Re: Orbitali atomici

From: Giorgio Pastore <pastgio_at_univ.trieste.it>
Date: Wed, 18 Dec 2002 00:23:14 +0100

Elio Fabri wrote:

...
> Giorgio Pastore ha scritto:

>>...
>>Tuttavia col tempo sono diventato molto meno
>>integralista.

> Io invece sono integralista, se ti piace definirmi cosi'...
> Non so se potremo approfondire a sufficienza il problema, ma qualcosa
> debbo dire per giustificare il mio punto di vista.


Integralista non era usato in senso negativo. Credo di capire il tuo
punto di vista perche' lo condivido in gran parte ma con delle riserve e
dei distinguo basati sulle fasce di eta'.


>>Tutto sommato non credo che certi approcci alla chimica
>>siano molto diversi dal presentare ad uno studente di elettrotecnica
>>equazioni circuitali ad elementi concentrati senza entrare nel merito
>>delle equazioni di Maxwell e della fisica dello stato solido.
>>
> A me invece sembrano due situazioni totalmente diverse.
>
> 1. Nel caso dei circuiti stiamo parlando di oggetti concreti, che si
> vedono, si toccano, su cui si possono fare misure, si possono montare e
> smontare.
> Gli orbitali invece sono entita' astratte e misteriose, che non si
> possono vedere e che e' estremamente difficile correlare con proprieta'
> osservabili delle specie chimiche, delle reazioni, ecc.


Ni. Un circuito si puo' toccare e vedere ma un campo? un coefficiente di
autoinduttanza, un elettrone ? Sei sicuro che la correlazione con le
proprieta' osservabili di un circuito sia cosi' semplice o intuitiva ?
In un certo senso un orbitale o un c. di autoinduttanza possono essere
considerati concetti che hanno un fondamento in una teoria piu' generale
ma che possono anche essere utilizzati in modo meno fondamentale per
razionalizzare un insieme di dati fenomenologici.

...

>
> Basta ora capovolgere tutto quanto ho scritto in 2,3,4, per avere la
> situazione degli orbitali.
> In particolare, affermo che nel modo come vengono usati (nn solo nella
> s.s.s., ma anche in molti corsi universitari) gli orbitali non hanno
> alcun valore esplicativo ne' predittivo. In altre parole, se non ci
> fosse qualcuno che gli dice come stanno le cose, lo studente non sarebbe
> assolutamente in grado di fare *niente* con quello che gli e' stato
> "spiegato".


Questo si potrebbe dire di molti altri argomenti e concetti. Ma forse il
nodo della questione e' proprio sulla questione del valore esplicativo e
predittivo accoppiata al "fare".
Premetto che sono convinto che la piena comprensione implica il saper
fare. Tuttavia vedo anche necessita' di una gradazione. E vedo l'
utilita' non solo dello spiegare e predire ma anche del piu' banale (?)
informare.

E proprio nell' ottica di dare un' informazione vedo lo spazio, nella
scuola superiore e all' universita', per livelli diversi, a seconda
delle capacita' degli studenti e finalita' dell' insegnamento, per un
onesta presentazione di risultati teorici la cui appropriazione sia
preclusa da un insufficienza tecnico-concettuale. Mi rendo conto che la
sola decifrazione della rappresentazione della densita' di carica
associata ad un orbitale molecolare pi sia un compito non banale. Pero'
non vedo perche' rinunciare a dare l' informazione che, dando per
garantita la possibilita' di ottenere i risultati da calcoli ben
fondati, si possa razionalizzare tutta una serie di dati fenomenologici.

Razionalizzare evidentemente non vuol dire spiegare e men che meno
predire. Pero' puo' togliere un po' di mistero e dare almeno qualche
idea del fatto che esistono catene di ragionamenti, fatti e deduzioni da
cui ricaviamo una certa immagine del mondo.



> Non posso certo dire di conoscere tutti i libri (anzi ne conosco solo
> qualcuno, e non molto recente) ma sono pronto a scommettere che tutti
> seguono piu' o meno la traccia che ora accenno.
> L'orbitale (atomico) e' una misteriosa funzione (d'onda?) oppure una
> regione in cui questa funzione e' abbastanza grande.
> Per ragioni oscure ci sono orbitali s, p, d... Seguono i soliti
> disegnini, in particolare coi "tre" orbitali p: px, py, pz (il che tra
> l'altro e' grossolanamente sbagliato ed e' la premessa per altri errori
> che seguono).
> Gli elettroni "riempiono" questi orbitali (qui bisogna fare entrare il
> misterioso "spin" e il principio di Pauli).
> Senza che si sappia perche', gli orbitali 2p hanno energia maggiore del
> 2s, idem per 3s, 3p, 3d. Misteriosamente, il 3d e' piu' alto del 4s, ma
> piu' basso del 4p, per cui si riempie prima di quest'ultimo...
> (Domandina indiscreta: sicuro che questi quindicenni che capiscono tante
> cose, abbiano almeno chiaro il concetto di energia?)

.....

Se e' per questo ci sono ventenni che hanno problemi a riguardo. O
riguardo l' uso della grammatica italiana. Ma non per questo si rinuncia
a fargli studiare la letteratura.
E non si rinuncia (o non si dovrebbe rinunciare) a far apprezzare l'
ascolto della musica anche senza pretendere un corso di armonia e di
contrappunto. Questi vanno pretesi da chi dovra' occuparsi
professionalmente dell' argomento, potranno sicuramente cambiare la
prospettiva di chi si avvicina ad un brano musicale, ma non e' vero che
non si possa parlare di musica senza presupporre la teoria degli intervalli.

...
> Ma e' inutile che stia a insistere: in fondo la sola maniera per sapere
> chi ha ragione sarebbe una qualche forma di verifica. Che cosa hanno
> capito questi ragazzi? Che cosa ricordano dopo un anno? Sanno usare
> queste idee per spiegare (non a pappagallo, ma con la loro testa) la
> struttura di atomi e molecole?
> Io naturalmente non posso fare la prova, ma sono sicuro che chi insegna
> si guarda bene dal farla, perche' sa quanto me che risultati
> otterrebbe...


Se e' per questo sarebbe interessante vedere cosa ricordano dopo un anno
   laureati in fisica ....

Sugli studenti delle superiori posso darti una risposta parziale,
statisticamente non significativa e probabilmente "biased" perche'
basata sulla mia esperienza personale di studente filtrata da alcuni
decenni :-( di lavoro nel campo.

Io ho frequentato un classico. Ricordo ancora bene la prima parte del
corso di chimica (in 1 liceo, prima dei corsi di fisica!) in cui il mio
insegnante ci ha "spiegato" la struttura elettronica degli atomi e la
periodicita' delle proprieta' degli elementi, accennando al modello di
Bohr, accennando velocemente a qualcosa di "nebuloso" (gli orbitali
atomici) su cui non si soffermo' molto ma che "in qualche modo complesso
e fuori della nostra portata all' epoca" era connesso con l' esistenza
di numeri quantici che regolavano i possibili livelli energetici (avevo
chiaro il concetto di energia ? credo proprio di no).

Eppure da questa nebbia concettuale emergeva una scoperta entusiasmante:
  si potevano catalogare gli atomi in funzione di qualcosa che dava
conto delle proprieta' periodiche ! Non solo ma si poteva usare la
tavola (2 pagine complete !) di simboli che rappresentavano le
configurazioni elettroniche per riuscire a "indovinare" (a meno di non
poche eccezioni) le valenze chimiche !

Indubbiamente all' epoca (e anche quando ho seguito chimica al primo
anno di fisica) non avevo gli strumenti per controllare il formalismo e
neppure meta' dei concetti coinvolti. Eppure devo dire che non sono
rimasto traumatizzato da quel modo poco "fondamentale" di presentare le
cose, anzi! In parte proprio l' esposizione a concetti che erano
dichiaratamente al di fuori della nostra capacita' di comprendere ( ma
fatta in modo onesto) rappresento' una sfida che contribui' notevolmente
alle mie scelte successive in fatto di studi.

Naturalmente non si puo' sempre e solo tirare fuori i conigli dal
cappello. Pero' per una data fascia di eta' e di destinatari, non
pretenderei di passare sempre e solo concetti completamente controllabili.

Con questo naturalmente non voglio fare l' elogio della didattica solo
informativa e men che meno della cattiva divulgazione.
Volevo spiegarti perche' ho qualificato la tua reazione come "integralista".
Nella battaglia di fondo contro il nozionismo fatto di grandi parole
senza controllo sono fondamentalmente con te.

Giorgio
Received on Wed Dec 18 2002 - 00:23:14 CET

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