Что такое стендовая химия?

Стендовая химия - это тип, который выполняется самым традиционным способом - ученый смешивает и обрабатывает химикаты напрямую, не используя какие-либо высокотехнологичные устройства или теоретические подходы, которые могут быть связаны с самыми современными аспектами дисциплина. По сути, это включает в себя эксперименты и демонстрации, которые могут быть сделаны с несколькими химическими веществами; некоторые пробирки, колбы и мензурки; и бунзеновская горелка. Стереотипное изображение ученого в белом лабораторном халате, проливающего химикаты из одной пробирки в другую, является прекрасным примером химии на стенде. «Влажная химия» иногда используется как синоним этой деятельности; тем не менее, это отраслевой термин с гораздо более гибким определением, и он может также относиться к использованию высокотехнологичного оборудования, которое, как правило, отсутствует в лабораторных условиях.

методы

Термин «стендовая химия» охватывает множество различных научных методов, которые используются в лаборатории. Общее эмпирическое правило заключается в том, что если это метод, который можно легко применить на рабочем месте без компьютера, выполняющего большую часть вычислений и анализов, то это методика стендовой химии. Аналитические методы включают титрование, гравиметрический анализ, испытания пламенем и испытания буры. Образцы элементов или соединений также могут быть приготовлены на рабочем месте. Экспериментирование или просто смешивание вещей друг с другом, чтобы увидеть, что происходит, часто является настольным занятием, и многие важные открытия продолжают осуществляться таким образом.

Аналитические методы

Большая часть химии посвящена анализу: исследованию образца материала, чтобы определить, какие элементы или соединения он содержит. Несмотря на то, что существуют инструменты, такие как спектрометры, которые можно использовать для проведения детального анализа, существует также широкий спектр простых стендовых испытаний, которые можно выполнить, просто смешав одно или два вещества или нагревая что-либо в пламени Бунзена. Эти процедуры могут быть устаревшими, но они не требуют дорогостоящего оборудования и могут многому научить студентов химии. В прошлом они приводили к важным прорывам, таким как открытие новых элементов.

Титрование, иногда называемое объемным анализом, - это метод, используемый для определения концентрации растворенного соединения. Например, если химик хочет знать, сколько соляной кислоты присутствует в растворе в воде, он может добавить щелочной раствор, такой как гидроксид натрия, известной концентрации, пока полученный раствор не станет нейтральным. Затем можно рассчитать концентрацию соляной кислоты по объему используемого раствора гидроксида натрия.

Гравиметрический анализ основан на массе, а не на объеме, и включает взвешивание интересующего соединения или элемента после выделения его из образца. Например, чтобы узнать количество металла, присутствующего в руде, химик может сначала растворить руду в кислоте, а затем добавить основание, которое реагирует с металлом с образованием нерастворимого соединения. Это выйдет из раствора в виде тонкого порошка, известного как осадок, который затем может быть отфильтрован и взвешен. Тогда можно, зная атомные веса металла и других элементов в осажденном соединении, определить, сколько металла присутствовало в руде.

Испытание на пламя основано на цветах, полученных при сильном нагревании определенных металлов в пламени Бунзена Например, барий даст зеленый, стронций, красный и цезий, синий. Испытание обычно проводится с использованием платиновой проволоки с небольшой петлей на конце, которая используется для отбора небольшого количества образца и введения его в пламя.

Другим способом обнаружения металлов является испытание буры. Снова используя платиновую проволочную петлю, небольшое количество буры (тетрабората натрия) расплавляется в пламени Бунзена, а затем используется для сбора крошечного количества образца. Затем эта смесь снова плавится в пламени, образуя маленький круглый шарик. Металлы, присутствующие в образце, будут давать бисер разных цветов. Цвет также зависит от части пламени, в которой нагревается шарик, и шарик может менять цвет при охлаждении. По полученным цветам часто можно определить, какой металл присутствует.

Подготовка образцов химических веществ

Стендовые методы также могут быть использованы для приготовления или очистки образцов определенных химических веществ. Дистилляция является распространенным методом. Смесь жидкостей с разными температурами кипения, например, воды и этанола, можно разделить, поместив ее в колбу, подключенную к конденсатору, или в реторту и нагревая ее до температуры выше температуры кипения на единицу, но ниже точка кипения другого. Жидкость с более низкой температурой кипения испаряется и может конденсироваться и собираться.

Осаждение - это еще один метод, который можно использовать для приготовления химического вещества, нерастворимого в воде. Например, чистый образец карбоната кальция (CaCO ₃ ) может быть приготовлен путем смешивания раствора растворимого соединения кальция - такого как хлорид кальция (CaCl ₂ ) - с раствором растворимого карбоната - такого как карбонат натрия (Na ₂ CO ₃ ), в стакане. Карбонат кальция образует осадок на дне стакана. Другой продукт реакции, хлорид натрия (NaCl), который растворим, может быть получен выпариванием оставшейся жидкости. Этот метод может быть использован для приготовления многих различных соединений.

Скамейка

Химия стенда получила свое название от традиционного лабораторного верстака. Их можно найти как в промышленных, так и в академических лабораториях, и почти каждый, кто изучает естественные науки, в какой-то момент будет работать на одной из этих скамей. Они, как правило, устойчивы к окрашиванию, нагреву и коррозии, так что разливы химических веществ и неудачные эксперименты не наносят значительного ущерба, и могут быть оснащены выходами для газа, к которым может быть присоединена горелка Бунзена. Некоторые рабочие места также окружены системами вентиляции, известными как вытяжные шкафы для защиты пользователей от токсичных газов, которые могут выделяться во время определенных химических реакций.