Physikalische, chemische und kristallographische Modelle

Der deutsche Physiker Ludwig Boltzmann erwähnt in seinen „Populäre[n] Schriften“ von 1905 die Verwendung von Modellen aus Pappmaché und Gips zur Darstellung nicht sichtbarer physikalischer und mathematischer Phänomene. Ebenfalls als Anschauungsmaterialien nutzten die britischen Physiker James Clerk Maxwell (1831-1879) und William Thomson Kelvin (1824-1907) mechanische Modelle in der Lehre. Und der französische Physiker Pierre Maurice Marie Duhem (1861-1916) beschäftigte sich auf theoretischer Ebene mit Gebilden aus Gummibändern, befand sie aber letztlich als für die Vermittlung von Wissen untauglich.

Modelle zur Demonstration physikalischer Sachverhalte bilden eine Randgruppe in der großen Menge materieller Lehr- und Forschungsmittel. Da sie – mit wenigen Ausnahmen – nur sehr punktuell in spezifischen Kontexten genutzt wurden, finden sie sich heute eher selten in Universitätssammlungen. Bei vielen dieser Objekte ist der Übergang zum Experimentalapparat fließend, der definitorische Unterschied zwischen einer Prozessdarstellung im Modell und einer Prozessanordnung als Apparatur gering.

Häufiger finden sich chemische Strukturmodelle und kristallographische Formmodelle in den Sammlungen. Die Darstellung chemischer Strukturen im Modell ermöglicht das Aufzeigen von Lagebeziehungen und Bindungen von Atomen und Molekülen im Raum. Größenverhältnisse oder gar Kräftedarstellungen bleiben dabei in der Regel unberücksichtigt.

Die räumliche Konstante aus Flächen, Winkeln und Achsen ist vor allem für die kristallographischen Modelle von Bedeutung. Dabei werden Kristallformen in geometrischen Körpern und deren endlosen Kombinationen sowie Mineralien in ihrer regelhaften Erscheinungsform dargestellt. Damit wird die Gruppe der kristallographischen Modelle zur beispiel- und variantenreichsten Modellart überhaupt. Gut 10.000 verschiedene Modelle sind bekannt.

Die Kristallkunde reicht bis ins 17. Jahrhundert zurück. Zumindest bis in das 18. Jahrhundert lässt sich auch der Bau von Modellen in diesem Wissensgebiet nachweisen. Die Bergakademie Freiberg verwahrt Modelle verschiedenster Epochen, Macharten und Materialien in ihren Sammlungen. Die meisten heute an den Universitäten noch vorhandenen Objekte dieses Typs sind aus Holz bzw. Pappe gefertigt. Sie wurden entweder im Eigenbau oder von der Firma Krantz aus Bonn angefertigt. Gemeinsam mit einigen Wissenschaftlern brachte Friedrich Krantz, der Neffe des Firmengründers August Krantz, im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts Holzmodelle und etwas später Pappmodelle auf den Markt. Das Sortiment wurde im 20. Jahrhundert um Objekte aus Glas und anderen Materialien erweitert. In ihrer weiten Verbreitung gehören die Modelle der Firma Krantz zur Grundausstattung einer Vielzahl an mineralogischen und kristallographischen Sammlungen. Im Gegensatz zu den Strukturmodellen der Chemie werden sie heute noch in der Lehre verwendet. Am Physikalischen Institut der Humboldt-Universität zu Berlin beispielsweise kommen solche und andere Kristallmodelle aufgrund ihrer haptischen Qualitäten und dem damit verbundenen Erkenntniswert im Zuge von Lehrveranstaltungen regelmäßig zum Einsatz.