Alkohole im Thermometer

Wie funktioniert überhaupt ein Thermometer?
Die Flüssigkeiten, mit denen das Thermometer gefüllt ist, vergrößern ihr Volumen, wenn sie erwärmt werden. Man kann sich die thermische Ausdehnung folgendermaßen vorstellen: Stoffe sind aus Molekülen aufgebaut, die stets in Bewegung sind. Wird einem Stoff nun Wärmeenergie zugeführt, erhöht sich die Geschwindigkeit der Moleküle. Sie benötigen nun mehr Platz, und der Stoff dehnt sich aus.
Wenn es eine lineare (gleichmäßige) Beziehung zwischen Ausdehnung und Temperatur gibt, kann man mit diesem Stoff ein Thermometer füllen.


Gebräuchliche Füllflüssigkeiten für Thermometer
Quecksilber wird heute aufgrund seiner Giftigkeit kaum noch eingesetzt, war jedoch lange Zeit weit verbreitet. In wissenschaftlichen Bereichen ist es immer noch oft anzutreffen. Quecksilber dehnt sich über einen großen Temperaturbereich linear aus und liefert somit zuverlässige Messwerte von etwa -30 °C bis 300 °C. Oberhalb des Siedepunktes und unterhalb des Schmelzpunktes kann die Füllflüssigkeit nicht mehr zur Temperaturbestimmung verwendet werden.

Heutzutage wird Quecksilber in weiten Teilen durch andere Füllflüssigkeiten ersetzt, unter anderem durch Alkohole. Oft wird Ethanol in Thermometer gefüllt. Dieses besitzt zwar einen weniger breiten Messbereich, jedoch kann es besonders zur Messung von niedrigen Temperaturen (-100 °C bis 50 °C) eingesetzt werden. Gerade in diesem Temperaturbereich weist Ethanol eine hohe Proportionalität (Zusammenhang) zwischen Temperatur und Volumenausdehnung auf. Ein Vorteil von Ethanol ist, dass diese Füllflüssigkeit wesentlich stärker auf Temperaturänderungen reagiert, d. h. Alkohol ist empfindlicher als zum Beispiel Quecksilber. Wegen seines Siedepunkts von 78 °C versagt Ethanol oberhalb von 50 °C.

Da es sich bei Alkohol um eine farblose Flüssigkeit handelt, muss diese erst angefärbt werden; hierzu verwendet man meist einen roten oder blauen Farbstoff. Quecksilber hingegen ist metallisch-silbern. Daran kann man auch sofort erkennen, um welche der beiden Füllflüssigkeiten es sich im Thermometer handelt.

(Foto: Daggi)


Stattdessen kann z. B. Glycerin als Füllflüssigkeit verwendet werden. Der Siedepunkt dieses dreiwertigen Alkohols liegt bei 290 °C. Ein Nachteil ist nur sein niedriger Schmelzpunkt von 18 °C, was ihn unbrauchbar für niedrige Temperaturen macht. Ähnlich ist es auch mit Glykol, einem zweiwertigen Alkohol. Man kann sich auch Alkoholgemische zunutze machen, um einen gewünschten Bereich abzudecken.


Wenn Thermometer platzen...
Grundsätzlich sollte man sich an den Messbereich des Thermometers halten, ansonsten könnte die Flüssigkeit oder sich bildender Dampf das Steigrohr auseinandersprengen.

Dies kann zum Beispiel bei der Reaktion von Phosphorpentoxid mit Wasser zu Phosphorsäure passieren. Diese Umsetzung ist ein stark exothermer Vorgang, in dem viel Energie frei wird. Die Temperatur kann auf über 100 °C ansteigen. Hier ist es wichtig, mit einem geeigneten Thermometer zu arbeiten. Der Versuch spielt zum Beispiel eine Rolle, wenn man zeigen will, warum ATP eine so energiereiche Verbindung ist.
Besonders gefährlich ist das Zerspringen von Quecksilberthermometern, da das Metall in die Umwelt gelangt und beim Verdunsten giftige Dämpfe entstehen.


Warum benutzt man kein Wasser als Thermometerfüllung?
Tatsächlich wurde Wasser schon mal als Füllflüssigkeit von Thermometern benutzt. Dies war zu Beginn der Entwicklung von Flüssigkeitsthermometern in der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts der Fall. Allerdings kann Wasser nur Werte zwischen den beiden Fixpunkten 0 °C (Schmelzpunkt) und 100 °C (Siedepunkt) der Thermometerskala liefern. Jenseits dieser Punkte erlaubt das Wasser keine Messungen, womit der Messbereich stark beschränkt ist. Außerdem ist die Volumenänderung des Wassers bei der Erwärmung sehr unregelmäßig. So hat es beispielsweise bei 4 °C seine geringste Dichte (Anomalie des Wassers), und bei weiterer Abkühlung nimmt das Volumen wieder zu. Wasser hat also keinen linearen Ausdehnungskoeffizienten.


Maximum-Minimum-Thermometer: Ohne Alkohol geht nichts
Am Maximum-Minimum-Thermometer kann man die höchste und die tiefste Temperatur ablesen. Es ist ganz anders aufgebaut als die normalen Thermometer. Hier ist die Funktionsbeschreibung.


Weitere Texte zum Thema „Alkohol“


Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie.
Letzte Überarbeitung: 14. August 2006, Dagmar Wiechoczek