You are currently browsing the tag archive for the ‘κυματική θεωρία της ύλης’ tag.

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από την ενότητα 1.1.2 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο

  Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

   

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Σταδίου 24, Αθήνα  –  Αριστοτέλους 7, Θεσ/νίκη), Κορφιάτης (Ιπποκράτους 6, Αθήνα) , Γρηγόρη (Σόλωνος 71, Αθήνα) ΕλευθερουδάκηςΠατάκης, Σαββάλας-Βιβλιορυθμός (Ζωοδ. Πηγής 18 & Σόλωνος, Αθήνα), «Βιβλιοεπιλογή» Γ.Χ.  Αναστασάκης (Σόλωνος 110, Αθήνα) , Βιβλιοχώρα (Χαριλάου Τρικούπη 49, Αθήνα), ΒΕΡΓΙΝΑ, ΨΑΡΑΣ (Θεσ/νίκη), ΠΑΙΔΕΙΑ (Κανάρη 11, Λάρισα).

Το ατομικό πρότυπο του Βohr εάν και περιγράφει με επιτυχία το άτομο του υδρογόνου καθώς και σχετικά πειραματικά δεδομένα για αυτό φαίνεται ότι περιλαμβάνει κάποιες αυθαίρετες υποθέσεις:

 Γιατί για παράδειγμα τα ηλεκτρόνια πρέπει να κινούνται μόνο σε επιτρεπόμενες τροχιές (με συγκεκριμένη ενέργεια και απόσταση από τον πυρήνα του ατόμου);  Ποια είναι η εξήγηση;

Γιατί τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν ακτινοβολία μόνο όταν μεταπηδούν μεταξύ επιτρεπόμενων τροχιών;

 Αυτές οι ερωτήσεις διατυπώνονταν από τους επιστήμονες όταν ο Bohr ανακοίνωσε το ατομικό του πρότυπο. Το 1924, περίπου δέκα χρόνια μετά την δημοσίευση του ατομικού προτύπου του Bohr, ο Luis de Broglie εργαζόμενος για την διδακτορική του διατριβή στην Σορβόννη είχε μία καταπληκτική ιδέα την οποία και χρησιμοποίησε για να τις απαντήσει:

  •  « Η ύλη (ηλεκτρόνιο) έχει χαρακτηριστικά και σωματιδίου και κύματος»[1]

 Η ιδέα αυτή αν και φαινόταν ως αυθαίρετη δεν ήταν. Είχε ήδη προκύψει από την μελέτη των ακτινοβολιών ότι το φως (ορατή ακτινοβολία) άλλοτε εμφανίζει χαρακτηριστικά σωματιδίου και άλλοτε κύματος ανάλογα με τις πειραματικές συνθήκες[2]. O Planck και ο Εinstein είχαν αναγνωρίσει την δυαδική φύση του φωτός και είχαν προτείνει ότι γενικά ισχύει για κάθε ακτινοβολία με ενέργεια Ε:

E = h.ν = h. (c/λ)                                             [1.3α]

 Ε = m.c2                                            [1.7]

 όπου:

  • c η ταχύτητα του φωτός στο κενό που είναι ίση c = 2,99 . 108 m/s
  • λ το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (σε nm ή m)
  • ν η συχνότητα της ακτινοβολίας (σε s-1) που έχει ενέργεια Ε
  • m μάζα που έχει ενέργεια Ε

Από τις παραπάνω σχέσεις φαίνεται ότι η ενέργεια Ε μίας ακτινοβολίας, η μάζα m των σωματιδίων (φωτονίων) που έχουν αυτή την ενέργεια και το μήκος κύματος της λ συνδέονται. Το φως ορισμένες φορές εμφανίζει σωματιδιακό χαρακτήρα (στην σχέση [1.7] υπάρχει η μάζα m που είναι χαρακτηριστικό μέγεθος για σωματίδια, εδώ τα σωματίδια είναι τα φωτόνια) και ορισμένες φορές κυματικό χαρακτήρα (v = c/λ όπου το ν και το λ είναι χαρακτηριστικά κύματος).

Ο Luis de Broglie προέκτεινε αυτή την αντίληψη θεωρώντας ότι όχι μόνο το φως αλλά πρακτικά οτιδήποτε μας περιστοιχίζει (όλη η ύλη) έχει διττή φύση στηριζόμενος όχι σε πειραματικά δεδομένα [3] αλλά μόνο στην απλή σκέψη: Αφού το φως (ηλεκτρομαγνητική ενέργεια E) έχει χαρακτηριστικά σωματιδίου και κύματος τότε και η ύλη (που συνδέεται με την ενέργεια E = m.c2) και ειδικά τα ηλεκτρόνια που παίζουν σημαντικό ρόλο στην σύνθεσή της θα έχoυν δυαδική φύση (σωματίδιο και κύμα ταυτόχρονα).

 Το φως (φωτόνιο) όπως και κάθε κινούμενο μικρό σωματίδιο π.χ. ηλεκτρόνιο, παρουσιάζει διττή φύση σωματιδίου (κβάντα) και κύματος (ηλεκτρομαγνητικό κύμα).[4]

Μία απλή αναπαράσταση του ατόμου και των ηλεκτρονίων του σύμφωνα με την κυματική θεωρία της ύλης του Luis de Broglie δίνεται στο Σχήμα 1-12 (δές βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄Λυκείου Θετ. Κατ.» – Κ. Καλαματιανός σελ. 32). Τα ηλεκτρόνια αντί να κινούνται σε κανονικές κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα μπορεί να θεωρηθεί ότι κινούνται σε όλες τις διευθύνσεις γύρω από την περιφέρεια κάθε κυκλικής τροχιάς εκτελώντας κυματική κίνηση.

Mε βάση τα παραπάνω ο L. de Broglie πρότεινε μία σχέση που συνδέει το μήκος κύματος λ ενός κινούμενου σωματιδίου που εκτελεί αυτή την κυματική κίνηση και της μάζας του m:

 λ = h / m.υ                                          [1.8]

 όπου:

  • λ το μήκος κύματος του κινουμένου ηλεκτρονίου (σωματιδίου) (σε nm ή m)
  • h η σταθερά του Planck
  • m η μάζα του ηλεκτρονίου ή σωματιδίου (σε kg)
  • υ η ταχύτητα του σωματιδίου (m/s)

 Η σχέση [1.8] που πρότεινε ο De Broglie ισχύει για οποιοδήποτε αντικείμενο με μάζα m και ταχύτητα υ. Για αντικείμενα όμως που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή ζωή το λ γίνεται εξαιρετικά μικρό (τείνει στο μηδέν) ώστε να είναι πρακτικά αδύνατο να παρατηρηθεί [5] καθώς το h (η σταθερά του Planck που είναι 6,63 . 10-34 J.s δηλαδή ένας πολύ «μικρός» αριθμός) διαιρείται με την μάζα m επί την ταχύτητα υ του αντικειμένου που συνήθως είναι «μεγάλος» αριθμός. Το αποτέλεσμα είναι το λ που προκύπτει σε αυτή την περίπτωση να είναι πάρα πολύ μικρό σε σχέση με το μέγεθος του αντικειμένου που εξετάζεται.

Για σωματίδια που έχουν μικρή μάζα όπως το ηλεκτρόνιο η σχέση  [1.8]  δίνει λ  αρκετά μεγάλο ώστε να μας επιτρέπεται να ανιχνεύσουμε την κυματική φύση της κίνησής τους.

Στο παρακάτω video γίνεται μία προσπάθεια να παρουσιασθεί παραστατικά η κυματική θεωρία της ύλης και το μήκος κύματος λ κινούμενου σωματιδίου:

 



[1] Δυαδική φύση του ηλεκτρονίου

[2] Η δυαδική φύση του φωτός είχε αποδειχθεί πειραματικά με διάφορα πειράματα όπως: 1) Πείραμα της διπλής σχισμής του Υοung το 1803 όπου αποδεικνύεται ότι το φως έχει χαρακτηριστικά κύματος  και 2) το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όπου το 1905 αποδεικνύεται ότι το φως έχει και χαρακτηριστικά σωματιδίου.

[3] Ο de Broglie δεν είχε αποδείξει πειραματικά ότι το ηλεκτρόνιο εμφανίζει χαρακτηριστικά κύματος. Λίγα χρόνια μετά την δημοσίευση της θεωρίας του επιβεβαιώθηκε και πειραματικά η κυματική φύση των ηλεκτρονίων με την περίθλασή τους σε κρυσταλλικό πλέγμα όπως ακριβώς συμβαίνει και με την ακτινοβολία (π.χ. ακτίνες Χ). Η περίθλαση είναι χαρακτηριστικό των κυμάτων. Η τεχνική της περίθλασης των ηλεκτρονίων βρίσκει εφαρμογή στην λειτουργία του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. 

[4] Κυματική θεωρία της ύλης του De Broglie (1924)

[5] Δες Άσκηση-Παράδειγμα 1-5β.


 

Από τον πρόλογο του βιβλίου:

 

Τα εκπαιδευτικά βιβλία τόσο στο λύκειο αλλά και στην τριτοβάθμια εκπαίδευση αποτελούν καταλυτικό παράγοντα στην διδακτικο-μαθησιακή διαδικασία. Η σημασία τους καθίσταται μεγαλύτερη και κρισιμότερη, όταν κρίνεται η πρόσβαση των μαθητών-σπουδαστών σε ανώτερη βαθμίδα εκπαίδευσης-κύκλο σπουδών.

 

 Βιβλίο: «ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ», Συγγραφέας: Κ. Καλαματιανός

Σχήμα  20,5 x 29,2

Eξώφυλλο / Εσωτερικό : Τετραχρωμία

Σελίδες: 417

ΙSBN 978-960-93-2031-3

 

 Το βιβλίο-βοήθημα «Γενική Χημεία Γ΄Λυκείου Θετ. Κατεύθυνσης» απευθύνεται κυρίως στο υποψήφιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση αλλά και σε όσους ενδιαφέρονται να καταλάβουν ή να θυμηθούν βασικές έννοιες στην Χημεία. Προσπάθεια έχει γίνει ώστε:

  •  Να παρουσιασθεί όσο το δυνατόν με απλούστερο τρόπο και ποιο αναλυτικά η θεωρία της χημείας της Γ’ λυκείου. Στόχος είναι να μπορούν να προσεγγίσουν νοηματικά την ύλη με μεγαλύτερη ευκολία οι αναγνώστες. Έρευνα δείχνει ότι το 34% των μαθητών της Γ’ λυκείου θεωρούν ότι τα νοήματα των κειμένων εξηγούνται ανεπαρκώς σε σχολικά εγχειρίδια. Το 25% των μαθητών της  Γ’ λυκείου θεωρεί πώς για να γίνουν ποιο κατανοητά τα σχολικά εγχειρίδια χημείας θα πρέπει να είναι ποιο αναλυτικά.
  • Να δοθεί μεγάλος αριθμός λυμένων ασκήσεων (περιέχονται περισσότερες από 400 λυμένες ασκήσεις) καθώς βοηθούν στην εμπέδωση της ύλης
  • Να παρέχονται στρατηγικές επίλυσης των ασκήσεων (μεθοδολογία ασκήσεων) καθώς το 20% των μαθητών της Γ’ λυκείου εκφράζει αυτή την ανάγκη (δες βιβλιογραφία στο τέλος του βιβλίου: Ματσαγγούρας , 1998)
  • Να δοθούν αρκετά παραδείγματα (ιδιαίτερα από την καθημερινή ζωή) καθώς η σύνδεση της χημείας με την καθημερινή ζωή την καθιστά ποιο κατανοητή και ελκυστική για τους μαθητές-σπουδαστές (δες βιβλιογραφία στο τέλος του βιβλίου: Παραλίκα και Κουλουμπαρίτση, Επιθ. Εκπαιδ. Θεμάτων, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, 2007)
  • Να παρουσιασθεί ή ύλη στην αρχή κάθε ενότητας με σύντομο και παραστατικό τρόπο σε μορφή διαγραμμάτων ροής. Στόχος είναι να μπορεί ο αναγνώστης να συνδυάσει στοιχεία που περιέχει το κείμενο που ακολουθεί με όσα ο ίδιος γνωρίζει για το θέμα που διαβάζει
  • Να παρέχονται αρκετές εικόνες ή σχήματα/σχέδια. Η παρουσίαση της εικόνας ενεργεί ως γνωστικό σχήμα-πλαίσιο που βοηθά την κατανόηση, σύνδεση και αναπαράσταση των εννοιών που υπάρχουν στο κείμενο (δες βιβλιογραφία στο τέλος του βιβλίου: Παραλίκα και Κουλουμπαρίτση, Επιθ. Εκπαιδ. Θεμάτων, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο, 2007)

Ελπίζοντας ότι τα παραπάνω έχουν επιτευχθεί προσδοκία είναι να αποτελέσει το βιβλίο αυτό ένα πολύτιμο βοήθημα για την κατανοήση της ύλης του μαθήματος της χημείας και την επιτυχία στις εξετάσεις.

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Σαββάλας-Βιβλιορυθμός, «Βιβλιοεπιλογή» Γ.Χ.  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα, Βεργίνα, Ψαράς (ΘΕΣ/NIKH), Παιδεία (ΛΑΡΙΣΑ).

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/

 

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

Σκοπός στην ενότητα 1.1.2 του βιβλίου είναι να παρουσιασθεί:

  •  Η ιστορική εξέλιξη των ατομικών προτύπων για την σύσταση και δομή του ατόμου
  • Η περιγραφή του ατόμου σύμφωνα με το ατομικό πρότυπο του Bohr
  • Η περιγραφή του ατόμου σύμφωνα με το κβαντομηχανικό πρότυπο
  • Πώς τα πιο εξελιγμένα ατομικά πρότυπα όπως: α) του Bohr εξηγεί την συμπεριφορά του ατόμου όσο αφορά την αλληλεπίδρασή του με το φως (ακτινοβολίες) (γραμμικά φάσματα) και β) το κβαντομηχανικό πρότυπο εξηγεί τον σχηματισμό των χημικών δεσμών (σχηματισμό χημικών ενώσεων)

Για απόσπασμα θεωρίας από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Ιουνίου 2017
Δ Τ Τ Π Π Σ Κ
« Σεπτ.    
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  

Άρθρα

Αρχείο Άρθρων

Blog Statistics

  • 60,707 hits (απο 20-09-2010)
Αρέσει σε %d bloggers: