Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie Abitur
  3. 5 Grundzüge der physikalischen Chemie
  4. 5.1 Chemische Thermodynamik
  5. 5.1.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
  6. Kalorimetrische Messungen

Kalorimetrische Messungen

Unter dem Begriff „kalorimetrische Messungen“ fasst man solche physikalischen Messungen zusammen, bei denen man z. B. Wärmekapazitäten von Stoffen, den physiologischen Brennwert von Lebensmitteln oder chemische Reaktionsenthalpien quantitativ bestimmen kann. Dazu benutzt man verschiedene Arten von Kalorimetern, die sich im Messprinzip oder in der Konstruktion unterscheiden. Die während des Experiments freigesetzte bzw. verbrauchte Wärme wird aus der Temperaturänderung der Kalorimeterflüssigkeit berechnet.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Mithilfe kalorimetrischer Messungen lassen sich Wärmekapazitäten von Stoffen, Verbrennungswärmen oder der physiologische Brennwert von Nahrungsmitteln bestimmen. Verbrennungswärmen ermittelt man häufig in einfachen Bombenkalorimetern mit konstantem Volumen. Das Kalorimeter ist so aufgebaut, dass weder Energie noch Arbeit mit der Umgebung ausgetauscht werden können und stellt somit ein abgeschlossenes System dar (Bild 1).

Die zu untersuchende Substanz wird in die kalorimetrische Bombe gebracht und dort unter Sauerstoffatmosphäre verbrannt. Die Bombe steht in einem Kalorimetergefäß, das mit Wasser gefüllt ist. Die bei der Verbrennung frei werdende Wärme wird vom Wasserbad des Kalorimeters aufgenommen, wodurch sich die Temperatur des Wassers erhöht. Aus der gemessenen Temperaturänderung kann man die Verbrennungswärme nach der Grundgleichung der Wärmelehre berechnen.

Q V = C K   ·   Δ T n Q V –   Verbrennungswärme bei konstantem Volumen C K –   Wärmekapazität des Kalorimeters Δ T –   Temperaturänderung n   –   Stoffmenge der Probe

Dazu muss man vor der Messung die Wärmekapazität des Kalorimeters ermitteln. Diese erhält man, indem man z. B. eine bestimmte Menge kaltes Wasser in ein Kalorimeter füllt, eine definierte Menge warmes Wasser dazugibt und die Mischungstemperatur bestimmt. Aus der Energiebilanz lässt sich die Wärmekapazität des Kalorimeters folgendermaßen berechnen:

vom warmen Wasser     =     vom kalten Wasser       +     vom Kalorimeter abgegebene   aufgenommene   aufgenommene Wärme           Wärme     Wärme m w   ·   c W a s s e r   ·   ( T w   −   T M )     =     m k   ·   c W a s s e r   ·   ( T M   −   T k )       +       C K   ·   ( T M   −   T k )   Die Umstellung der Gleichung nach der Wärmekapazität C ergibt: C K = m w   ·   c W a s s e r   ·   ( T w   −   T M )   −   m k   ·   c W a s s e r   ·   ( T M   −   T k )   ( T M   −   T k ) m w , m k     −   Massen des warmen bzw . kalten Wassers T w , T k       −   Temperaturen des warmen bzw . kalten Wassers T M       −   Mischungstemperatur c W a s s e r     − Wärmekapazität des Wassers

Ein Nachteil des Bombenkalorimeters besteht darin, dass man die Wärme bei konstantem Volumen misst. Diese entspricht der Änderung der inneren Energie und nicht der Änderung der für thermodynamische Berechnungen interessanteren Enthalpie. Allerdings lässt sich die Verbrennungsenthalpie aus Q V nach folgender Näherungsgleichung berechnen:

Δ H   =   Q V   +   Σ ν ( i )   ·   R   ·   T R     –       universelle Gaskonstante T       –     Temperatur Σ ν ( i )     –       Summe der Stöchiometriezahlen       der gasförmigen Reaktionspartner

  • Kalorimeter

    Nasky - shutterstock

Auf die gleiche Weise lässt sich auch der physiologische Brennwert von Kohlenhydraten oder anderen Nährstoffen ermitteln. Die Verbrennungsenthalpie entspricht der bei der Zellatmung frei werdenden Energie. Der experimentell bestimmte Wert wird allerdings auf 1 g des analysierten Stoffes bezogen.

Beispiel (Glucose):

C 6 H 12 O 6   +   6 O 2   →   6 CO 2   +   6 H 2 O Δ H = - 2826 kJ/mol
1 mol Glucose wiegt 180 g

Brennwert = 2836 kJ : 180 g = 15,7 kJ/g

Die Enthalpie chemischer Reaktionen ist die Reaktionswärme bei konstantem Druck. Diese kann in speziellen Kalorimetern, z. B. in Flammenkalorimetern direkt bestimmt werden. Flammenkalorimeter sind so konstruiert, dass bei der Verbrennung der Druck konstant gehalten wird.

Mittels Kalorimetrie können trotzdem nicht alle Reaktionswärmen bestimmt werden. Die untersuchten Prozesse müssen schnell und vollständig verlaufen. Außerdem muss die Temperaturänderung des Wasserbades groß genug sein, da ansonsten das Ergebnis der Messung zu ungenau wird.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Kalorimetrische Messungen ." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/kalorimetrische-messungen (Abgerufen: 20. May 2025, 07:28 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Brennwert
  • Verbrennungswärme
  • kalorimetrische Messungen
  • Kalorimeter
  • Flammenkalorimeter
  • Rechenbeispiel
  • Bombenkalorimeter
  • Grundgleichung der Wärmelehre
  • Enthalpie
  • Wärmekapazität
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Nachweisreaktionen organischer Naturstoffe

Die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind mehr oder weniger spezifische Nachweisreaktionen der Stoffklassen. Anders als bei anorganischen Fällungs- oder Farbreaktionen sind die Reaktionsgleichungen oft sehr kompliziert und daher nur schwer darzustellen.
Die Vielfalt der makromolekularen Naturstoffe ist viel zu groß, als das man für jeden einzelnen Stoff einen spezifischen Nachweis entwickeln könnte. Deshalb nutzt man zur eindeutigen Identifizierung der Einzelstoffe heutzutage moderne instrumentelle Methoden wie die Massenspektroskopie oder elektrophoretische Verfahren. Stehen diese nicht zur Verfügung, muss man physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkte oder optische Drehwerte für eine eindeutige Identifizierung heranziehen.

Fleming und das Lysozym

ALEXANDER FLEMING entdeckte 1922 das Lysozym im Nasensekret des Menschen. Als Enzym schützt es das Körperinnere vor Bakterien, indem es ihre Zellwände zerstört. Es bildet eine einfache Immunschranke gegenüber Bakterien, schützt aber leider nicht vor pathogenen Bakterien.

Wirkung von Penicillin

Penicillin ist ein Antibiotikum. Es wirkt als Inhibitor auf das Bakterienenzym Transpeptidase, das die Quervernetzung in der Bakterienwand steuert. Das Enzym wird blockiert, so dass die Zellwand durchlässiger wird. Die Zelle nimmt osmotisch Wasser auf und platzt. Auf diese Weise werden krankheitserregende Bakterien abgetötet.

Proteine – Aufbau und Eigenschaften

Aminosäuren sind die Bausteine der Eiweiße. Aus nur 20 von ihnen werden alle Eiweiße gebildet, aus denen die Zellen aller Lebewesen, auch des Menschen, bestehen. Die Vielfalt der Eiweiße ist Grundlage für die unterschiedlichen Funktionen, die sie haben.

Vitamine

Vitamine sind essenzielle Bestandteile der Nahrung. Sie werden nur in sehr geringen Mengen benötigt, haben aber viele Funktionen im Organismus zu erfüllen.

Die Einteilung der Vitamine erfolgt nach ihrer Löslichkeit in fettlösliche und wasserlösliche Vitamine. Die wasserlöslichen Vitamine, z. B. die Vitamine der

  • B-Gruppen und
  • Vitamin C

werden vom Körper nicht gespeichert und müssen deshalb täglich ersetzt werden.
Die fettlöslichen Vitamine

A, D, E und K

können im Körper, vor allem in der Leber, gespeichert und bei Bedarf an die Zellen abgegeben werden. Bei der Nahrungszubereitung ist das zu berücksichtigen.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025