Die Laborchemie wird auf die traditionellste Art und Weise durchgeführt – der Wissenschaftler mischt und handhabt Chemikalien direkt und verwendet keine der High-Tech-Geräte oder theoretischen Ansätze, die mit den modernsten Aspekten der die Disziplin. Im Wesentlichen handelt es sich um Experimente und Demonstrationen, die mit wenigen Chemikalien durchgeführt werden können; einige Reagenzgläser, Flaschen und Becher; und einen Bunsenbrenner. Das stereotype Bild eines Wissenschaftlers in einem weißen Laborkittel, der Chemikalien von einem Reagenzglas in ein anderes gießt, ist ein perfektes Beispiel für Laborchemie. „Nasschemie“ wird manchmal als Synonym für diese Aktivität verwendet; es ist jedoch ein Branchenbegriff mit einer viel flexibleren Definition und kann sich auch auf die Verwendung von Hightech-Geräten beziehen, die normalerweise nicht an einem Labortisch zu finden sind.
Techniken
Der Begriff „Bankchemie“ umfasst viele verschiedene wissenschaftliche Techniken, die in einem Labor verwendet werden. Als Faustregel gilt: Wenn es sich um eine Methode handelt, die leicht an einer Werkbank geübt werden kann, ohne dass ein Computer die meisten Berechnungen und Analysen durchführt, dann handelt es sich um eine Laborchemietechnik. Zu den analytischen Methoden gehören Titration, gravimetrische Analyse, Flammentests und Borax-Bead-Tests. An der Werkbank können auch Proben von Elementen oder Verbindungen hergestellt werden. Das Experimentieren oder einfach das Mischen von Dingen, um zu sehen, was passiert, ist oft eine Laboraktivität, und auf diese Weise werden weiterhin viele wichtige Entdeckungen gemacht.
Analytische Methoden
Ein Großteil der Chemie dreht sich um Analyse: eine Materialprobe zu untersuchen, um festzustellen, welche Elemente oder Verbindungen sie enthält. Es gibt Instrumente wie Spektrometer, mit denen detaillierte Analysen durchgeführt werden können, aber auch eine Vielzahl von einfachen Labortests, die einfach durch Mischen von ein oder zwei Substanzen oder Erhitzen in einer Bunsenflamme durchgeführt werden können. Diese Verfahren mögen altmodisch sein, erfordern jedoch keine teure Ausrüstung und können den Schülern viel über Chemie beibringen. In der Vergangenheit haben sie zu wichtigen Durchbrüchen geführt, beispielsweise zur Entdeckung neuer Elemente.
Titration – manchmal auch als volumetrische Analyse bezeichnet – ist eine Methode zur Bestimmung der Konzentration einer gelösten Verbindung. Wenn ein Chemiker beispielsweise wissen möchte, wie viel Salzsäure in einer Lösung in Wasser enthalten ist, kann er eine alkalische Lösung wie Natriumhydroxid bekannter Konzentration hinzufügen, bis die resultierende Lösung neutral ist. Aus dem Volumen der eingesetzten Natronlauge kann dann die Konzentration der Salzsäure berechnet werden.
Die gravimetrische Analyse beruht eher auf Masse als auf Volumen und beinhaltet das Wiegen der interessierenden Verbindung oder des interessierenden Elements, nachdem es aus einer Probe isoliert wurde. Um beispielsweise die Menge eines in einem Erz vorhandenen Metalls herauszufinden, könnte ein Chemiker das Erz zuerst in einer Säure auflösen und dann eine Base hinzufügen, die mit dem Metall reagiert, um eine nicht lösliche Verbindung zu bilden. Dies wird als feines Pulver, bekannt als Niederschlag, aus der Lösung austreten, das dann gefiltert 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 Flammtest basiert auf den Farben, die entstehen, wenn bestimmte Metalle in einer Bunsenflamme stark erhitzt werden. Barium ergibt beispielsweise Grün, Strontium, Rot und Cäsium, Blau. Der Test wird normalerweise mit einem Platindraht mit einer kleinen Schlaufe am Ende durchgeführt, mit dem eine kleine Menge der Probe aufgenommen und der Flamme zugeführt wird.
Eine weitere Möglichkeit zum Nachweis von Metallen ist der Borax-Bead-Test. Unter Verwendung einer Platindrahtschlinge wird wiederum eine kleine Menge Borax (Natriumtetraborat) in einer Bunsenflamme geschmolzen und dann verwendet, um eine winzige Menge der Probe aufzunehmen. Diese Mischung wird dann in der Flamme wieder geschmolzen, um eine kleine, runde Perle zu bilden. In der Probe vorhandene Metalle erzeugen Perlen unterschiedlicher Farbe. 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. An den erzeugten Farben lässt sich oft erkennen, welches Metall vorhanden ist.
Vorbereitung von Chemikalienproben
Labormethoden können auch verwendet werden, um Proben bestimmter Chemikalien vorzubereiten oder zu reinigen. Die Destillation ist eine gängige Technik. Eine Mischung von Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten – zum Beispiel Wasser und Ethanol – kann getrennt werden, indem man sie in einen Kolben mit einem Kühler oder in eine Retorte gibt und auf eine Temperatur über dem Siedepunkt von XNUMX, aber darunter erhitzt der Siedepunkt des anderen. Die Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt wird verdampft und kann kondensiert und gesammelt werden.
Die Ausfällung ist ein weiteres Verfahren, das verwendet werden kann, um eine Chemikalie herzustellen, die in Wasser unlöslich ist. Eine reine Probe von Calciumcarbonat (CaCO3) kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine Lösung einer löslichen Calciumverbindung – wie Calciumchlorid (CaCl2) – mit einer Lösung eines löslichen Carbonats – wie Natriumcarbonat (Na2CO3) gemischt wird. in einem Becher. Das Calciumcarbonat bildet am Boden des Becherglases einen Niederschlag. Das andere Reaktionsprodukt, Natriumchlorid (NaCl), das löslich ist, könnte durch Verdampfen der verbleibenden Flüssigkeit erhalten werden. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um viele verschiedene Verbindungen herzustellen.
Die Bank
Die Bench-Chemie hat ihren Namen von der traditionellen Labor-Werkbank. Sie sind sowohl in industriellen als auch in akademischen Labors zu finden, und fast jeder, der die Naturwissenschaften lernt, wird irgendwann an einer dieser Bänke arbeiten. Sie sind in der Regel flecken-, hitze- und korrosionsbeständig, so dass Chemikalienspritzer und verpatzte Experimente keinen nennenswerten Schaden anrichten, und können mit Gasauslässen ausgestattet werden, an denen ein Bunsenbrenner angebracht werden kann. Einige Werkbänke sind auch von Belüftungssystemen umgeben, die als Abzugshauben bekannt sind, um die Benutzer vor den giftigen Gasen zu schützen, die bei bestimmten chemischen Reaktionen freigesetzt werden können.