19  Kalorimetrie

19.1  Lernziel

Die Kalorimetrie dient zur Beobachtung von Wärmemengen, die bei physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen auftreten. Zum Beispiel spezifische Wärmekapazität, Umwandlungswärme bei Phasenübergängen, Reaktionswärme bei chemischen Reaktionen, etc. Aufgrund der gemessenen Größen sind dann Rückschlüsse auf das vorliegende thermodynamische System möglich. Ziel dieses Versuches ist es, die Meßmethoden, die in der Kalorimetrie verwendet werden, kennenzulernen. Insbesondere soll anhand der beobachteten Größen ein Verständnis für die Thermodynamik von Phasenumwandlungen in Einkomponenten- und Mischsystemen erreicht werden.

19.2  Lerninhalte

1. Prinzipielle Wirkungsweise eines Kalorimeters
2. Funktion und Eigenschaften des im Versuch verwendeten ”Differenz-Temperatur-Scanning-Kalorimeter (DTSC)”
3. Thermodynamik von Phasenumwandlungen (1. und 2.Art und von Mischsystemen)
4. Phasendiagramme binärer Systeme

19.3  Aufgaben

1. Bestimmung der apparativen Parameter des verwendeten Kalorimeters (DTSC)
   • Eichung der Skala für Temperatur und Wärmemengen
   • Untersuchung des Einflusses der Heizgeschwindigkeit
2. Bestimmung von Umwandlungstemperatur und Umwandlungswärme einer Substanz
3. Bestimmung des Phasendiagramms eines Zweikomponentensystems.
   (Aus Zeitgründen dürfen Sie sich auf 6 Konzentrationen beschränken).
4. Bestimmung einer unbekannten Mischung dieses Systems mit Hilfe des in 3. gemessenen Phasendiagramms.

19.4  Literatur

19.4.1  Apparatives

Hemminger/Höhne

Grundlagen der Kalorimetrie Verlag Chemie, Weinheim (1980)

R.C.Mackenzie

Differemtial Thermal Analysis, Bd.1+2 Academic Press, London und New York

D.Schultze

Differentialthermoanalyse Verlag Chemie (1969)

19.4.2  Thermodynamik/Phasendiagramme

R.Haase

Grundzüge der Physikalischen Chemie Bd.I ”Thermodynamik” Steinkopff Darmstadt (1972)

Möbius

Chem.Thermodynamik Verlag Chemie (1973)

H.A.J.Oonk

Phase Theory Verlag Elsevier, Amsterdam,Oxford, New York (1981)

Alper

Phase Diagrams: Material Science and Technology Vol.6-1 Academic Press, New York,London (1970)

W.Kleber,P.Paufler,B.Predel

Physikalisch-chemische Kristallographie, Phasendiagramme Vieweg (1981)Heterogene Gleichgewichte, Grundlagen und Anwendungen Steinkopff Darmstadt (1982)

19.5  Hinweise

Die Apparatur wird vom zuständigen Assistenten in Betrieb genommen! Vor Beginn des Versuches informieren Sie sich über den Aufbau der Apparatur anhand der Betriebsanleitung. In Abweichung zu dieser Betriebsanleitung stellen Sie die thermische Symmetrie der Meßkopfanordnung nicht durch Verstellen der dafür vorgesehenen Justierschrauben ein, sondern durch Zugabe von Inertsubstanz (Al₂O₃) in den entsprechenden Tiegel. Der Meßkopf der Apparatur ist gegen mechanische Einwirkungen überaus empfindlich (und außerdem sehr teuer!). Bitte behandeln Sie ihn deshalb mit größter Sorgfalt.

Fahrlässige Zerstörung hat Bezahlung durch den Schuldigen zur Folge!!!

Die Messungen brauchen viel Zeit. Wenn das Temperaturprogramm läuft, dann haben Sie Zeit um den nächsten Versuch vorzubereiten. Die Planung der Durchführung sollte am Morgen bereits durchdacht vorliegen, Sie schaffen das Programm sonst nicht.