Wat is Bench Chemistry?

Bench chemie is het type dat op de meest traditionele manier wordt uitgevoerd - de wetenschapper mengt en verwerkt chemicaliën rechtstreeks, zonder gebruik te maken van een van de high-tech apparaten of theoretische benaderingen die kunnen worden geassocieerd met de meest geavanceerde aspecten van de discipline. In wezen gaat het om experimenten en demonstraties die met een paar chemicaliën kunnen worden gedaan; sommige reageerbuizen, flacons en bekers; en een bunsenbrander. Het stereotiepe beeld van een wetenschapper in een witte laboratoriumjas die chemicaliën van de ene reageerbuis naar de andere giet, is een perfect voorbeeld van bankchemie. "Natte chemie" wordt soms gebruikt als synoniem voor deze activiteit; het is echter een industriële term met een veel flexibelere definitie en kan ook verwijzen naar het gebruik van hightech-apparatuur die over het algemeen niet wordt gevonden op een laboratoriumwerkbank.

technieken

De term "bankchemie" omvat veel verschillende wetenschappelijke technieken die in een laboratorium worden gebruikt. Een algemene vuistregel is dat als het een methode is die gemakkelijk op een werkbank kan worden geoefend zonder dat een computer de meeste berekeningen en analyses uitvoert, het een bankchemietechniek is. Analytische methoden omvatten titratie, gravimetrische analyse, vlamtests en boraxpareltests. Monsters van elementen of verbindingen kunnen ook worden bereid op de werkbank. Experimenteren, of gewoon dingen combineren om te zien wat er gebeurt, is vaak een bankactiviteit en op deze manier worden nog veel belangrijke ontdekkingen gedaan.

Analytische methodes

Veel van de chemie gaat over analyse: een materiaalmonster onderzoeken om te bepalen welke elementen of verbindingen het bevat. Hoewel er instrumenten zijn, zoals spectrometers, die kunnen worden gebruikt om gedetailleerde analyses uit te voeren, zijn er ook een breed scala aan eenvoudige bench-tests die eenvoudig kunnen worden uitgevoerd door een of twee stoffen te mengen of iets in een Bunsen-vlam te verwarmen. Deze procedures zijn misschien ouderwets, maar vereisen geen dure apparatuur en kunnen studenten veel leren over chemie. In het verleden hebben ze geleid tot belangrijke doorbraken, zoals de ontdekking van nieuwe elementen.

Titratie - soms volumetrische analyse genoemd - is een methode die wordt gebruikt om de concentratie van een opgeloste verbinding te bepalen. Als een chemicus bijvoorbeeld wil weten hoeveel zoutzuur er in een oplossing in water aanwezig is, kan ze een alkalische oplossing, zoals natriumhydroxide, met een bekende concentratie toevoegen totdat de resulterende oplossing neutraal is. Het is dan mogelijk om de concentratie van het zoutzuur te berekenen uit het gebruikte volume natriumhydroxideoplossing.

Gravimetrische analyse is gebaseerd op massa in plaats van volume, en omvat het wegen van de gewenste verbinding of element na isolatie van een monster. Om bijvoorbeeld de hoeveelheid metaal in een erts te achterhalen, kan een chemicus het erts eerst oplossen in een zuur en vervolgens een base toevoegen die reageert met het metaal om een ​​verbinding te vormen die niet oplosbaar is. Dit komt uit de oplossing als een fijn poeder dat bekend staat als een neerslag, dat vervolgens kan worden gefilterd en gewogen. Het is dan mogelijk om, door de atoomgewichten van het metaal en de andere elementen in de neergeslagen verbinding te kennen, te bepalen hoeveel metaal er in het erts aanwezig was.

Een vlamtest is gebaseerd op de kleuren die worden geproduceerd wanneer bepaalde metalen sterk worden verhit in een Bunsen-vlam. Barium geeft bijvoorbeeld groen, strontium, rood en cesium, blauw. De test wordt normaal uitgevoerd met behulp van een platinadraad met een kleine lus aan het einde, die wordt gebruikt om een ​​kleine hoeveelheid van het monster op te nemen en in de vlam te brengen.

Een andere manier om metalen te detecteren is de boraxpareltest. Opnieuw wordt met behulp van een platinadraadlus een kleine hoeveelheid borax (natriumtetraboraat) in een Bunsen-vlam gesmolten en vervolgens gebruikt om een ​​kleine hoeveelheid van het monster op te nemen. Dit mengsel wordt vervolgens opnieuw in de vlam gesmolten om een ​​kleine, ronde kraal te vormen. In het monster aanwezige metalen produceren kralen van verschillende kleuren. De kleur hangt ook af van het deel van de vlam waarin de kraal wordt verwarmd, en de kraal kan van kleur veranderen als deze afkoelt. Aan de hand van de geproduceerde kleuren is het vaak mogelijk om te identificeren welk metaal aanwezig is.

Monsters van chemicaliën bereiden

Bench-methoden kunnen ook worden gebruikt om monsters van bepaalde chemicaliën te bereiden of te zuiveren. Destillatie is een veel voorkomende techniek. Een mengsel van vloeistoffen met verschillende kookpunten - bijvoorbeeld water en ethanol - kan worden gescheiden door het in een kolf te plaatsen die is aangesloten op een condensor of in een retort en het te verwarmen tot een temperatuur boven het kookpunt van één, maar lager het kookpunt van de ander. De vloeistof met het lagere kookpunt wordt verdampt en kan worden gecondenseerd en verzameld.

Neerslag is een andere methode die kan worden gebruikt om een ​​chemische stof te bereiden die onoplosbaar is in water. Een zuiver monster van calciumcarbonaat (CaCO ₃ ) kan bijvoorbeeld worden bereid door een oplossing van een oplosbare calciumverbinding - zoals calciumchloride (CaCl ₂ ) - te mengen met een oplossing van een oplosbaar carbonaat - zoals natriumcarbonaat (Na ₂ CO ₃ ), in een bekerglas. Het calciumcarbonaat vormt een neerslag op de bodem van het bekerglas. Het andere reactieproduct, natriumchloride (NaCl), dat oplosbaar is, kan worden verkregen door de resterende vloeistof te verdampen. Deze methode kan worden gebruikt om veel verschillende verbindingen te bereiden.

De bank

Bench chemie dankt zijn naam aan de traditionele laboratoriumwerkbank. Ze zijn te vinden in zowel industriële als academische laboratoria en bijna iedereen die de natuurwetenschappen leert, zal ooit op een van deze banken werken. Ze zijn meestal bestand tegen vlekken, hitte en corrosie, zodat morsen van chemicaliën en mislukte experimenten geen significante schade veroorzaken en kunnen worden uitgerust met gasuitlaten waaraan een bunsenbrander kan worden bevestigd. Sommige werkbanken worden ook omringd door ventilatiesystemen die bekend staan ​​als zuurkasten om gebruikers te beschermen tegen de giftige gassen die kunnen vrijkomen bij bepaalde chemische reacties.