Kantonsschule am Burggraben

Abstract Die Erklärung der Acidität eines Moleküls HA durch die Polarität einer Element‐Wasserstoff‐Bindung („Polaritätskonzept“) ist nicht tragfähig. Die Analyse der Protolyse verschiedener Säuren HA mit der Base H2O in einem thermodynamischen Kreisprozess zeigt drei wesentliche Beiträge, die für Aciditätsunterschiede verantwortlich sind: Die freie Standardbindungsenthalpie, ΔBG0(H−A), die freie Standardhydratationsenthalpie der korrespondierenden Base A−, ΔhydG(A−), und die Ionisierungsenergie von A−, IE(A−). In vielen Fällen steigt der Betrag von ΔBG0(H−A), d.h. die Bindungsstärke der Element‐Wasserstoff‐Bindung, mit deren Polarität. Das steht dem Polaritätskonzept entgegen. Je größer hingegen IE(A−), desto stabiler ist A− und umso acider ist HA. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass IE(A−) mit der Möglichkeit zur Delokalisierung der negativen Ladung zunimmt. Eine Analyse der Orbitale von CH3−, NH2−, OH− und F− zeigt, dass die Delokalisierung der Valenzelektronen und damit auch der negativen Ladung in dieser Reihe zunimmt. Dieser Effekt, und nicht die Polarität der H−A‐Bindung, bedingt den Anstieg der Acidität in der Reihe CH4−NH3−H2O−HF. Die Delokalisierung der negativen Ladung lässt sich mit dem Kugelwolkenmodell im Chemieunterricht der Sekundarstufe 1 anschaulich darstellen. Daher wird ein „Delokalisierungskonzept“ statt des „Polaritätskonzepts“ zur Vorhersage und zur Erklärung unterschiedlicher Aciditäten vorgeschlagen.

Abstract Die im Chemieunterricht übliche Erklärung der positiven Fehling‐Probe auf reduzierende Zucker – Oxidation der Aldehyd‐ zur Carboxylgruppe – widerspricht der Beobachtung, dass Fructose dabei schneller reagiert als Glucose und Mannose. Primäres Oxidationsprodukt der Reaktion einer Kupfer(II)salz‐Lösung mit Glucose ist nicht die entsprechende Gluconsäure bzw. das Gluconat, sondern Glucoson (2‐Ketoglucose). Sie wird unter den Reaktionsbedingungen durch C−C Bindungsspaltung weiter oxidiert. Diese Tatsache ist seit fast 90 Jahren bekannt, hat sich aber in der Lehr‐ und Schulbuchliteratur nicht durchgesetzt. Für den Chemieunterricht bietet sich hier eine Chance, Erkenntnisgewinnung durch die Falsifizierung einer Hypothese zu vermitteln. Ferner wird erläutert, dass die Bildung von Glucoson aus Glucose nachvollziehbarer zu vermitteln ist als die Bildung von Gluconsäure. Es gibt somit keinen Grund, im Unterricht von der Oxidation der Aldehydgruppe als Ursache der reduzierenden Wirkung von Zuckern auszugehen.