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40 •˜ 11 Die Anschauungen uber die chemische Bindung 3 11 Die Anschauungen uber die chemische Bindung 41
In der Sprache der Wellenmechanik bedeutet das Pauliverbot
eine neue Einschrankung der mathematisch moglichen Losungen
der Wellengleichungen auf solche, die physikalisch durch das geschilderte
Uberein~timmun~sverbot der vier Quantenzahlen als
realisierbar zugelassen werden. In den folgenden Kapiteln werden
wir sehen, wie dieser Grundsatz uns uberall begleitet, so T. B. bei
der Molekulbildung, in der Elektronentheorie der Metalle, die auf
das Elektronengasmodell bei organischen Molekulen angewandt,
zur Berechnung der Energieterme der normalen und angeregten
Zustande fuhrt. Aus diesen werden dann die Absorptionsspektren,
d. h. die Farbe organischer Molekule vorausgesagt.
•˜ 11 Die dnschauungen uber die chemische Bindung
bis zu den Anfangen der Quantenmechanik
Die Frage nach der Natur der chemischen Bindung ist ebenso
alt wie die chemische Forschung selbst. Im Altertum und Mittelalter
suchte man auf Grund philosophischer Maximen zum Wesen
der chemischen Krafte vorzudringen. HERAKLITS (535-475 V. C.)
Ausspruch geschieht aus einer Gegensatzlichkeit heraus"
bestimmte die Anschauungen uber die Ursachen der chemischen
Affinitat, namlich der Erscheinung, das gewisse Stoffe zu einander
getrieben werden, wogegen andere sich vollig indifferent verhalten.
In der modernen Forschung erhielt dieser Gedanke eine konkrete
physikalische Passung erst durch BERZELIUS (1812), welcher die
erste Theorie der chemischen Bindung aufstellte, wenige Jahre
nachdem DALTON (1808) der antiken Atomtheorie durch das Gesetz
der einfachen und multiplen Proportionen eine experimentelle
Stutze gegeben hatte.
Die Berzeliussche Theorie der chemischen Bindung liese sich
in dem Satz zusammenfassen, das zwei Elemente sich dann verbinden,
wenn sie eine entgegengesetzte elektrische Ladung tragen.
Die These von BERZELIUS hat einige Jahrzehnte das Feld der chemischen
Forschung beherrscht. Sie konnte die damals bekannten
Tatsachen gut beschreiben, weil die bis dahin untersuchten Stoffe
meist anorganische Verbindungen waren. Diese kommen, wie wir
heute wissen, durch elektrostatische Anziehung von Ionen zustande.
Mit der Entwicklung und dem weiteren Ausbau der organischen
Chemie erwies sich aber die Berzeliussche Theorie als unhaltbar.
Man hat beispielsweise im CH4 die H-Atome, die gegenuber dem
Kohlenstoff fur positiv geladen erklart wurden, sukzessive durch
die negativen Cl-Atome ersetzen konnen, wobei man ebenfalls
stabile Verbindungen erhielt. Noch groser war die Verlegenheit,
als man erkannte, das Molekule wie H,, O,, N, usw. aus zwei gleichartigen
Atomen, die keinerlei Polaritat aufweisen, aufgebaut sind.
Man brachte diese Tatsache durch den Namen
Bindung" zum Ausdruck, jedoch die Erklarungsschwierigkeiten fur
diese Korperklasse begleiteten den Chemiker bis in das Jahr 1927.
HEITLER und LONDON haben diese Frage durch Anwendung wellenmechanischer
Vorstellungen prinzipiell losen konnen (vgl. •˜ 9).
In der Zeit des Beginnes der Strukturlehre hat man die chemische
Bindung durch zwei ineinander greifende Haken, welche
die Atome vereinigen, dargestellt und diese Haken spater durch
einen einfachen bis heute noch gebrauchlichen Strich ersetzt. In
der Zeitspanne von 1830 bis 1850 wurde die Reaktionsweise organischer
Verbindungen durch die Radikaltheorie von LIEBIG und
WOHLER und durch die Substitutionstheorie von KOLBE beschrieben.
Bald lernte man nach physikalisch-chemischen Methoden
Atom- und Molekulargewichte bestimmen, was wesentlich
zur Festigung des WertigkeitsbegrXes beitrug. Nachdem VAN'T
HOFF und LE BEL (1879) fur das C-Atom den die chemische Bindung
darstellenden Strichen eine feste Richtung im Raume, namlich
nach den Ecken eines regularen Tetraeders, gegeben haben, war
es moglich, die Zahl der Isomeren und Stereoisomeren vorauszusagen.
Damit war eine Hypothese von groser Fruchtbarkeit aufgestellt,
die eine sturmische Entwicklung in der organischen
Chemie ausloste. Die Konstitution einer grosen Zahl von Verbindungen
wurde aufgeklart, und eine ebenso grose Zahl neuer
organischer Molekule wurde synthetisiert. Man hatte wenig Zeit,
uber das Wesen der chemischen Bindung nachzudenken, da man
mit den praktischen Valenzstrichen gut auskam und erfolgreich
war.
Vom physikalischen Standpunkt aus aber war die Darstellung
der Valenz durch Striche hochst unbefriedigend, und sehr bald
sollte sich die Unzulanglichkeit dieser Bildersprache zeigen. Einige
Beispiele sollen die Schwierigkeiten zeigen, die der exakten