স্মার্টফোনের স্মার্ট ক্যামিস্ট্রি

 টাইটেল দেখে চমকে যাচ্ছেন? ভাবছেন ফোনের সাথে ক্যামিস্ট্রির কি সম্পর্ক তাদের একটু বলে রাখি। পর্যায় সারনি খোলেন, প্রথম ৮৩ টা নন রেডিওএকটিভ মৌলের ৭০ টাই আপনার মোবাইলে খুজে পাবেন! ;) অর্থাৎ মোট স্থায়ী মৌলের ৮৪% মৌলই ব্যাবহার হয় স্মার্টফোনে।

১৯৫০ সালে আই বি এম কোম্পানী যখন স্মার্টফোন আবিষ্কার করে, তখন তাদের ধারণাও ছিল না যে ৭০ বছর না পার হতেই বিশ্বের ৭০% মানুষের জীবনের সাথে অবিচ্ছেদ্যভাবে যুক্ত হয়ে যাবে! অনেক দিন পরে লেখছি ক্যামিস্ট্রি কন্টেস্ট এর জন্য। স্মার্টফোন যে শুধু প্রযুক্তির সাথে সম্পর্কিত তা কিন্তু না। একটা মোবাইলে প্রায় ৩০ ধরনের  ক্যামিকেল প্রোডাক্ট থাকে। সাথে ঘটে অনেক রাসায়নিক কর্মকান্ড। এই আর্টিকেলে এটা বিস্তারিত বলার চেষ্টা করব। 

কম্পিউটারে ধাতুঃ ধাতু বা মেটাল কম্পিউটারকে দেখতে আকর্ষনীয় করার পাশাপাশি এর কর্মক্ষমতাও বাড়িয়েছে। একটা স্মার্টফোনে গড়ে ৬২ টা পর্যন্ত ধাতু পাওয়া যেতে পারে। মোবাইলে rare-earth metals খুব গুরত্বপূর্ন ভূমিকা পালন করে। এই বিরল মৌলগুলোর মধ্যে রয়েছে স্ক্যানডিয়াম এবং ইটরিয়াম এবং সেইসাথে 57–71পর্যন্ত মৌলগুলো রয়েছে। 57–71 পর্যন্ত মৌলগুলি ল্যান্থানাইড হিসাবে পরিচিত, কারণ এগুলি উপাদান ল্যান্থানাম দিয়ে শুরু হয়। এই উপাদান গুলোকে পর্যায় সারনিতে নিচে উল্লেখ করা হয় যাতে পর্যায় সারণির সৌন্দর্য বজায় থাকে। ল্যান্থানাইড না হওয়ার পরেও  স্ক্যান্ডিয়াম এবং ইটরিয়ামকে বিরল-পৃথিবীর ধাতবগুলিতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে কারণ তাদের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ল্যান্থানাইডগুলির মতো।

আপনার আইফোন আছে? জানতে চান কেন এত দাম এটার? একটা আইফোনে ৮ টা ভিন্ন ভিন্ন rare-earth metals রয়েছে। আপনি যদি বিভিন্ন রকম ফোন চেক করেন তবে ১৭ টা rare-earth metals এর মাঝে ১৬ টা খুজে পাবেন। শুধুমাত্র খুজে পাবেননা প্রোমিথিয়াম কারণ এটা তেজক্রিয়! (আসলে কিন্তু আইফোনের দাম এত বেশী হওয়ার  একমাত্র কারণ এটা না!)

আপনার ফোনের স্ক্রিন অনেক সুন্দর তাই না?? স্ক্রিনের দিকে তাকালে লাল, নীল, সবুজ সহ বিভিন্ন রকম রঙ দেখতে পারেন? এটা কেন জানেন? আপনার মোবাইলে থাকা  rare-earth metals

 এর কারণে। শুধু এখানেই না, মোবাইলের স্ক্রিনে ও সার্কিটেও  rare-earth metals এর আবশ্যকীয়তা রয়েছে। এছাড়াও, আপনার ফোন নিওডিমিয়াম এবং ডিসপ্রোজিয়াম ছাড়া কম্পন করতে সক্ষম হবে না। ফলে আপনি এলার্ম মিস করবেন! (xD)

 rare-earth metals গুলি শুধু মাত্র কেবল স্মার্টফোনগুলিতেই ব্যবহৃত হয় না , অনেকগুলি উন্নত প্রযুক্তির ডিভাইসেও ব্যবহৃত হয়। এগুলি টেলিভিশন, কম্পিউটার, লেজার, ক্ষেপণাস্ত্র, ক্যামেরা লেন্স, ফ্লুরোসেন্ট লাইট বাল্ব এবং অনুঘটক রূপান্তরকারীগুলিতে পাওয়া যায়।ইলেট্রিক্স , যোগাযোগ এবং প্রতিরক্ষা শিল্পে  rare-earth metals এতটাই গুরুত্বপূর্ণ যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের শক্তি বিভাগ তাদের "প্রযুক্তি ধাতু" বলে অভিহিত করে। তাই এদের দাম ও কিন্তু অনেক বেশী। 

স্মার্টফোনের ডিসপ্লে তে ক্যামিস্ট্রির খেলঃ 

আপনি কি দেখে মোবাইল কিনেন? র‍্যাম? রম? প্রোসেসর? না ভাই, ওইটা আগে দেখেন না, দেখেন ফোনের ডিসপ্লে। আইফোনে নোকিয়া ১১০০ এর ডিসপ্লে দিয়ে আইফোন এত ফ্যামাস হত না। তাই তো বলে, আগে দর্শনধারী, পরে গুন বিচারী। হাত থেকে স্মার্ট ফোন কতবার ফেলেছেন? সবসময় কি ভেঙে গেছে? না। আপনার হাত থেকে ফোন পড়ে যাওয়ার পরেও যাতে তা না ভাঙ্গে, সেজন্য ফোনের স্ক্রিনকে খুব শক্তভাবে ডিজাইন করা হয়েছে। যাতে পড়লেই ভেঙে না যায়।

স্মার্টফোনের শক্তিশালী গ্লাসস্ক্রিনের এই আবিষ্কার কিন্তু দুটো ভুলের ফসল! ১৯৫২ সালে একজন গ্লাস বানানোর কর্মী গ্লাসকে দীর্ঘস্থায়ী করার জন্য ৬০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে উত্তপ্ত করার বদলে দিয়ে দেন ৯০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে উত্তপ্ত করতে!! কিছুক্ষণ পরে যখন তিনি টের পান, তিনি মনে করেন গ্লাসটি মনে হয় গলে গিয়েছে, তাই তিনি পরিষ্কার সামগ্রী নিয়ে মেশিনের কাছে গিয়ে মেশিন বন্ধ করেন। তিনি আশা করেছিলেন সেখানে তিনি একটা গলিত কাচের মন্ড দেখবেন। কিন্তু আশ্চর্যজনকভাবে যখন তিনি মেশিন খোলেন তখন তিনি দেখেন কাচটি গলে যায়নি, বরং নরম হয়ে গিয়েছে। তিনি পরীক্ষা করার জন্য গ্লাসটিকে উঠিয়ে পাশের টেবিলে নিয়ে যাওয়ার সময় দুর্ভাগ্যজনক ভাবে আবার ফেলে দেন! দেখো কান্ড! 😑

কিন্তু আশ্চর্যজনক ভাবে ক্যামিস্ট আবিষ্কার করেন, ফ্লোরে পড়ে গিয়ে গ্লাসটি ভেঙে যাওয়ার বদলে বাউন্স খেয়ে উপরে উঠে এল! তিনি হকচকিয়ে গেলেন। বেশ কয়েকবার একই কাজ করে দেখলেন, গ্লাসটি ভাঙছে না। তবে অনেকবার ফেলে দিলে গ্লাসে ফাটল ধরা শুরু করছে এবং শেষমেষ ভেঙ্গে যাচ্ছে।

সাধারণ কাচ কিন্তু ভঙ্গুর। কারণ এতে পরমানুগুলো একটা তলে সাজানো থাকলেও নির্দিষ্ট আকার থাকে না, একে ওপরের উপর দিয়ে চলে যেতে পারে, ঠিক পানির ঢেউয়ের মত। তাই গ্লাসের উপর প্রেশার দেয়া হলে  মলিকিউল বা অনুগুলো প্রেশার পেয়ে একে অপরের থেকে দূরে সরে যেতে থাকে। যদি প্রেশার দেয়া অব্যাহত থাকে, তবে মলিকিউলদের মধ্যবর্তী ফাক বাড়তে থাকে এবং একসময় তা ভাঙ্গন বা ক্রাকে পরিনত হয় এবং শেষমেষ গ্লাসটি ভেঙ্গে যায়।

অন্যদিকে সিরামিক নিজেদের অনুগুলোর মধ্যে একটা স্ফটিক গঠন করে এবং মাঝে মাঝে নেগেটিভ ও পজেটিভ আয়নের মধ্যে আয়নিক বন্ধন গঠনের ফলে নিজেদের মধ্যে খুব শক্ত একটা বন্ড তৈরি করে। ফলে কাচের মত একই প্লেনে থাকা অনুগুলো একটা অপরটির উপর দিয়ে যেতে পারে না। ফলে তারা সংকোচন প্রতিরোধ করতে পারে। কিন্তু তাদেরকে বাকালেই তারা ভেংগে যায়। কারণ তাদের মধ্যকার অনুগুলো খুব দৃঢভাবে লাগানো। এজন্য সিরামিক ও ভঙুর!

তো কি দেখা গেল? কাচেও সমস্যা আবার সিরামিকেও সমস্যা। এখানেই ওস্তাদের মাইর হিসেবে আসে সিন্থেটিক গ্লাস- সিরামিক। এটা আসলে কাচ ও সিরামিকের গলিত মিশ্রনকে ঠান্ডা করে বানানো হয়। গ্লাস -সিরামিকে যেমন স্ফটিক ও থাকে, তেমন ফ্লেক্সিবল ও হয়। কারণ গ্লাস সিরামিকের ৫০-৯৫% স্ফটিক থাকতে পারে, এবং বাকি বন্ডগুলো গ্লাসের মত অগোছালো। ফলে এটা যেমন প্রেশার সামলাতে পারে, তেমন ফ্লেক্সিবল ও বটে

চিত্র ১ঃ গ্লাসের অনুগুলোর অগোছালো ভাবে অবস্থান।

চিত্র ২ঃ সিরামিকের মৌলগুলোর স্ফটিক আকারে অবস্থান। 

গোরিলা গ্লাস আসলে সিলিকন অক্সাইড ও এলুমিনিয়াম অক্সাইডের মিশ্রন। একে aluminosilicate glass বলে যার সাথে সোডিয়াম আয়ন যুক্ত থাকে।

চিত্র ৩ঃ গোরিলা গ্লাস আসলে সিলিকন অক্সাইড ও এলুমিনিয়াম অক্সাইডের মিশ্রন। একে aluminosilicate glass বলে যার সাথে সোডিয়াম আয়ন যুক্ত থাকে।

তবে গরিলা গ্লাস একটি চূড়ান্ত পদক্ষেপের মাধ্যমে তার এই অদ্ভুত শক্তি অর্জন করে, যার ফলে কাঁচটি রাসায়নিকভাবে শক্তিশালী হয়। গ্লাসটি 300 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় পটাসিয়াম লবণ( সাধারণত পটাসিয়াম নাইট্রেটের ) একটি গলিত দ্রবনের মধ্যে রাখা হয়। যেহেতু পটাসিয়াম আয়নগুলি সোডিয়াম আয়নগুলির চেয়ে বেশি সক্রিয় তাই তারা এগুলি স্থানচ্যুত করে। পটাসিয়াম পরমাণুগুলি সোডিয়াম পরমাণুর চেয়ে বড় এবং আয়নগুলির ক্ষেত্রেও এটি সত্য। পটাসিয়াম আয়নগুলি সোডিয়াম আয়নগুলির চেয়ে অনেক বড়। সুতরাং, এই পটাসিয়াম আয়নগুলি গ্লাসে সোডিয়াম আয়নগুলির চেয়ে বেশি জায়গা নেয়।

ছোট ছোট আয়নগুলির দ্বারা দখলকৃত ফাঁকা জায়গাগুলিতে বৃহত্তর আয়নগুলি দখল করার ফলে কাচের সংকোচনে হয়। বিষয়টা কল্পনা করার জন্য একটা উদাহারণ দেই। একটা  গাড়িতে সবচাইতে বেশী সংখ্যক মানুষ ভ্রমন করার বিশ্ব রেকর্ড টা হল ২৫ জনের একসাথে ভ্রমন । এখন এই 25 জন লোককে 25 টি জাতীয় ফুটবল লিগের সেন্ট্রাল ব্যাকের সাথে কল্পনা করুন, যাদের প্রত্যেকের ওজন ১০০ কেজি।  এত বড় জায়গায় এত বড় মানুষদের চেপে ধরতে মোটামুটি সংকোচনের প্রয়োজন হবে। কম্প্রেশন বা সংকোচন সবসময় জিনিসকে আরও ছোট করার চেষ্টা করে।

একইভাবে, বড় পটাসিয়াম আয়নগুলি একে অপরের বিরুদ্ধে চাপ দেয়, কাচটি সংকুচিত হয়। সংকুচিত কাচ খুব শক্তিশালী। এই সংকোচনের ফলে, অনেকগুলি স্থিতিস্থাপক শক্তি গ্লাসে সঞ্চিত থাকে, অনেকটা একটা এলাস্টিকের স্থিতিস্থাপক  শক্তির মতো যা সংকুচিত করলে তৈরি হবে। 

টাচস্ক্রিনের সাইন্স! ঃ 

প্রতিটি স্মার্টফোন ব্যবহারকারী জানেন, একটি স্মার্টফোনের পর্দা কেবল কাঁচের শক্ত টুকরার চেয়ে অনেক বেশি। এটি এমন একটি স্ক্রিন যা আপনার স্পর্শকে প্রতিক্রিয়া জানায় । মেসেজ বাটনে ক্লিক করুন, আপনাকে মেসেজ এপে পৌছায় দেবে। 

টাচস্ক্রিনের দুটি প্রাথমিক ভাগ রয়েছে।

১)  প্রতিরোধী টাচস্ক্রিন

২) ক্যাপাসিটিভ টাচস্ক্রিন

 প্রতিরোধী টাচস্ক্রিন নামে পরিচিত টাচস্ক্রিনগুলিকে যে কোনও ধরণের উপাদান দিয়ে স্পর্শ করলেও কাজ করবে। একটি পেন্সিল ঠিক পাশাপাশি আঙুলের কাজ করে  গ্লাভস পরেও আপনি স্ক্রিনটি সক্রিয় করতে পারেন। প্রতিরোধী টাচস্ক্রিনগুলি একটি অটোমেটেড টেলার মেশিনে (এটিএম) , তেলের পাম্পে এবং স্টোরগুলিতে চেকআউট কাউন্টারে পাওয়া যায়, যেখানে আপনি ডিসপ্লে স্ক্রিনে ক্রেডিট কার্ড দিয়ে পে করার জন্য নিজের নাম সাইন করেন।

প্রতিরোধী টাচস্ক্রিনগুলি পৃষ্ঠের অধীনে পরিবাহী উপাদানের দুটি পাতলা স্তর দ্বারা গঠিত (চিত্র ৪)। আপনি যখন একটি টাচস্ক্রিন টাচ করেন তখন বিদ্যুৎ শরীরে প্রবেশ করে, যার ফলে দুটি স্তরটি স্পর্শ করে, সার্কিটটি সম্পন্ন করে এবং যোগাযোগের স্থানে বৈদ্যুতিক প্রবাহকে পরিবর্তন করে। সফটওয়্যার এর বৈদ্যুতিক পরিবর্তনকে ডিকোড করে এবং সে অনুযায়ী নির্দেশ পাঠায়। প্রতিরোধী টাচস্ক্রিনগুলি চাপ-সংবেদনশীল পর্দা হিসাবেও পরিচিত। এ স্ক্রিনহুলোতে একসাথে কেবল একটি বোতাম টিপতে পারা যায়। যদি দুটি বা ততোধিক বোতাম একবারে টিপা হয় তবে স্ক্রিনটি সাড়া দেয় না।

চিত্র ৪ঃ যখন একটা আংগুল স্ক্রিনে দেয়া হয়, স্থিরবিদ্যু স্বারা সার্কিটটা সম্পন্ন হয় এবং সার্কিটের বৈদ্যুতিক প্রবাহের চেঞ্জের উপর ভিত্তি করে সফটওয়্যার নির্দেশ পাঠায়। 

তবে, স্মার্টফোনগুলি দ্বিতীয় ধরনের টাচস্ক্রিন ব্যবহার করে যার নাম ক্যাপাসিটিভ টাচস্ক্রিন (চিত্র ৫), যা উন্নত প্রকৃতির।এতে ক্যাপাসিটার রয়েছে যা এমন একটি ডিভাইস যা বিদ্যুত সঞ্চয় করে।

চিত্র ৫ঃ ক্যাপাসিটিভ টাচস্ক্রিনে আঙুল টিপলে, খুব ছোট বৈদ্যুতিক চার্জ আঙুলের কাছে স্থানান্তরিত হয়, স্ক্রিনের সেই বিন্দুতে একটি ভোল্টেজ ড্রপ তৈরি করে। স্মার্টফোনের মধ্যে একটি যন্ত্রএই ভোল্টেজ ড্রপের অবস্থানটি প্রক্রিয়া করে এবং উপযুক্ত কাজ করার আদেশ দেয়।

গ্লাস, একটি অপরিবাহী হওয়ায় বিদ্যুৎ পরিচালনা করে না। কাঁচে আয়ন থাকা সত্ত্বেও এগুলি বিদ্যুতের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হওয়া বন্ধ করে দেয়। সুতরাং, কাচের পর্দাটি একটি পরিবাহী পদার্থের পাতলা স্বচ্ছ স্তর দিয়ে আবরণ করা দরকার যাতে স্থির বিদ্যুৎ পরিবাহিত হতে পারে। সাধারণত ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড, যা গ্রিড প্যাটার্ন গঠনের জন্য ক্রিসক্রসিং আকারের পাতলা স্ট্রিপগুলিতে রাখা হয়।

এই পরিবাহী গ্রিডটি খুব কম বৈদ্যুতিক চার্জ সঞ্চয় করে যা ক্যাপাসিটার হিসাবে কাজ করে। আপনি যখন স্ক্রিনটি স্পর্শ করেন, তখন এই সঞ্চিত বৈদ্যুতিক চার্জের একটি সামান্য বিট বা অংশ আপনার আঙুলে প্রবেশ করে যা অনুভব করা আপনার পক্ষে সম্ভব নয় তবে স্ক্রিনটির গ্রহন করার জন্য যথেষ্ট। এই বৈদ্যুতিক চার্জটি পর্দা দিয়ে আপনার আঙুলের মধ্যে প্রবেশ করার সাথে সাথে স্ক্রিনটি একটি ভোল্টেজ ড্রপ টের পায়, যার অবস্থান সফ্টওয়্যার দ্বারা প্রক্রিয়া করা হয়, যার ফলাফলের উপর ভিত্তি করে কাজের আদেশ দেয়া হয়।

এই ক্ষুদ্র বৈদ্যুতিক প্রবাহ আপনার আঙুলের মধ্যে প্রবেশ করে কারণ আপনার ত্বক বিদ্যুৎ পরিবাহী।   মূলত  নখের কারণে আঙুলের আয়ন তৈরি করে । আপনি যখন আপনার ফোনে টাচস্ক্রিনটি ব্যবহার করবেন তখনই আপনার দেহ হতে অল্প বিদ্যুৎ প্রবাহিত হওয়ার সাথে সাথে আপনার শরীরটি প্রকৃতপক্ষে সার্কিটের অংশ হয়ে যায়।

ব্রেকিং (দ্যা হিডেন সাইন্স অফ) ব্যাটারি!ঃ 

এখন আপনার চারপাশে কতটি ব্যাটারি রয়েছে? আপনি যদি এটি কোনও স্মার্টফোন বা ট্যাবে পড়েন তবে আপনার কাছে এখন ১ টা ব্যাটারি আছে। । কাছে যদি কোনও ল্যাপটপ বা কম্পিউটার থাকে তবে সেখানে দুটি। আপনি যদি একটি ঘড়ি বা ফিটবিট পরে থাকেন তবে তা তিনটি। টিভির রিমোট ? সেখানে দুটি ব্যাটারি রয়েছে। আপনি যত বেশি তাকাবেন, ততই আপনি খুঁজে পাবেন। ট্রিমার , বিভিন্ন ধরনের মেশীন, আই পি এস এবং ইলেকট্রনিক স্কুটার থেকে শুরু করে আমাদের পকেটে থাকা ফোনগুলিতে আমরা প্রতিদিন ব্যাটারি পাওয়ার অবজেক্টগুলি ব্যবহার করি।

ব্যাটারি এমন একটি ডিভাইস যা রাসায়নিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করে। ব্যাটারির ভিতরে থাকা উপাদানগুলি ইলেক্ট্রনগুলি হারাতে থাকে - অর্থাৎ জারণ ঘটে । এই ইলেক্ট্রনগুলি ব্যাটারির অন্য কোনও উপাদানে প্রবাহিত হয়। ইলেক্ট্রনগুলির প্রবাহ একটি বৈদ্যুতিক স্রোত। এবং এটি  আপনার ডিভাইসকে শক্তি দেয়। ব্যাটারিগুলি এত গুরুত্বপূর্ণ যে বিজ্ঞানীরা যারা রিচার্জেবল তৈরি করেছেন তারা একটি নোবেল পুরষ্কার জিতেছেন।

ব্যাটারিগুলি খুব কার্যকর হলেও এগুলি বিপজ্জনকও হতে পারে। ইলেক্ট্রনের প্রবাহ বা  স্রোত তৈরি করতে সহায়তা করে এমন ভিতরে থাকা তরল এবং পেস্টগুলিতে আগুন ধরে রাখতে পারে -যার ফলাফল খুব বিপজ্জনক। সুতরাং বিজ্ঞানীরা নিরাপদ এবং শক্তিশালী উভয়ই ব্যাটারি তৈরিতে কাজ করছেন। তারা বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরির নতুন উপায়ও সন্ধান করছে। কিছু ডিভাইস একদিন আপনার ঘাম থেকে তৈরি বৈদ্যুতিক স্রোত দ্বারা চালিত হতে পারে। অন্যথায় ব্যাকটিরিয়া ব্যবহার করতে পারে। সেদিন খুব বেশি দূরে না। 

স্মার্টফোন প্রযুক্তি ধীর গতিতে বিকশিত হচ্ছে। আপনি এখন আপনার ব্লাড সুগার পরীক্ষা করতে, আপনার বাড়ির এসির টেম্পারেচার ঠিক করতে এবং আপনার গাড়ীটি চালানো শুরু করতে আপনার স্মার্টফোনটি ব্যবহার করতে পারেন। বিশ বছর আগে, কেউ কল্পনাও করেনি যে লোকেরা কোনও এককালে তাদের  ক্যামেরার চেয়ে সেলফোনগুলি দিয়ে আরও বেশি ছবি তুলবে। এরপরে কী হবে তা কারও অনুমানে আছে আবার নেইও বটে। রসায়ন এবং প্রযুক্তির নতুনত্বের ছেদকে ধন্যবাদ, সম্ভাবনাগুলি সীমাহীন।আমরা করব জয়।