A fizikatanítás pedagógiája című felsőoktatási tankönyv(letölthető ...

Fontos továbbá, hogy a kémia viszonylag hamar használni tudja az atomszerkezeti
alapon értelmezett periódusos rendszert, mivel akkor tudja csak megfelelően tárgyalni
az egyes elemek jellegzetes tulajdonságait, vegyületeiket.
Az atomokból, molekulákból, ionokból felépülő halmazok tulajdonságainak, mint
például keménység, elektromos- és hővezető képesség, oldhatóság, továbbá
szerkezetüknek és átalakulásaiknak az értelmezése szintén lényeges az anyagismeret
szempontjából. A legtöbb esetben a galvánelemek tárgyalása a kémia órákon történik
meg, ezt a fizika használja fel az elektromos áramkörök téma feldolgozásánál. A
gázokkal kapcsolatos feladatok sokszor azonosak a kétféle órán. A felületi feszültség
molekulaszerkezeti magyarázatához a fizika a kémiát hívja segítségül.
A kémiai reakciókat kísérő energiaváltozások, a reakcióhő, a Hess-tétel, az
egyensúlyi folyamatok értelmezése termodinamikai ismereteket feltételez. A kémiai
reakciók sebességének hőmérsékletfüggése szép példája a Boltzmann-eloszlással
kapcsolatos alkalmazásoknak. A különböző anyagok mólhőjének értelmezése
elképzelhetetlen kémiai ismeretek nélkül.
3.4.3. Néhány jellegzetes példa
Elektrokémia
A fizika szakos kollegák egy része még azoktól a kémiai problémáktól is idegenkedik, amelyek a fizika órákon
elkerülhetetlenek. Pedig az elektromosságtan lassabban fejlődött volna, ha Luigi Galvani (1737-1798) híres békacombkísérlete
nyomán (mely egyben a biológiával való kapcsolatra is utal) Volta nem alkotja meg az első galvánelemeket.
Az elektrokémiában egyszerre jelenik meg az anyagszerkezet, az elektromosságtan, a termodinamika és egy kis kémia.
(részletesen lásd Radnóti - Róka 1999)
A Boltzmann-eloszlás alkalmazása kémiai példákra
A kémiai reakciók időbeli lefutásának jellemzésére a reakciósebességet használjuk. A reakciósebesség a folyamatban
szereplő valamelyik komponens koncentrációjának időegység alatt bekövetkező változását jelenti. A reakció során,
mivel a kiindulási anyagok fogynak, a termékek mennyisége nő, a reakciósebesség egy adott reakciónál sem lehet
időben állandó. Így a reakciósebesség egyértelmű meghatározása csak differenciális mennyiségekkel történhet. A
dc
reakciósebesség:v , ahol v a reakciósebesség, c a koncentráció és t az idő. A reakciósebesség arányos az
dt
időegységre eső hatásos ütközések számával, amikor megtörténik az elektronátrendeződés, vagyis a kémiai reakció. A
kedvező ütközések száma a részecskék koncentrációjával arányos. A reakciók sebességét az is befolyásolja, hogy hány
molekulának van annyi energiája, amennyi elég a hatásos ütközéshez, amelyet a Boltzmann-eloszlás határoz meg. A
kémiai reakciók sebessége nagymértékben függ a hőmérséklettől. A hőmérséklet emelkedésével a reakciók sebessége
megnő. (Radnóti 1982)
Energiatároló molekulák
Nézzünk egy nagyon egyszerű példát, ami a fizikában kialakított energiafogalom kémiai felhasználására vonatkozik!
Mi történik az elemi állapotú hidrogén és oxigén reakciójakor? A folyamat a következőképp írható fel: H 2 + 1/2 O 2 =
H 2 O ,
miközben 242 kJ energia szabadul fel mólonként. De miért szabadul fel energia? Mi is történik valójában? Mind a
hidrogén, mind az oxigén esetében kétatomos molekulából indultunk ki. A kötést létesítő, úgynevezett kötő
elektronpárok elemmolekulák esetében egyformán tartoznak mindkét atomtörzshöz. A kötés apoláros. Mi a helyzet
azonban a vízmolekula esetében? A kialakult O-H kötésben a kötést létesítő elektronpár a nagyobb elektronegativitású
atom, az oxigén felé tolódik el, nagyobb az elektronsűrűség az oxigén atommag körül. A kötés poláros. Vagyis a kötést
75