Wellenmechanische Grundlagen für die Quantenchemie in der Oberstufe.

Autor/in	Kraska, Thomas
Titel	Wellenmechanische Grundlagen für die Quantenchemie in der Oberstufe. Paralleltitel: Wave mechanics fundaments for quantum chemistry in secondary education.
Quelle	In: Chemie konkret, 30 (2023) 3, S. 109-116Infoseite zur Zeitschrift PDF als Volltext Link als defekt meldenVerfügbarkeit
Sprache	deutsch
Dokumenttyp	online; gedruckt; Zeitschriftenaufsatz
ISSN	0944-5846; 1521-3730
DOI	10.1002/ckon.202100037
Schlagwörter	Sekundarbereich; Chemieunterricht; Chemische Bindung; Atommodell; Welle (Phys)
Abstract	Während die Quantenchemie seit rund einhundert Jahren in der Fachwissenschaft das Standardmodell der chemischen Bindung darstellt, ist sie bislang nur eingeschränkt im Chemieunterricht angekommen. Insbesondere die Einführung der Welleneigenschaften der Materie wird oft vernachlässigt. Die Komplexität des Themas macht es erforderlich, die Grundlagen exemplarisch zu behandeln. Einfache Modelle mit unendlich hohen Potentialwänden und verschwindendem Potential im inneren können als Anregungen dienen, die es Lehrkräften ermöglichen sollen, dieses Gebiet zu unterrichten. Die mathematische Modellierung basiert hier im Wesentlichen auf der Sinusfunktion und ist somit grundsätzlich für die Schule geeignet. Grundlage der Bindungsbildung ist die Interferenz, die stattfindet, wenn elektronische Wellen bei Annäherung von Atomen aufeinandertreffen. Die Interferenz hat eine Umverteilung der Ladung zur Folge. Sofern diese Umverteilung mehr Raum einnimmt, führt dies in Folge zu einer Absenkung der kinetischen Energie. Daneben führt die Ladungsumverteilung zu Veränderungen in der potentiellen Energie. Dies ist Grundlage für eine Reihe von Regeln und Effekten, die in der Schulchemie häufig ohne Zusammenhang eingeführt werden. Auch wenn das Thema vornehmlich in der Oberstufe verortet ist, können jedoch bereits in der Mittelstufe die Welleneigenschaften gleichwertig zu den Teilcheneigenschaften phänomenologisch eingeführt werden. While quantum chemistry is the standard model for treating a chemical bond in chemical science for about one hundred years, its application in secondary education is still limited. Especially the introduction of wave properties of matter is often neglected. The complexity of this topic makes it necessary to treat it exemplary. Simple models with infinitely high potential walls and vanishing potential energy inside can serve as suggestion for teachers to teach the subject. The mathematical modeling is restricted to the sinus function and therefore suitable for the upper secondary level. The foundation of bond formation is the interference of electronic wave functions taking place when waves come close as atoms approach. Interference then leads to a redistribution of the charge. In case, this redistribution takes up more space than available before, the kinetic energy decreases. In addition, the redistribution of the charge leads to changes in the potential energy. This is the background for a series of rules and effects in high school chemistry that are often introduced without relation to each other. Even though the topic is rather located in upper secondary education, in middle secondary education the wave property of matter can be introduced phenomenologically equivalent to particle properties in a preparatory manner.
Erfasst von	IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel
Update	2024/1