Kovalente Bindungen sind EM (Elektrostatik/Elektronegativität) oder nicht?

Kovalente Bindungen sind eindeutig auf die elektromagnetische Wechselwirkung zurückzuführen. Die elektrostatische Wechselwirkung ist nur eine Annäherung, bei der die Dynamik des (quanten-)elektromagnetischen Feldes vernachlässigt wird, und manchmal ist diese Annäherung gut genug. Um die statischen oder quasi-statischen Eigenschaften kovalenter Bindungen zu untersuchen, reicht es normalerweise aus.

Im einfachsten Modell können wir jeden Kern als stabile elementare Quantenteilchen behandeln, die Elektronen als Quantenfermionen behandeln und nur die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen all diesen Teilchen berücksichtigen. Schematisch sieht der Hamiltonoperator für das Quantensystem aus

$$H\sim \sum_j\frac{\nabla_j^2}{2m_j} + \sum_{j\neq k}\frac{q_j q_k}{|x_j-x_k|} \tag{1}$$ wobei die Indizes verschiedene Arten von Kernen oder verschiedene Elektronen bezeichnen und der letzte Term (schematisch) die Coulomb-Wechselwirkung darstellt. Die Wellenfunktion muss bezüglich Permutationen der Elektronenkoordinaten vollständig antisymmetrisch sein (Pauli-Ausschlussprinzip).

Dieses Modell, das magnetische Effekte und Strahlung vernachlässigt, ist oft eine gute Näherung, um die statischen (nicht dynamischen) Eigenschaften von Atomen und Molekülen zu berechnen. Sie erfasst keine chemischen Reaktionen, bei denen die Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu absorbieren, wesentlich ist. Für diese Effekte ist eine Quantenbehandlung des dynamischen elektromagnetischen Feldes unerlässlich. Das Modell kann auch einige subtile statische Effekte nicht erfassen, für die Magnetismus/Spin unerlässlich sind.

Dies stimmt mit allen zitierten Kommentaren überein, wenn man die verschiedenen spezifischen Dinge berücksichtigt, die diese Kommentare zu betonen versuchten. Zum Beispiel soll der Kommentar "erzeugt keine elektrische Wechselwirkung" nicht sagen, dass die Bindung nichts mit EM zu tun hat; Es soll nur sagen, dass kovalente Bindungen nicht auf einer ungleichen Ladungsverteilung zwischen den Atomen beruhen (z. B. zwischen den beiden Stickstoffatomen in einem Stickstoffmolekül). Die ganze Idee von "Atomen" ist im Fall von kovalent gebundenen Molekülen etwas mehrdeutig, weil die Kerne Elektronen miteinander teilen.

Zu den konkreten Fragen:

1. Werden kovalente Bindungen als EM-Wechselwirkungen oder elektrostatische Wechselwirkungen oder als Effekt der Elektronegativität klassifiziert?

Elektrostatische Wechselwirkungen sind nur EM-Wechselwirkungen, bei denen der magnetische Beitrag vernachlässigt wird. Wie oben erwähnt, ist für die Zwecke der Berechnung statischer (nicht dynamischer) Eigenschaften von Atomen und Molekülen die elektrostatische Näherung oft gut genug. "Elektronegativität" ist nur ein Name, der eine bestimmte elektrostatische Eigenschaft beschreibt.

2. Oder sind sie nur ein QM-Phänomen, das wir nicht in Bezug auf die Elektromagnetik einordnen (und erklären) können?

Ich bin mir nicht sicher, was hier gefragt wird, aber vielleicht hilft dies: In Situationen, in denen die Dynamik des elektromagnetischen Felds wichtig ist (z. B. Situationen mit Emission / Absorption von Strahlung), muss es als Quantenfeld behandelt werden in damit das Modell selbstkonsistent ist. Für einige Zwecke, wie zum Beispiel die Berechnung der statischen Eigenschaften von kovalenten Bindungen, ist die elektrostatische Näherung oft ausreichend, wie in dem durch (1) dargestellten Modell. In diesem Modell sind die einzigen dynamischen Einheiten die Elektronen und Kerne, sodass wir sagen können, dass die kovalente Bindung ein elektrostatischer Effekt ist. Allerdings, obwohl die Coulomb-Wechselwirkung in diesem Modelldurch kein dynamisches Feld vermittelt wird, kann dieses Modell von der QED abgeleitet werden, in der die Coulomb-Wechselwirkung als Effekt des quantenelektromagnetischen Feldes entsteht.