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Heizen

 
  INFO: Energie in Form von Wärme wird im chemischen Laboratorium ständig benötigt, da viele chemische Reaktionen nur bei erhöhter Temperatur ablaufen. Auch zur Reinigung oder Trennung von Verbindungen durch Destillation oder Sublimation muß Wärme zugeführt werden. Wenn Lösemittel zur Entfernung letzter Reste von Wasser mit entsprechenden Chemikalien gekocht werden, wird ebenfalls Wärme benötigt. Dabei hängt es vom jeweiligen Einsatzzweck, den beteiligten Substanzen und erwünschten Temperaturen ab, welche der verfügbaren Energiequellen Gas, Strom oder Wasserdampf gewählt wird und ob gegebenenfalls ein Übertragungsmedium (Heizbad) zwischengeschaltet wird.  
     
 
Übersicht der verschiedenen Energiequellen

  Erdgas: 
 

Gas wird heute fast ausschließlich als Erdgas eingesetzt, das im Erdöl gelöst ist oder in Gasblasen in der Nähe von Erdölfeldern vorkommt. Es hat das Leucht- oder Heizgas abgelöst, das durch trockene Destillation von Steinkohle gewonnen wurde. Wegen des im Leuchtgas enthaltenen Kohlenstoffmonoxids ist bei seiner Verwendung Vorsicht geboten.

Die im Gas gespeicherte Energie wird als Wärmeenergie freigesetzt, wenn man das Gas mit Luft mischt und verbrennt. Dazu wurden Brenner konstruiert, die sich in ihrer Bauweise und den mit ihnen erreichbaren Temperaturen unterscheiden. Sie bestehen aus dem Fuß mit Gasanschluß und Regulierschraube oder Hahn, der Düse und dem Mischrohr mit regelbarer Luftzuführung. Für normale Heizzwecke werden im Labor der Bunsenbrenner und der Teclubrenner am häufigsten verwendet. Sie unterscheiden sich in ihrer Luftzuführung und in der Form der Mischrohre. Beim Teclubrenner wird die Luft von unten in das Mischrohr eingeführt, beim Bunsenbrenner von der Seite. Das Mischrohr ist beim Teclubrenner nach unten konisch erweitert und hat einen größeren Durchmesser. Dadurch wird eine intensivere Durchmischung der Gase und daher eine höhere Flammentemperatur als beim Bunsenbrenner erreicht.

 

 

 

weitere Abbildungen unter Laborgeräte/Heizgeräte

Die mit den Brennern erzeugte Flammentemperatur läßt sich durch die Luftzuführ regulieren. Reines Gas erzeugt eine leuchtende, nichtrauschende Flamme ohne Kegel. Die Temperaturverteilung innerhalb dieser Flamme zeigt die Abbildung oben. Mischt man dieser Flamme Luft zu, dann geht sie in eine nichtleuchtende, rauschende Flamme mit blauem Kegel über, die wesentlich heißer ist. Das Rauschen wird durch kleine Explosionen in der Flamme hervorgerufen.

 

Elektrischer Strom:

Heizgeräte, die im Labor mit elektrischem Strom betrieben werden, sind in erster Linie Heizplatten, Trockenschränke und speziell für Glaskolben konstruierte elektrische Heizkörbe. Der Vorteil der elektrischen Heizung liegt in der leichten Regulierbarkeit der Wärmezufuhr durch Kontaktthermometer und Relais. Bei Verwendung der Heizkörbe bleiben die Glaskolben von außen sauber.

 

Wasserdampf:

Wasserdampf wird im Labor eingesetzt, um Dampfbäder zu heizen oder Wasserdampf-destillationen durchzuführen. Die Verwendung von Dampfbädern empfiehlt sich besonders zum Abdampfen leicht brennbarer Flüssigkeiten, da diese sich hierbei (im Gegensatz zum Gebrauch von Brennern oder elektrischen Heizgeräten!) nicht entzünden können. Der für diese Zwecke benutzte Dampf ist Niederdruckdampf mit einer Temperatur von etwa 150'C und einem Druck von 3 bar. Daneben dienen noch Hochdruckdampf (220-260°C und 15 bar) und Höchstdruckdampf (500'C und 180 bar) als Energieträger.

 

Wichtige Heizbäder:

Übersicht:

 
Badtyp Übertragungsmedium erreichbare Temperatur (in °C)
Luftbad Drahtnetz bis 1500
  Babotrichter bis 1500
Flüssigkeitsbad Wasser bis 100
  Salzlösung bis 110
  Öl bis 250
  Paraffinöl bis 250
  Metallegierungen 80-500
Feststoffbad Sand bis 2000
  Graphit bis 2000

 

 Luftbäder:

Die Luftbäder bewirken eine sehr schlechte Verteilung der Wärme. Selbst der Babotrichter gewährleistet nicht, daß die den Kolben umströmende Luft gleichmäßig erhitzt wird. Andererseits können mit Luftbädern sehr hohe Temperaturen erreicht werden.

 

Wasserbad:

Das Wasserbad ist mit einem Niveauregler ausgestattet, der den Wasserzulauf so reguliert, daß der Wasserstand im Bad stets gleich hoch ist. Als Dampfbad läßt es sich benutzen, wenn man den zu beheizenden Kolben in den Dampfraum darüber hängt. Man benutzt Wasserbäder vor allem, um entzündliche Flüssigkeiten zu erwärmen. Einfache Ausführungen eines Wasserbades sind mit Wasser gefüllte Töpfe oder Glasschalen, die erhitzt werden. In diesen Fällen ist darauf zu achten, daß die entzündlichen Dämpfe (z.B. Ether) nicht mit der Heizquelle in Berührung kommt.

 

Ölbäder:

Ölbäder verschmutzen die zu erwärmenden Gefäße und werden mit der Zeit durch Verunreinigungen und Verharzungen selbst unbrauchbar. Dies zeigt sich an ihrer immer dunkler werdenden Färbung. Kommt Wasser in ein Ölbad, dann schäumt es beim Erhitzen.

 

Metallbäder:

Metallbäder sind vor dem Gebrauch fest. Sie müssen an einer Stelle aufgeschmolzen werden, damit kein Druck in der Schmelze entsteht. Wird das Bad nicht mehr gebraucht, so müssen alle eingetauchten Gegenstände (Kolben, Thermometer usw.) herausgenommen werden, bevor die Schmelze erstarrt. Andernfalls werden sie von dem erstarrenden Metall eingeschlossen und können nicht aus dem Bad herausgenommen werden.

 

Sandbäder:

Sandbäder erlauben zwar die Verwendung sehr hoher Temperaturen, doch sind sie schlechte Wärmeleiter. Dies hat eine ungleichmäßige Erwärmung der Reaktionsgefäße zur Folge, und Glas- oder Porzellangeräte zerspringen leicht.

 

Graphitbäder:

Graphitbäder dagegen sind ausgezeichnete Wärmeleiter, aber ihre Umgebung verstaubt bei der geringsten Luftbewegung.

 


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