Danilo Giacomelli ha scritto:
> Se ti riferisci all'aspetto matematico, allora per coerenza non dovrei
> neppure spiegare la Meccanica celeste, in quanto ovviamente il Calcolo non e'
> alla loro portata!
Non mi riferisco all'aspetto matematico. Comunque vorrei proprio sapere
che cosa intendi per "spiegare la meccanica celeste"...
Ma non voglio divagare.
> In merito alla comprensione del contenuto della meccanica quantistica,
> allora si dovrebbe abolire tutta la parte teorica e strutturistica dei corsi
> Chimica Biologica e Biologia molecolare per biologi, in quanto non vi
> sarebbero le basi.
Infatti... Vedi dopo.
> Io insegno Scienze della materia (Fisica e Chimica integrate in quanto
> scienze quantitative) in un biennio tecnico. Insegnando anche Scienze della
> natura ho un po' di spazio per insistere sugli aspetti metodologici.
Ah bene (anzi male...): biennio? Non l'avevo capito. Peggio che mai...
> ...
> Occorre distinguere nettamente tra ciarlataneria e tentativi di
> "semplificare" in modo onesto e sensato.
> Tanto per capirci, definisco ciarlataneria il purtroppo classico "l'orbitale
> e' quella zona di spazio in cui l'elettrone passa il 90% del tempo" (ma su
> quello Gargani non ha nulla da dire?).
Gargani? Mi sono perso qualcosa? Conosco un Gargani, ma non puo' essere
lui...
> Ritengo invece che anche a dei quindicenni sia accessibile il concetto di
> funzione dall'insieme dei punti dello spazio ad un insieme numerico "strano"
> di cui pero' ci interessa solo il modulo, che e' un reale non negativo.
Il mio problema, o meglio il mio imbarazzo, e' che quello che passa
tutto il tempo con questi ragazzi sei tu, quindi dovresti conoscerli
molto meglio di me.
Ora i casi sono due: o tu vivi in un altro pianeta, oppure stiamo
parlando di ragazzi che
a) in buona percentuale hanno difficolta' con la comprensione di un
testo scritto
b) in percentuale piu' che buona non hanno familiarita' con operazioni
aritmetiche, per es. con le frazioni
c) non sanno "leggere" un grafico, per es. un diagramma spazio-tempo.
E questi ragazzi dovrebbero capire la funzione che dici sopra?
Senza contare che e' falso che interessi soltanto il modulo: vedi dopo.
> Fondamentale e' a mio parere non "barare", ossia evidenziare con onesta' quali
> sono le semplificazioni, che non devono mai toccare questioni fondamentali.
A me pare che sia semplicemente impossibile non barare, perche' i
concetti fisici (piu' che matematici) essenziali per capire la materia
di cui stiamo parlando non li posseggono affatto.
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.
> 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.
2. Anche se e' vero che le equazioni dei circuiti hanno il loro
fondamento nelle eq. di Maxwell, possono benissimo essere presentate,
studiate, applicate in modo indipendente. Naturalmente hanno dei limiti
di validita', ma hanno anche un campo di applicabilita' vastissimo.
3. Le leggi dei circuiti possono essere messe alla prova: anche un
ragazzo puo' prevedere il comportamento di un circuito abbastanza
semplice, puo' verificare se i suoi calcoli sono corretti, puo' quindi
vedere che la teoria ha senso, ha valore predittivo ed esplicativo.
4. Lo stesso vale per i componenti a stato solido: non e' frequente che
per l'uso pratico si debba far ricorso alla fisica che ci sta sotto.
Nella grandissima maggioranza dei casi bastano i data sheet, i circuiti
equivalenti, ecc.
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".
Un solo esempio, che tocca anche la questione del "modulo".
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?)
Naturalmente gia' questo che ho scritto (e che si trova, ripeto, in
tutti i libri) e' solo una raccolta di favole; ma il bello (si fa per
dire) arriva quando si passa a spiegare il legame chimico e la valenza.
Esempio, piu' o meno presente sempre: gli elettroni che sono "disposti"
a legarsi ad altri atomi sono quelli "spaiati". Bene: cosi' si capisce
perche' idrogeno e litio siano monovalenti, e l'elio sia un gas nobile.
Ma poi viene il berillio, e cominciano i guai, perche' con due elettroni
1s e due 2s, dovrebbe essere un gas nobile pure lui...
Ed ecco la spiegazione che piu' o meno si trova: la differenza di
energia fra 2s e 2p e' piccola, per cui non e' difficile che un
elettrone 2s venga "promosso" a 2p. In questo modo abbiamo due elettroni
spaiati, e l'atomo diventa bivalente.
Piccola? grande? perche'? Quanto piccola o grande? Naturalmente non si
trova mai un numero...
Ma non e' finita, perche' bisogna spiegare come si fa a far nascere un
orbitale "asimmetrico", che spieghi come mai l'elettrone se ne va tutto
da una parte. E qui ci vuole l'ibridazione: immancabile disegnino che
mostra come 2s "sommato" o "sovrapposto" a 2p diventi un palloncino
asimmetrico...
Ora il punto e' che questo coi soli moduli *non si puo' capire*: occorre
sapere che le funzioni d'onda (per fortuna reali in questo caso) possono
avere un segno, che quelle del 2p sono appunto dispari, per cui da una
parte si sommano e dall'altra si sottraggono, ecc.
Non mi soffermo, per non farla lunga, sul discorso necessario per far
venir fuori il tetraedro del carbonio...
Oppure: come si spiega il legame covalente della molecola d'idrogeno?
Si forma un "orbitale molecolare", con la nuvoletta concentrata fra i
due nuclei, e gli elettroni preferiscono stare li'.
Naturalmente bisogna guardarsi dal ricordare che gli elettroni tra loro
si respingono, per cui dovrebbero avere tendenza a stare lontani; ne' si
puo' dare alcuna ragione perche' in questa configurazine si abbia un
legame, ossia un'energia minore dei due atomi separati...
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 l' alternativa fosse *solo* la fenomenologia (per quanto
> importantissima) sarebbe, a mio parere, un impoverimento eccessivo della
> materia.
Impoverimento? Forse dovremmo metterci d'accordo sullo scopo
dell'insegnamento, e dell'istruzione scientifica in particolare.
A me che un ragazzo abbia sentito delle giaculatorie che non capisce,
ripete a memoria e dimentica appena puo', non interessa niente. Anzi...
M'interessa che veda come la scienza permette di capire il mondo; che
impari (e ricordi) un po' di fenomeni, le loro relazioni, certe
spiegazioni accessibili.
Che capisca che il metodo scientifico ha delle regole, porta a risultati
non opinabili, procede per gradi, dal semplice al complesso, dal
concreto all'astratto. Che la padronanza di strumenti via via piu'
sofisticati arricchisce la capacita' di comprensione della realta'
naturale.
Lasciamelo dire con la massima chiarezza: codesto modo d'insegnare la
chimica (ma non solo quella, si capisce) sta proprio agli antipodi. Di
questo sono assolutamente convinto.
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Elio Fabri
Dip. di Fisica "E. Fermi"
Universita' di Pisa
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Received on Mon Dec 16 2002 - 21:17:25 CET
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