Modelle im Chemieunterricht
Modelle dienen zur Vereinfachung der komplexen Realität. Die Wahrnehmungswirklichkeit wird durch eine individuelle Vorstellungswirklichkeit überdeckt, in der die Erschließung und das Verständnis der Realität und von Theorien mit Modellen stattfinden. Das Modell ist Vermittler zwischen Subjekt und Objekt, wenn man unmittelbare Erkenntnisse vom Objekt nicht erhalten kann. Das Modell ist dabei ideeller oder materieller Repräsentant eines Objekts oder Systems bezüglich bestimmter Eigenschaften. Über diese Ähnlichkeitsbeziehungen lassen sich Aussagen und Schlussfolgerungen über das reale Objekt bzw. System machen.
Modelle sollten über folgende Hauptmerkmale verfügen:
In der Chemie werden ausgehend von makroskopischen oder mikroskopischen Beobachtungen und Versuchsergebnissen Modelle erdacht und benutzt, mit denen auf Eigenschaften, Verhalten von Atomen, Ionen, Molekülen und Stoffen geschlossen werden kann. Alle Aussagen über den submikroskopischen Bereich haben Modellcharakter, da dieser Bereich dem Betrachter oftmals nicht unmittelbar zugänglich ist.
Man unterscheidet dabei zwischen folgenden Arten:
Die Vorstellung über eine chemische Bindung ist ein ideelles Modell, das z.B. durch die Elektronenformel (Lewis-Formel) oder ein Kugel-Stab-Modell veranschaulicht werden kann. Die Vorstellung einer Ionenbindung kann durch ein Gittermodell, die Vorstellung über die räumliche Anordnung von Atomen in einem Molekül kann durch ein Kalottenmodell oder ein Orbitalmodell veranschaulicht werden. Metallgitter lassen sich mit Kugelpackungen darstellen.
An Modelle müssen folgende Forderungen gestellt werden:
Ein großer Bereich im Chemieunterricht nehmen Modelle vom Aufbau der Materie (Teilchenmodelle) und Modellvorstellungen von der chemischen Bindung ein. Die zunächst entwickelten Denkmodelle sollten im Unterricht stets durch geeignete materielle Modelle (z.B. Gittermodelle, Kalottenmodelle) veranschaulicht werden.
Modellvorstellungen vom Aufbau der Materie |
Modellvorstellung von der chemischen Bindung |
| einfaches Teilchenmodell Atommodell im Sinne von Dalton (1808) |
Kräfte zwischen den Teilchen Kohäsion, Adhäsion |
| einfaches Ionenmodell Ionenmodell im Sinne von Thomson (1904) |
Ionenbindung im Salzkristall elektrostatische Kräfte |
| Elektronenmodell | metallische Bindung |
| Kern-Hülle-Modell im Sinne von Rutherford (1911) | |
| Schalenmodell im Sinne von Bohr-Sommerfeld (1913) | Oktettprinzip bei der Ionenbindung (Kossel) Oktettprinzip bei der Atombindung (Lewis) |
| Elektronenpaarabstoßungsmodell im Sinne von Gillespie-Nyholm | räumliche Darstellung von Molekülen Tetraedermodell Einfach-, Doppel-, Dreifachbindung polare Atombindung |
| Orbital-Modell | mesomere Systeme koordinative Bindung (Komplexverbindungen) |
Im Anfangsunterricht wird man mit einfachen Teilchenmodellen arbeiten. Im zweiten und dritten Jahr der Sekundarstufe I wird man zunächst ein einfaches Ionenmodell einführen, um dann über das Schalenmodell und dem Elektronenpaarabstoßungsmodell die chemische Bindung mit einer räumlichen Vorstellung behandeln zu können. Diese Modelle reichen auch für die Sekundarstufe II aus. Das Orbitalmodell ist nicht zwingend notwendig, da man mesomere Systeme auch mit einem einfachen Mesomeriemodell verstehen kann. Komplexverbindungen lassen sich mit ionischen- und Dipolwechselwirkungen zwischen Zentralion und Liganden erklären. Ein richtiges Verständnis des Orbitalmodells bedarf außerdem viel Zeit, die wegen Vorgaben (z.B. Zentralabitur) kaum vorhanden ist.
Reaktionsgleichungen, Reaktionstypen bzw. Reaktionsmechanismen
und kinetische Betrachtungen sind Modellvorstellungen der abgelaufenen
Reaktionen und werden mit Hilfe geeigneter Medien beschrieben.
Kinetische Betrachtungen können gut durch Simulationen mit Kugel-, Würfelspielen
oder Computersimulationen unterstützt werden.
Experimente haben stets Modellcharakter, zumal sie in der Regel die Realität vereinfachen. Zudem können sie als Funktionsmodell eingesetzt werden (z.B. Hochofen, fraktionierte Destillation, Batterien).
Literatur:
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