Was ist Bench-Chemie?
Bench-Chemie wird auf die traditionellste Art und Weise durchgeführt - der Wissenschaftler mischt und handhabt Chemikalien direkt und verwendet dabei keine der High-Tech-Geräte oder theoretischen Ansätze, die mit den modernsten Aspekten von assoziiert sein könnten die Disziplin. Im Wesentlichen handelt es sich um Experimente und Demonstrationen, die mit wenigen Chemikalien durchgeführt werden können. einige Reagenzgläser, Flaschen und Becher; und ein Bunsenbrenner. Das stereotype Bild eines Wissenschaftlers in einem weißen Laborkittel, der Chemikalien von einem Reagenzglas in ein anderes schüttet, ist ein perfektes Beispiel für die Laborchemie. "Nasschemie" wird manchmal als Synonym für diese Aktivität verwendet; Es handelt sich jedoch um einen Industriebegriff mit einer viel flexibleren Definition, der sich auch auf die Verwendung von Hightech-Geräten beziehen kann, die in der Regel nicht auf einer Laborwerkbank zu finden sind.
Techniken
Der Begriff „Laborchemie“ umfasst viele verschiedene wissenschaftliche Techniken, die in einem Labor angewendet werden. Eine allgemeine Faustregel lautet: Wenn es sich um eine Methode handelt, die an einer Werkbank leicht geübt werden kann, ohne dass ein Computer die meisten Berechnungen und Analysen vornimmt, handelt es sich um eine Laborchemietechnik. Die analytischen Methoden umfassen Titration, gravimetrische Analyse, Flammentests und Boraxkugeltests. An der Werkbank können auch Proben von Elementen oder Verbindungen angefertigt werden. Das Experimentieren oder einfach das Zusammenmischen von Dingen, um zu sehen, was passiert, ist oft eine Übung, und viele wichtige Entdeckungen werden weiterhin auf diese Weise gemacht.
Analytische Methoden
Bei einem Großteil der Chemie geht es um Analyse: Untersuchen einer Materialprobe, um festzustellen, welche Elemente oder Verbindungen sie enthält. Während es Instrumente wie Spektrometer gibt, mit denen detaillierte Analysen durchgeführt werden können, gibt es auch eine Vielzahl einfacher Labortests, die einfach durch Mischen von ein oder zwei Substanzen oder Erhitzen von etwas in einer Bunsenflamme durchgeführt werden können. Diese Verfahren mögen altmodisch sein, erfordern jedoch keine teuren Geräte und können den Schülern viel über Chemie beibringen. In der Vergangenheit haben sie zu wichtigen Durchbrüchen geführt, beispielsweise zur Entdeckung neuer Elemente.
Die Titration - manchmal auch als volumetrische Analyse bezeichnet - ist eine Methode zur Bestimmung der Konzentration einer gelösten Verbindung. Wenn eine Chemikerin beispielsweise wissen möchte, wie viel Salzsäure in einer Lösung in Wasser vorhanden ist, kann sie eine alkalische Lösung wie Natriumhydroxid bekannter Konzentration zugeben, bis die resultierende Lösung neutral ist. Aus dem Volumen der eingesetzten Natronlauge kann dann die Konzentration der Salzsäure berechnet werden.
Die gravimetrische Analyse stützt sich eher auf die Masse als auf das Volumen und umfasst das Abwiegen der Verbindung oder des interessierenden Elements nach dem Isolieren von einer Probe. Um beispielsweise die Menge eines in einem Erz vorhandenen Metalls herauszufinden, kann ein Chemiker das Erz zuerst in einer Säure lösen und dann eine Base hinzufügen, die mit dem Metall unter Bildung einer nicht löslichen Verbindung reagiert. Dies kommt aus der Lösung als feines Pulver, das als Niederschlag bekannt ist, heraus, das dann filtriert und gewogen werden kann. Es ist dann möglich, durch Kenntnis der Atomgewichte des Metalls und der anderen Elemente in der ausgefällten Verbindung zu bestimmen, wie viel Metall im Erz vorhanden war.
Ein Flammentest basiert auf den Farben, die erzeugt werden, wenn bestimmte Metalle in einer Bunsenflamme stark erhitzt werden. Zum Beispiel wird Barium grün, Strontium rot und Cäsium blau ergeben. Der Test wird normalerweise mit einem Platindraht mit einer kleinen Schleife am Ende durchgeführt, mit der eine kleine Menge der Probe aufgenommen und der Flamme zugeführt wird.
Eine weitere Möglichkeit zum Nachweis von Metallen ist der Boraxkugeltest. Erneut wird unter Verwendung einer Platindrahtschlaufe eine kleine Menge Borax (Natriumtetraborat) in einer Bunsenflamme geschmolzen und dann verwendet, um eine kleine Menge der Probe aufzunehmen. Diese Mischung wird dann wieder in der Flamme geschmolzen, um eine kleine runde Perle zu bilden. In der Probe vorhandene Metalle erzeugen Perlen mit verschiedenen Farben. Die Farbe hängt auch von dem Teil der Flamme ab, in dem die Perle erhitzt wird, und die Perle kann beim Abkühlen ihre Farbe ändern. Anhand der Farben lässt sich häufig erkennen, welches Metall vorhanden ist.
Proben von Chemikalien vorbereiten
Bench-Methoden können auch verwendet werden, um Proben bestimmter Chemikalien herzustellen oder zu reinigen. Die Destillation ist eine übliche Technik. Eine Mischung von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten - zum Beispiel Wasser und Ethanol - kann getrennt werden, indem sie in einen mit einem Kondensator verbundenen Kolben oder in eine Retorte gegeben und auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts von 1, aber darunter erhitzt wird der Siedepunkt des anderen. Die Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt wird verdampft und kann kondensiert und gesammelt werden.
Die Fällung ist eine weitere Methode, mit der eine in Wasser unlösliche Chemikalie hergestellt werden kann. Eine reine Probe von Calciumcarbonat (CaCO 3 ) kann zum Beispiel durch Mischen einer Lösung einer löslichen Calciumverbindung - wie Calciumchlorid (CaCl 2 ) - mit einer Lösung eines löslichen Carbonats - wie Natriumcarbonat (Na) hergestellt werden 2 CO 3 ) in einem Becherglas. Das Calciumcarbonat bildet am Boden des Bechers einen Niederschlag. Das andere Produkt der Reaktion, Natriumchlorid (NaCl), das löslich ist, könnte durch Verdampfen der verbleibenden Flüssigkeit erhalten werden. Mit dieser Methode können viele verschiedene Verbindungen hergestellt werden.
Die Bank
Die Bankchemie hat ihren Namen von der traditionellen Labor-Werkbank. Sie befinden sich sowohl in industriellen als auch in akademischen Labors, und fast jeder, der die Naturwissenschaften lernt, wird irgendwann an einer dieser Bänke arbeiten. Sie sind in der Regel schmutz-, hitze- und korrosionsbeständig, so dass verschüttete Chemikalien und verpatzte Experimente keine nennenswerten Schäden verursachen. Außerdem können Gasauslässe vorgesehen werden, an die ein Bunsenbrenner angeschlossen werden kann. Einige Werkbänke sind auch von Lüftungssystemen umgeben, die als Abzüge bekannt sind, um den Benutzer vor den giftigen Gasen zu schützen, die bei bestimmten chemischen Reaktionen freigesetzt werden können.