kalorimetrischen

Kalorimetrie bezeichnet die Messung von Wärmeänderungen, die bei chemischen Reaktionen oder physikalischen Prozessen auftreten. Kalorimetrische Messungen erfassen den Wärmeaustausch zwischen einer Probe und ihrer Umgebung, meist durch die Bestimmung der Temperaturänderung des verwendeten Kalorimeters.

Grundprinzip ist die Bestimmung der zu- oder abgeführten Wärme Q. In vielen Fällen gilt Q = C × ΔT, wobei C die effektive Wärme- bzw. Wärmekapazität des Kalorimeters inklusive Probe ist. Bei Reaktionen beschreibt Q oft die Reaktionsenthalpieänderung ΔH (bei konstantem Druck) oder die Veränderung der inneren Energie ΔU (bei konstantem Volumen). Kalorimeter werden so konstruiert, dass Wärmeverluste minimal sind und sich das gemessene Signal zuverlässig in Energie umrechnen lässt.

Wichtige Typen der Kalorimetrie umfassen Bombenkalorimeter, DSC (Differential Scanning Calorimetry) und ITC (Isothermal Titration Calorimetry). Bombenkalorimeter arbeiten bei konstantem Volumen und liefern die Verbrennungsenthalpie großer Proben. DSC misst den zeitlichen Verlauf des Wärmeflusses während kontrollierter Temperaturprogramme und eignet sich zur Charakterisierung von Phasenübergängen und Kristallisationsprozessen. ITC misst die Wärme, die bei Bindungsvorgängen zwischen Molekülen freigesetzt oder aufgenommen wird, und liefert thermodynamische Parameter wie ΔH, ΔS und Bindungskonstante.

Anwendungsgebiete reichen von der Bestimmung des Heizwerts von Lebensmitteln über chemische Reaktionsenthalpien bis hin zur Charakterisierung von Materialien, Polymere, Phasenübergängen, Biologischen Prozessen und Batterien. Typische Herausforderungen sind Kalibrierung, Berücksichtigung von Wärmeverlusten, Probenhomogenität und die korrekte Interpretation der gemessenen Signale, insbesondere bei komplexen Systemen.