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Temperaturmessung
Die Temperatur wird nach dem SI-Einheiten-System in der Basisgröße mit dem Größensymbol T und der Basiseinheit Kelvin (K) angegeben (nach dem britischen Physiker Lord William Kelvin, 1824-1907). Im deutschsprachigen Bereich ist die Basiseinheit Grad Celsius (°C) nach wie vor gültig (nach dem Schweden Anders Celsius, 1701-1744). Die Celsius-Skala bezieht sich auf den Erstarrungspunkt (0°C) und den Siedepunkt (100°C) von Wasser bei 1,013 bar Druck. Der absolute Nullpunkt liegt bei 0 Kelvin oder bei -273,15°C. Demnach entsprechen 0° Celsius 273,15 Kelvin. 
 
 
 Quecksilberthermometer

Alter Thermometer mit Quecksilberfüllung

 
 
Die bei chemischen Reaktionen frei werdende Wärmemenge Q wird in Joule gemessen. Meist bezieht man die Reaktionswärme auf die Stoffmenge der beteiligten Stoffe (>Arbeitsanleitung). 
  
  
Flüssigkeits-Thermometer 
  
Das gängigste Gerät im Labor zur Temperaturmessung ist das Flüssigkeits-Thermometer. Bestimmte Flüssigkeiten wie Quecksilber oder aber auch Alkohole dehnen sich beim Erwärmen ungewöhnlich stark aus. Füllt man sie in dünne Kapillaren kann die Ausdehnung beobachtet werden. Quecksilber eignet sich für einen Einsatzbereich zwischen -39°C (Erstarrungspunkt für Quecksilber) und +630°C. Alkoholthermometer eignen sich für Messungen zwischen -100°C und +250°C. Oberhalb der Flüssigkeit befindet sich in den Thermometern eine Schutzgasfüllung, beispielsweise Stickstoff oder Argon. Diese verhindert das Verdampfen der Flüssigkeit. 
  
Quecksilberthermometer sollten nicht mehr bei Schülerübungen eingesetzt werden. Empfehlenswert sind die robusten Einschlussthermometer mit rot gefärbter Alkoholfüllung, bei denen die Kapillare ins Glas eingeschmolzen ist. Sie ermöglichen eine Temperaturablesung von 1°C Genauigkeit. Für die Bestimmung von Reaktionswärmen im Demonstrationsexperiment eignen sich Stockthemometer mit Quecksilberfüllung und einer Ablesbarkeit von 0,1°C. 
  
Bei der Arbeit mit Thermometern, insbesondere mit Quecksilberfüllung, sind eine Reihe von Vorschriften zu beachten: 
  • Der Fühler muss ganz in die zu messende Flüssigkeit eintauchen.
  • Thermometer dürfen niemals mit dem Brenner direkt erhitzt werden.
  • Es ist stets eine Schutzbrille zu tragen.
  • Das Rühren mit dem Thermometer ist untersagt.
  • Thermometer dürfen niemals an den Boden fallen. Bei Quecksilberthermometern besteht die Gefahr des Austritts von giftigem Quecksilber!
  • Thermometer dürfen niemals in eine Brennerflamme gehalten werden. Hierbei besteht Explosionsgefahr!
  
Elektronische Thermometer 
  
Widerstands-Thermometer enthalten am Messfühler einen metallischen Leiter als elektrischen Widerstand, der mit Zunahme der Temperatur steigt. Einen derartigen Halbleiter nennt man auch PTC (positive temperature coefficient). Eine elektronische Steuerung misst die Änderungen des Widerstands im Halbleiter und überträgt die Messwerte auf eine Anzeige. 
   
 
Widerstands-Thermometer
Temperatur-Messfühler
Widerstands-Thermometer
Temperatur-Messfühler
   
 
Die heute in Labor und Schule häufig eingesetzten elektronischen Themometer beruhen jedoch auf einem anderen Prinzip: Der Temperatur-Messfühler enthält als Thermoelement zwei verschiedene Metalle, zum Beispiel Kupfer und Konstantan (Kupfer-Nickel), die durch eine Lötstelle miteinander verbunden sind. Erwärmt man die Kontaktstelle, entsteht eine Spannung. Das Phänomen heißt auch Seebeck-Effekt.


Bimetall-Thermometer

Nietet man zwei Streifen von zwei Metallen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient aufeinander, dann dehnen sich die beiden Metalle bei einer Erwärmung unterschiedlich stark aus. Als Folge verkrümmt sich der Bimetallstab. Verwendet man eine Bimetallspirale mit einem Zeiger am Ende, erhält man das Bimetall-Thermometer, das sich für schnelle Messungen bis +500°C eignet. 
 

 Bimetall-Thermometer

Bimetall-Thermometer
  
  
Schmelzpunkt-Bestimmung 
  
Der Schmelzpunkt ist neben dem Siedepunkt für jeden Stoff ein charakteristisches Merkmal, anhand von dem der Stoff bestimmt werden kann. Beim Schmelzpunkt geht ein Stoff vom festen in den flüssigen Zustand über. Durch den umgekehrten Vorgang beim Abkühlen erhält man den Erstarrungspunkt. 
   
 
Schmelzpunktbestimmungsapparat nach Thiele
 
Schmelzpunktbestimmungsapparat nach Thiele
  
 
Der Schmelzpunktbestimmungsapparat nach Thiele wird mit einer Heizflüssigkeit - meist mit Paraffin, aber auch mit Wasser - gefüllt und mit einem Thermometer versehen. Besitzt der Schmelzpunktbestimmungsapparat keine seitlichen Ansätze, muss der Korken belüftet werden, beispielsweise mit einem zweiten, zusätzlichen Loch. Der zu bestimmende und fein pulverisierte Stoff wird 3mm hoch in ein einseitig zugeschmolzenes Glasröhrchen (etwa 8cm lang und 1mm Durchmesser) gefüllt. Dann taucht man das Röhrchen mit der offenen Seite in den Stoff. Damit der Stoff auch wirklich an den Boden des Röhrchens geht, dreht man das Röhrchen und klopft es vorsichtig auf den Tisch. Das Röhrchen wird so in den Apparat hineingesteckt, dass sich der Stoff direkt neben dem Thermometerfühler befindet. Nun erwärmt man den Apparat schnell - zum Beispiel mit der nicht leuchtenden Brennerflamme, um den Schmelzpunkt abschätzen zu können - und lässt dann wieder abkühlen. 
  
Die exakte Bestimmung des Schmelzpunktes gelingt erst beim erneuten, langsamen Hochheizen. Die Flüssigkeit wird langsam erhitzt, beispielsweise im Wasserbad, so dass die Temperatur nicht mehr als 2°C pro Minute steigt. Der Schmelzvorgang kann auch mit einer Lupe beobachtet werden. Der Schmelzpunkt ist erreicht, sobald eine Flüssigkeit entstanden ist, die einen Flüssigkeitsspiegel ausbildet. Dies ist selbst dann der Fall, wenn noch einige Kristalle auf der Flüssigkeit schwimmen. Sie schmelzen ohne weitere Temperaturerhöhung. 
  
  
Siedepunkt-Bestimmung 
  
Der Siedepunkt eines Stoffes ist stark druckabhängig. Daher wird der Druck stets mit angegeben. Zur einfachen Siedepunktbestimmung erhitzt man eine Flüssigkeit zusammen mit einem Siedestein im Reagenzglas solange, bis die Flüssigkeit siedet und keine Temperaturzunahme mehr feststellbar ist. Handelt es sich um entzündbare Flüssigkeiten, darf nur im Wasserbad erhitzt werden. 
   
 
Siedepunktbestimmung im Wasserbad
 
Siedepunktbestimmung im Wasserbad
  
 
Will man den Siedepunkt genauer bestimmen, verwendet man eine Destillationsapparatur, in der eine bestimmte Menge an Flüssigkeit langsam verdampft wird. Dabei taucht das Thermometer in die Flüssigkeit. Man erhitzt so stark, dass etwa ein Tropfen pro Sekunde aus dem Kühler in die Vorlage tropft. Während der Destillation wird in Abständen von einer Minute die Temperatur abgelesen und danach ein Zeit-Temperatur-Diagramm erstellt. Eine reine Flüssigkeit zeigt eine Kurve der Form a, ein Gemisch zweier Flüssigkeiten ergibt eine Kurve der Form b. Letztere ermöglicht die Siedepunktbestimmung von zwei Flüssigkeiten, die ineinander gelöst sind, beispielsweise bei der Destillation von Wein. 
   
 
Siedekurven

Siedekurven: Messen der Temperatur in Zeitabständen von 1 Minute
reine Flüssigkeit (a), Gemisch zweier Flüssigkeiten (b)

 
 
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