Arthur W. Adamson
ZADANIA Z CHEMII FIZYCZNEJ  

Wprowadzenie
Przedstawiony zbiór zadań jest w zamyśle swym nieco różny od spotykanych zwykle podręczników elementarnej chemii fizycznej. Studenci, którzy będą korzystać z podręcznika zgodnie z proponowanymi zaleceniami, zauważą z pewnością, że może on spełniać rolę podobną do „maszyny uczącej", która zapewnia lepsze zrozumienie chemii fizycznej. Będzie to wymagało oczywiście pewnego wysiłku, ale przy odpowiednim wkładzie pracy Czytelnicy mogą mieć pewność, że utrwalą swą wiedzę w zakresie chemii fizycznej.
Prowadzący ćwiczenia powinni znaleźć w tej książce wiele zadań kolokwialnych o średnim stopniu trudności. Natomiast rozdziały traktujące o mechanice kwantowej oraz teorii grup mogą być pomocne podczas przygotowywania wykładów dotyczących tych zagadnień. Stanowią one wnikliwe wprowadzenie do problemów wiązania chemicznego, mogą być jednak wykorzystane także przez studentów rozpoczynających naukę chemii fizycznej.
Jak wiadomo, najlepszym sprawdzianem zrozumienia problemów naukowych jest umiejętność ich zastosowania w praktyce. Istnieje też inny ważny aspekt, podkreślający rolę zagadnień rachunkowych. Zadania rachunkowe, podobnie zresztą jak i zagadnienia teoretyczne, mogą być łatwe bądź trudne, prymitywne lub wyrafinowane. Wartość problemów rachunkowych nie polega więc na istotnej różnicy w skali trudności pomiędzy nimi i zagadnieniami teoretycznymi. Polega ona na tym, iż zadania rachunkowe dotyczą zagadnień konkretnych, zatem student jest zmuszony do precyzyjnego myślenia, by móc dokładnie pojąć znaczenie pytania oraz odpowiedzieć na nie. Zadanie rachunkowe jest zatem pedagogicznym zabiegiem, mającym na celu zapewnienie jasnej i niedwuznacznej odpowiedzi, demaskującym nieprecyzyjne rozumowanie.
Istnieje kilka różnych typów zadań rachunkowych. Jako zadania domowe wykorzystuje się często ćwiczenia sprowadzające się do podstawienia odpowiednich wartości do wzoru. Tego typu zadania są wykorzystywane jako wprowadzenie do tematu wykładu i mają głównie na celu utrwalenie przerabianego materiału. Drugi rodzaj zadań, które należy także doceniać, to stosunkowo skomplikowane i trudne problemy, wymagające czasami żmudnych obliczeń. '
W przypadku kolokwiów wykorzystuje się zadania, do których rozwiązania wymagana jest znajomość definicji, przekształceń i równań tak podstawowych, że student powinien je znać. Zadania egzaminacyjne z kolei zawierają problemy, których rozwikłanie wymaga zmian, przekształceń lub też adaptacji równań podstawowych. Zmiany takie są proste i oczywiste, lecz mimo wszystko muszą być wydedukowane na podstawie analizy przedstawionego zagadnienia.
Rozpatrzmy jako przykład prawo gazów doskonałych — prostsze równanie trudno sobie wyobrazić. Mimo to nawet studenci starszych lat, dopóki nie nabiorą odpowiedniej wprawy, mają kłopoty z rozwiązaniem zadań zawartych w rozdziale 1 w wymaganych limitach czasowych. Dzieje się tak nie dlatego, że zadania są wyjątkowo trudne; po zapoznaniu się z rozwiązaniem problemy wydają się śmiesznie łatwe i często wymagają ledwie dotknięcia suwaka logarytmicznego. Najważniejszym zadaniem jest znalezienie takiej postaci prawa gazów doskonałych, która opisywałaby rozpatrywaną sytuację.
Zadania takie nie są problemami typu „sztuka dla sztuki". Każde z nich jest pomyślane w taki sposób, że można sprawdzić, czy student właściwie uchwycił odpowiedni aspekt występującego w zadaniu zagadnienia, oraz czy rozwiąże je odpowiednio szybko.
Następująca analogia może być pomocna w zrozumieniu przedstawionego tu problemu. Przypuśćmy że osobie, która nigdy przedtem nie widziała słonia, zostanie on pokazany z niewielkiej odległości. Osoba ta poznaje kolejno różne cechy słonia i wydaje się jej, że zna już to zwierzę. Jednak ten sam słoń, szarżujący w kierunku naszego delikwenta, ryczący i wymachujący trąbą lub też uciekający, kąpiący się, posilający albo oglądany z tyłu, z dołu, czy też z góry, może wyglądać diametralnie różnie. Dopiero wielokrotne oglądanie słonia w różnych sytuacjach i czynnościach pozwoli
tej osobie poznać naprawdę słonia, widzieć, jakie są jego słabe strony, przewidzieć, jak będzie się zachowywał w określonych sytuacjach oraz znaleźć go nawet wtedy, gdy zaszył się głęboko w dżungli.
Zależności fizykochemiczne są podobne do tego słonia, a szczególnie te, które możemy wyprowadzić i wyjaśnić przejrzyście, logicznie i prosto oraz łatwo zilustrować przykładami liczbowymi. Wydają się one zupełnie klarowne i rozsądne. Student czuje, że rozumie je doskonale, a potem nie może wyjaśnić, dlaczego miał z nimi tak dużo kłopotów podczas kolokwium.
Podobnie jak to było ze słoniem, pewne zagadnienie lub równanie ukazane z nieco innej strony zaczyna nagle wyglądać całkowicie obco. Tak więc prawo gazów doskonałych może wydawać się zupełnie elementarną relacją, dopóki student nie musi zastosować go do sytuacji, w jakiej znajduje się gaz zajmujący połączone z sobą naczynia ogrzane do różnych temperatur. Zjawisko obniżenia temperatury topnienia, polegające na tym, że substancja B rozpuszczona w rozpuszczalniku A powoduje obniżenie jego temperatury topnienia, opisane jest przez dość proste i łatwe do stosowania równanie. Z drugiej strony można spostrzec, że to samo równanie opisuje rozpuszczalność stałej substancji A w rozpuszczalniku B. Jest to sformułowanie całkowicie różne od poprzedniego, dotyczącego opisu obniżenia temperatury topnienia; dokonana została także zamiana terminów „rozpuszczalnik" i „substancja rozpuszczona".
W każdym rozdziale najważniejsze równania i zależności zilustrowano w różny sposób za pomocą zadań. Ponieważ zostały zamieszczone również rozwiązania wszystkich zadań, zatem można traktować je jako taką samą pomoc w nauce jak same zadania. Rozwiązanie zadań lub przestudiowanie ich rozwiązań powinno umożliwić uczącemu się lepsze i głębsze zrozumienie przedmiotu. Powinien on też doskonalić umiejętność stosowania odpowiednich zależności do rozwiązywania różnego typu problemów, a także nabrać wprawy we właściwym przekształcaniu równań

.  

Zapraszam na inne moje aukcje