Bernhard Sieve

Drum prüfe, wer sich ewig bindet ...

Bindungstypen, Salzkristall
In nahezu allen salzartigen Verbindungen kommen neben ionischen auch kovalente Bindungsarten vor. Ist die klassische Einteilung der Bindungsarten also noch zeitgemäß?, © Christian Herdt

Bernhard Sieve

Bindungen und Wechselwirkungen fachlich und didaktisch betrachtet

Bindungen und Wechselwirkungen sind ein zentrales Thema im Chemieunterricht. Aus fachlicher Sicht erhalten Lernende durch solide Kenntnisse und tragfähige Vorstellungen zu diesem Thema einen tieferen Blick über das, was „die Welt im Innersten zusammenhält. Die klassische „Bindungslehre führt dabei auch zur Ausschärfung des Basiskonzepts Energie; beides gemeinsam sind fachliche Voraussetzungen für das Struktur-Eigenschafts-Denken und die mechanistische Betrachtung von Reaktionen (vgl. [1]). Fachlich und fachdidaktisch gibt es bei der Vermittlung des Themenbereichs Bindungen und Wechselwirkungen zahlreiche inhaltliche und didaktische Hürden. So vermittelt der klassische Chemieunterricht häufig, „dass es eine klare Trennlinie gibt zwischen der ionischen Bindung in salzartigen Stoffen und der auf gemeinsamen Elektronenpaaren beruhenden kovalenten Bindung in Feststoffen wie Diamant sowie in Molekülverbindungen. Tatsächlich sind nur wenige Verbindungen rein ionisch oder auch rein kovalenter bzw. rein metallischer Natur [2, S.74]. Ist die klassische Einteilung der Bindungsarten angesichts der Kenntnisse aus dem Bereich der Quantenmechanik (s.u.) daher noch zeitgemäß? Machen wir unseren Schülerinnen und Schülern nicht etwas vor, wenn wir Stoffe nach ihren Bindungen in salzartige Verbindungen und Molekülverbindungen einteilen, wo doch nahezu jede salzartige Verbindung kovalente Bindungsanteile hat? Wäre es für den Chemieunterricht nicht auch sinnvoll, Bindungen und Wechselwirkungen als Kontinuum anzusehen, wie die Quantenmechanik es tut? Nachfolgend wird der Versuch unternommen, diese Fragen fachlich und fachdidaktisch zu klären und Leitlinien für die Entwicklung eines tragfähigen Bindungs- und Wechselwirkungskonzepts zu formulieren.
Fachliche Aspekte
Bindungstheorien im Wechsel
Spricht man über das, was Stoffbausteine wie Atome und Ionen untereinander zusammenhält bzw. was die Wechselwirkungen zwischen Molekülen oder zwischen Ionen und Molekülen bewirkt, muss man sich im Klaren sein, dass man sich stets im Bereich von Modellierungen und Theorien, also in einer reinen „Modellwelt befindet. Von dieser Modellwelt aus werden experimentelle Befunde erklärt und in einem zweiten Schritt Eigenschaften und Reaktionsverhalten von Stoffen aus dem Modell heraus vorhergesagt. So sind die Theorien zur chemischen Bindung bis heute einer steten Modifikation unterworfen und es kommen sogar gänzlich neue Betrachtungsweisen hinzu. Wesentliche Meilensteine der Theoriebildung waren Arrhenius mit seiner damals zunächst nicht akzeptierten Theorie der elektrolytischen Dissoziation von Salzen in Ionen (1884). Eine erste Theorie der Ionenbildung und damit auch der Ionenbindung basiert auf Kossel (1915), der die Ionenbildung als Folge eines „Übertritts von Elektronen beschrieb und die Ionenbindung auf elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den ungleich geladenen Ionen zurückführte.
Im gleichen Jahr stellte Lewis seine ebenfalls anfangs kritisierte Valenztheorie auf, nach der zwei Atome über ein gemeinsames Elektronenpaar verbunden sind. Der gemeinsame Kern beider Theorien bildete die beobachtete Stabilität der Elektronenkonfiguration der Edelgas-Atome. 1919 wurde von Langmuir der Begriff „Oktett geprägt und die Oktettregel zur Vorhersage von chemischen Formeln abgeleitet [3, 4]. Etwa seit dieser Zeit besteht auch die Einteilung nach Ionenbindung als Theorie für den Aufbau und die Eigenschaften salzartiger Stoffe (Ionenverbindungen) und der Elektronenpaarbindung (kovalente Bindung) als Theorie für molekular aufgebaute Stoffe (Molekülverbindungen). Zusätzlich wurde das Elektronengasmodell für die Metallbindung als dritte Art von chemischer Bindung konstatiert. Die Entwicklung der Quantenmechanik und dem damit verbundenen wellenmechanischen Bild von Atomen durch de Broglie, Planck, Schrödinger und viele weitere führte zu einer gänzlich...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 169 / 2019

Bindungen und Wechselwirkungen

Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Methode & Didaktik Schuljahr 5-12