Výklad pravděpodobnosti výskytu elektronu na střední škole – Bc. Hana HONSEJKOVÁ

Anotace:

V této práci se věnuji tvorbě materiálů využitelných ve výuce na středních školách a jejich popisu. K výpočtům za účelem získání jednotlivých atomových a molekulových orbitalů byla použita Hartreeho-Fockova metoda s bází cc-pVDZ v programu Gaussian 16W. Kvantově mechanické výpočty pro získání elektronové hustoty v pevných látkách byly provedeny v softwaru VASP, který využívá metodu DFT s GGA funkcionálem PBE. Výsledné vizualizace orbitalů a elektronové hustoty byly následně vykresleny v programu VESTA a nahrány na web nano.osu.cz, kde jsou k dispozici ke stažení a využití ve výuce. V databázi jsou připravené následující materiály: valenční orbitaly atomů H, Li, B, C, N, Na, Al, Si, P, K, Sc, Ti, V, Cr, Mn, všechny obsazené orbitaly molekul CH4, C6H6, C2H6, C2H4, C2H2, H2, N2, O2, H2O, CO2, NH3, HCl, H2SO4, elektronová hustota ve vodiči (měď), včetně její demonstrace v elektrickém poli, ukázka kovalentní vazby v diamantu, křišťálu, uhlíkové nanotrubičce a fullerenu, iontové vazby v chloridu sodném a nekovalentní vazby v ledu. Vytváření sady materiálů předcházel rozsáhlý dotazníkový výzkum, v jehož rámci se podařilo získat přes 200 odpovědí z řad vyučujících fyziky a chemie na středních školách. Na základě výsledků tohoto výzkumu bylo přehodnoceno původní zaměření práce. Součástí práce je také podrobný návod a metodické pokyny pro zařazení materiálů do výuky. …víceméně

Abstract:

In this thesis, I focus on the creation of materials suitable for teaching at high schools and their description. To calculate the individual atomic and molecular orbitals, the Hartree-Fock method with the cc-pVDZ basis set in the Gaussian 16W program was used. Quantum mechanical calculations to obtain the electron density in solid substances were performed using the VASP software, which employs the DFT method with the GGA PBE functional. The resulting visualizations of orbitals and electron density were then visualized in the VESTA program and uploaded to the website nano.osu.cz, where they are available for download and use in education. The database contains the following materials: valence orbitals of atoms H, Li, B, C, N, Na, Al, Si, P, K, Sc, Ti, V , Cr, Mn, all occupied orbitals of molecules CH4, C6H6, C2H6, C2H4, C2H2, H2, N2, O2, H2O, CO2, NH3, HCl, H2SO4, electron density in a conductor (copper), including its demonstration in an electric field, examples of covalent bonds in diamond, crystal, carbon nanotube, and fullerene, ionic bonds in sodium chloride, and non-covalent bonds in ice. The creation of the set of materials was preceded by an extensive survey, which gathered over 200 responses from physics and chemistry teachers at high schools. Based on the results of this survey, the original focus of the thesis was reassessed. The thesis also includes a detailed guide and methodological instructions for integrating the materials into the teaching process. …víceméně