলার ঘনমাত্রা

মিশ্রণটিতে উপাদানটির কত মোল ( $n_{i}$ ) রয়েছে তাকে মিশ্রণটির মোট আয়তন $V$ দ্বারা ভাগের মাধ্যমে মোলার ঘনমাত্রা $c_{i}$ এর সংজ্ঞা দেওয়া হয়:

c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}

এর এসআই একক হলো mol/m³। তথাপি অনেক ক্ষেত্রেই mol/L (= mol/dm³) এককটি ব্যবহার করা হয়।

সংখ্যার ঘনমাত্রা

মিশ্রণে কোন উপাদানের কতটি সত্তা বিদ্যমান ( $N_{i}$ ) তার সাথে মিশ্রণটির মোট আয়তন $V$ এর অনুপাতের মাধ্যমে সংখ্যার ঘনমাত্রা $C_{i}$ এর সংজ্ঞা দেওয়া হয়। এই সত্তা উপাদানটির অণু, পরমাণু, মোল বা অন্যকিছু হতে পারে।

C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}

এর এসআই একক হলো 1/m³

আয়তন ঘনমাত্রা

আয়তন ঘনমাত্রা $\sigma _{i}$ কে উপাদানটির আয়তন $V_{i}$ এবং মিশ্রণটির মোট আয়তন $V$ এর অনুপাতের মাধ্যমে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এই রাশিটির মাত্রা সমীকরণ আয়তন ভগ্নাংশের অনুরূপ হলেও দুটোর মধ্যে সূক্ষ্ম পার্থক্য বিদ্যমান।^[২]

\sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}

রাশিটি মাত্রাহীন হওয়ায় একে শুধু সংখ্যার মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়। যেমন: 0.18 অথবা 18%;

এর একক হলো 1

ইংরেজী সাহিত্যে এই রাশিটির জন্য আদর্শ কোন অঙ্কপাতন পদ্ধতি নেই। এখানে ব্যবহৃত $\sigma _{i}$ বর্ণটি জার্মান সাহিত্যে একটি আদর্শ প্রতীক হিসেবে ব্যবহৃত হয় (জার্মান ভাষায় দেখুন Volumenkonzentration)।

সংশ্লিষ্ট রাশিসমূহ

আরও কিছু কিছু রাশি মিশ্রণের উপাদানগুলোর আলোচনায় ব্যবহার করা হলেও এগুলোকে ঘনমাত্রা বলা উচিৎ নয়।^[১] এদের কয়েকটি হলো নর্মালিটি, মোলালিটি, মোল ভগ্নাংশ, মোল অনুপাত, ভর ভগ্নাংশ, ভর অনুপাত।

আয়তন ও তাপমাত্রার উপর নির্ভরশীলতা

মূলত তাপীয় প্রসারণের কারণে দ্রবণের কোন উপাদানের ঘনমাত্রা তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাপেক্ষে দ্রবণটির আয়তনের উপর নির্ভর করে।

বিভিন্ন ঘনমাত্রা ও সংশ্লিষ্ট রাশিসমূহের তালিকা

ঘনমাত্রার ধরন	প্রতীক	সংজ্ঞা	এসআই একক	অন্যান্য একক
ভর ঘনমাত্রা	$\rho _{i}$ or $\gamma _{i}$	$m_{i}/V$	kg/m³	g/100mL (= g/dL)
মোলার ঘনমাত্রা	$c_{i}$	$n_{i}/V$	mol/m³	M (= mol/L)
সংখ্যার ঘনমাত্রা	$C_{i}$	$N_{i}/V$	1/m³	1/cm³
আয়তন ঘনমাত্রা	$\sigma _{i}$	$V_{i}/V$	m³/m³
সংশ্লিষ্ট রাশি	প্রতীক	সংজ্ঞা	এসআই একক	অন্যান্য একক
নর্মালিটি		$c_{i}/f_{\mathrm {eq} }$	mol/m³	N (= mol/L)
মোলালিটি	$b_{i}$	$n_{i}/m_{\mathrm {solvent} }$	mol/kg
মোল ভগ্নাংশ	$x_{i}$	$n_{i}/n_{\mathrm {tot} }$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
মোল অনুপাত	$r_{i}$	$n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})$	mol/mol	ppm, ppb, ppt
ভর ভগ্নাংশ	$w_{i}$	$m_{i}/m_{\mathrm {tot} }$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
ভর অনুপাত	$\zeta _{i}$	$m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})$	kg/kg	ppm, ppb, ppt
আয়তন ভগ্নাংশ	$\phi _{i}$	$V_{i}/\sum _{j}V_{j}$	m³/m³	ppm, ppb, ppt