Quantenmechanik im Chemieunterricht. Das lineare und das zyklische Kastenmodell angewandt auf Farbstoffe und Aromaten.

Autor/in	Kraska, Thomas
Titel	Quantenmechanik im Chemieunterricht. Das lineare und das zyklische Kastenmodell angewandt auf Farbstoffe und Aromaten. Paralleltitel: Quantum mechanics in chemistry class: the linear and the cyclic particle in a box model applied to dyes and aromats.
Quelle	In: Chemie konkret, 26 (2019) 6, S. 250-260Infoseite zur Zeitschrift PDF als Volltext Link als defekt meldenVerfügbarkeit
Sprache	deutsch
Dokumenttyp	online; gedruckt; Zeitschriftenaufsatz
ISSN	0944-5846; 1521-3730
DOI	10.1002/ckon.201700500
Schlagwörter	Chemieunterricht; Farbe; Aroma; Aroma; Chemieunterricht; Farbe
Abstract	Aus der heutigen Realität der Chemie ist die Quantenmechanik nicht mehr wegzudenken. Quantenmechanische Programmpakete ermöglichen Berechnungen in vielen Bereichen der Chemie sowie in den Material- und Ingenieurwissenschaften. Zweifellos ist die Quantenmechanik Teil der universitären Ausbildung, nichtsdestotrotz ist es möglich, ihre Grundzüge im Chemieunterricht der Sekundarstufe II zu behandeln. Dabei können die Prinzipien anhand von Systemen veranschaulicht werden, die bereits Teil der Curricula im Fach Chemie sind. Das hier besprochene, allgemein bekannte lineare Kastenmodell wird mit anderem Fokus, aber in ähnlicher, Tiefe standardmäßig im Physikunterricht der Sekundarstufe II behandelt. Es überfordert Schülerinnen und Schüler also grundsätzlich nicht. Dieses Modell erlaubt es die Prinzipien der Quantenmechanik einfach darzustellen und ist näherungsweise anwendbar auf lineare und zyklische konjugierte p-Systeme. Die Näherung beinhaltet, dass im Kasten die potenzielle Energie null ist, während die potenzielle Energie der Atome tatsächlich durch ein periodisches Coulomb-Potenzial gegeben ist. Die hier benutzte Näherung bezieht sich also auf die Anwendung der exakten quantenmechanischen Lösung für das einfache Kastenmodell auf kompliziertere Moleküle. Unterschiede in der Elektronenverteilung, die sich zwischen dem Kastenmodell und dem periodischen Coulomb-Potenzial ergeben, werden diskutiert. Today quantum mechanics plays a significant role in chemistry. Program packages are available that allow quantum mechanical calculations in many areas of chemistry as well as material and engineering science. Doubtless quantum mechanics is part of university education, nevertheless, it is possible to teach the main features in the final year of high school chemistry. Here, one can merely focus on the principles related to topics which are already part of the curricula. The model of a particle in a one dimensional box discussed here is taught in German high school physics with a different focus but on a similar level and hence pupils are in principle not overtaxed by this topic. This model relatively simply allows to present the basic features of quantum mechanics and it is approximately applicable to linear and cyclic p electron systems. The major approximation is that the potential energy in the box is zero while the potential energy of the atoms in actually given by a periodic Coulomb potential. The approximation employed here aims on the application of the simple model, that itself is solved exactly, to more complex molecules. Deviations in the electron distribution between the box potential and the periodic Coulomb potential are discussed.
Erfasst von	IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel
Update	2020/1