La chimica da banco è il tipo che viene eseguito nel modo più tradizionale: lo scienziato mescola e gestisce i prodotti chimici direttamente, senza utilizzare nessuno dei dispositivi high-tech o degli approcci teorici che possono essere associati agli aspetti più avanzati della la disciplina. In sostanza, si tratta di esperimenti e dimostrazioni che si possono fare con poche sostanze chimiche; alcune provette, fiaschi e bicchieri; e un becco Bunsen. L’immagine stereotipata di uno scienziato in camice bianco che versa sostanze chimiche da una provetta all’altra è un perfetto esempio di chimica da banco. La “chimica umida” è talvolta usata come sinonimo di questa attività; tuttavia, è un termine industriale con una definizione molto più flessibile e può anche riferirsi all’uso di apparecchiature ad alta tecnologia che generalmente non si trovano in un banco di lavoro di laboratorio.
tecniche
Il termine “chimica da banco” copre molte diverse tecniche scientifiche che vengono impiegate in un laboratorio. Una regola generale è che se si tratta di un metodo che può essere facilmente praticato su un banco di lavoro senza che un computer esegua la maggior parte dei calcoli e delle analisi, allora è una tecnica chimica da banco. I metodi analitici includono la titolazione, l’analisi gravimetrica, i test alla fiamma e i test con perle di borace. Campioni di elementi o composti possono anche essere preparati al banco di lavoro. Sperimentare, o semplicemente mescolare le cose insieme per vedere cosa succede, è spesso un’attività da banco, e molte scoperte importanti continuano a essere fatte in questo modo.
Metodi analitici
Gran parte della chimica riguarda l’analisi: indagare su un campione di materiale per determinare quali elementi o composti contiene. Mentre ci sono strumenti, come gli spettrometri, che possono essere utilizzati per eseguire analisi dettagliate, ci sono anche un’ampia varietà di semplici test da banco che possono essere eseguiti semplicemente mescolando una o due sostanze o riscaldando qualcosa in una fiamma Bunsen. Queste procedure possono essere antiquate, ma non richiedono attrezzature costose e possono insegnare molto agli studenti sulla chimica. In passato hanno portato a importanti scoperte, come la scoperta di nuovi elementi.
La titolazione, a volte chiamata analisi volumetrica, è un metodo utilizzato per stabilire la concentrazione di un composto disciolto. Ad esempio, se un chimico vuole sapere quanto acido cloridrico è presente in una soluzione in acqua, può aggiungere una soluzione alcalina, come l’idrossido di sodio, di concentrazione nota fino a quando la soluzione risultante è neutra. È quindi possibile calcolare la concentrazione dell’acido cloridrico dal volume della soluzione di idrossido di sodio utilizzata.
L’analisi gravimetrica si basa sulla massa piuttosto che sul volume e comporta la pesatura del composto o dell’elemento di interesse, dopo averlo isolato da un campione. Ad esempio, per scoprire la quantità di un metallo presente in un minerale, un chimico potrebbe prima sciogliere il minerale in un acido, quindi aggiungere una base che reagisce con il metallo per formare un composto non solubile. Questo uscirà dalla soluzione come una polvere fine nota come precipitato, che può essere poi filtrata e pesata. È quindi possibile, conoscendo i pesi atomici del metallo e degli altri elementi nel composto precipitato, determinare quanto metallo era presente nel minerale.
Un test alla fiamma si basa sui colori prodotti quando alcuni metalli vengono fortemente riscaldati in una fiamma Bunsen. Ad esempio, il bario darà verde, stronzio, rosso e cesio, blu. La prova viene normalmente eseguita utilizzando un filo di platino con un’ansa all’estremità, che serve per prelevare una piccola quantità di campione e per introdurlo nella fiamma.
Un altro modo per rilevare i metalli è il test delle perle di borace. Sempre utilizzando un’ansa di filo di platino, una piccola quantità di borace (tetraborato di sodio), viene fusa in una fiamma Bunsen, quindi utilizzata per prelevare una piccola quantità di campione. Questa miscela viene quindi fusa nuovamente alla fiamma per formare una piccola perla rotonda. I metalli presenti nel campione produrranno perline di diversi colori. Il colore dipende anche dalla parte della fiamma in cui viene riscaldata la perlina e la perla può cambiare colore mentre si raffredda. Dai colori prodotti è spesso possibile identificare quale metallo è presente.
Preparazione di campioni di sostanze chimiche
I metodi da banco possono essere utilizzati anche per preparare o purificare campioni di particolari sostanze chimiche. La distillazione è una tecnica comune. Una miscela di liquidi con diversi punti di ebollizione, ad esempio acqua ed etanolo, può essere separata ponendola in un pallone collegato a un condensatore, o in una storta, e riscaldandola a una temperatura superiore al punto di ebollizione di uno, ma inferiore il punto di ebollizione dell’altro. Il liquido con il punto di ebollizione più basso viene vaporizzato e può essere condensato e raccolto.
La precipitazione è un altro metodo che può essere utilizzato per preparare una sostanza chimica insolubile in acqua. Un campione puro di carbonato di calcio (CaCO3), ad esempio, può essere preparato mescolando una soluzione di un composto di calcio solubile — come il cloruro di calcio (CaCl2) — con una soluzione di un carbonato solubile — come il carbonato di sodio (Na2CO3), in un bicchiere. Il carbonato di calcio forma un precipitato sul fondo del becher. L’altro prodotto della reazione, cloruro di sodio (NaCl), che è solubile, potrebbe essere ottenuto per evaporazione del liquido rimanente. Questo metodo può essere utilizzato per preparare molti composti diversi.
La panca
La chimica da banco prende il nome dal tradizionale banco da lavoro da laboratorio. Si trovano in laboratori sia industriali che accademici e quasi tutti coloro che imparano le scienze naturali lavoreranno su uno di questi banchi prima o poi. Di solito sono resistenti alle macchie, al calore e alla corrosione in modo che le fuoriuscite di sostanze chimiche e gli esperimenti falliti non causino danni significativi e possono essere dotati di prese del gas a cui è possibile collegare un becco Bunsen. Alcuni banchi da lavoro sono inoltre circondati da sistemi di ventilazione noti come cappe aspiranti per proteggere gli utenti dai gas tossici che possono essere rilasciati durante determinate reazioni chimiche.