O zadaniach i problemach obliczeniowych w chemii fizycznej oraz

O zadaniach i problemach obliczeniowych w chemii fizycznej
oraz ich rozwiązywaniu.
Twierdzenie, że „znam i rozumiem teorię, ale mam kłopoty z zadaniami” po prostu nie trzyma się kupy.
Wzory opisują rzeczywistość i mamy je stosować do problemów praktycznych. Rozwiązywanie problemów
obliczeniowych i projektowanie stanowi ostateczny sprawdzian wszelkiej teorii. Zagadnienia z chemii fizycznej
będą się powtarzać na innych przedmiotach, m. in. Inżynierii chemicznej, choć w bardziej skomplikowanej
formie, ponieważ nie stosuje się tam wszystkich uproszczeń, jakie czynimy na zajęciach z chemii fizycznej.
W celach praktycznych, kiedy to lepsze poznanie procesu i odpowiednie zaprojektowanie reaktorów oznacza
lepszy i tańszy produkt, nie można stosować zbytnich uproszczeń, ponieważ trzeba zbliżyć się maksymalnie do
stanu rzeczywistego. Komplikuje to bardzo obliczenia. Jednak chemia fizyczna nie jest czystą teorią i dziedziną
oderwaną od życia, jak często słyszy się wśród studentów. Po prostu jest wstępem do takich dziedzin jak
technologia i inżynieria chemiczna oraz tworzy dla nich podstawy.
Ponieważ jednak zdaję sobie sprawę z trudności na jakie napotykacie państwo przy rozwiązywaniu zadań,
przedstawiam poniżej kilka reguł, które sam stosowałem w całej swojej karierze zawodowej, ułatwiających
postępowanie. Oto one:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Przed rozpoczęciem wynotuj sobie starannie i w pewnym porządku wszystkie dane. Zastanów się, czy
jakieś dane – nie podane w tekście explicite – z wartościami liczbowymi – nie wynikają jednak implicite z
opisu słownego, np. wartości CP i CV dla gazów doskonałych. Nie zakładaj jednak niczego, co jasno nie
wynika z treści zadania. Może też występować nadmiar danych. Zastanów się, które są ważne i potrzebne.
Pamiętaj, że w życiu bywa trudniej – sam musisz sobie orzec, jakich danych potrzebujesz do rozwiązania
zagadnienia, oraz skąd je wziąć.
Wyraźnie powiedz sobie jakich wielkości szukasz.
Znajdź lub przypomnij sobie związki między wielkościami danymi a szukanymi (niewiadomymi). Wypisz
je sobie. Pamiętaj, że nie zawsze będzie tak, że we wzorach, jakimi dysponujesz na początku niewiadoma
znajduje się po lewej stronie, a wiadome – po prawej. Generalnie kieruj się podstawową zasadą algebry, że
potrzebujesz tyle niezależnych równań, ile masz niewiadomych. Na tym etapie dobrze jest wyobrazić sobie
opisany w zadaniu proces.
Rozwiąż problem symbolicznie (odpowiednio przekształcając równania i eliminując niewiadome). Jeżeli są
zbyt zawikłane, lub nie lubisz takiego sposobu, podziel sobie problem na etapy. Jeżeli są możliwe dwa (lub
więcej) sposoby rozwiązania, to – jeśli czas pozwala – wykonaj też sprawdzenie innym sposobem.
Sprawdź, czy wszystkie dane są w zgodnych jednostkach (zgodnych, nie oznacza tylko, że zgodnych z SI,
nie powinieneś np. dodawać hPa do kPa, czy dm3 do m3) oraz odpowiadających wymaganiom wzorów. Po
obliczeniu wartości liczbowych podstaw do wzoru jednostki i poskracaj co się da. Jeżeli wzór był
wyprowadzony prawidłowo – jednostki wyniku powinny być zgodne z oczekiwanymi.
Obliczenia wykonuj najlepiej unikając zapisywania wyników pośrednich na papierze i wpisywania ich z
powrotem do kalkulatora (nawet jeśli rozbiłeś zadanie na etapy, kontynuuj z wartością pośrednią jak
pozostała w kalkulatorze). Jeśli już musisz zapisać wynik pośredni i wprowadzić go z powrotem, to czyń to
(wprowadzanie) z możliwie największą ilością cyfr znaczących. Nie wolno zapisywać wartości logarytmów
czy odwrotności z dwiema, czy nawet jedną (zdarza się!) cyframi znaczącymi! Jednak wartości wyników
podawanych jako rozwiązania powinny być zapisywane z sensowną liczbą cyfr znaczących (studiowałeś te
zagadnienia także na innych przedmiotach).
Przyjrzyj się otrzymanym wynikom. Czy mają one sens, także fizykochemiczny? Nie przepisuj bezmyślnie
z kalkulatora. Mogłeś się przecież pomylić przy wpisywaniu do niego danych. Nie może wyjść ułamek
molowy (czy jakikolwiek inny) mniejszy od zera lub większy od jedności – z definicji! Nie może być tak,
że po wlaniu do wody roztopionego ołowiu – woda ta zamarznie! Nie może masa molowa polimeru –
nawet bardzo wielkocząsteczkowego – wynosić tyle ile waży Ziemia razem z Księżycem!
Nie twierdzę, że rozwiązywanie zadań jest proste. Ale stosowanie w/w reguł zapewnia niemal pewny sukces.
Aby stosować je skutecznie, potrzebny jest po prostu trening. Trzeba po prostu rozwiązać odpowiednio dużo
zadań.
Życzę powodzenia i do zobaczenia na ćwiczeniach.
Wojciech Chrzanowski