Sticlărie (chimică)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Sticlăria de laborator poate fi maro ca recipientul din prim-plan sau incoloră ca obiectele din fundal

Termenul de sticlă sau sticlă de laborator se referă la o serie de obiecte și echipamente, realizate în mod tradițional din sticlă , utilizate pentru experimente și alte lucrări științifice , în special în laboratoarele de chimie și biologie . Astăzi, unele echipamente sunt fabricate din materiale plastice din motive de cost, rezistență și practic, dar sticla este încă utilizată în multe aplicații, deoarece este relativ inertă , transparentă , mai rezistentă la căldură decât plasticul și relativ ușor de prelucrat în forma necesară. Sticla borosilicată este frecvent utilizată, cunoscută și sub denumirea comercială Pyrex, deoarece este mai rezistentă la stres termic decât sticla obișnuită. Mai puțin frecventă este utilizarea cuarțului topit , care este capabil să reziste la temperaturi mai ridicate și este mai transparentă în ultraviolete și în infraroșu . În unele aparate, în special în recipiente, sticla de culoare maro este utilizată pentru a proteja conținutul de efectul luminii externe. În cazuri particulare este necesar să se utilizeze materiale specifice; de exemplu, recipientele pentru acid fluorhidric trebuie să fie din polietilenă , deoarece acest acid corodează sticla. [1] Acest articol discută câteva aspecte generale ale sticlăriei de laborator și se aplică multor tipuri de echipamente.

Aplicații

Există multe tipuri diferite de sticlărie de laborator, cele mai multe dintre ele acoperite în articole specifice; vezi următoarea listă. Această sticlărie se aplică pentru o gamă largă de utilizări, cum ar fi efectuarea de măsurători de volumetrie sau spectroscopie , pentru a conține sau depozita probe sau substanțe chimice , pentru a amesteca sau pregăti soluții sau alte amestecuri , pentru a încălzi, arde, răci, distila , face separări precum cromatografie , pentru a efectua sinteza , pentru a crește organisme biologice, pentru a produce un vid total sau parțial. În timpul utilizării, sticlăria de laborator este adesea ținută pe loc cu clești speciali, care la rândul lor sunt atașați la suporturi sau grile.

Producție

Astăzi, cea mai mare parte a sticlăriei de laborator este produsă în serie , dar în multe laboratoare mari există suflante științifice specializate pentru a construi anumite piese cu formă și dimensiuni controlate. Suflanta, pe lângă repararea obiectelor de sticlă scumpe și dificil de înlocuit, știe cum să topească împreună câteva bucăți de sticlă disponibile separat, cum ar fi îmbinări, țevi, robinete, piese intermediare și alte articole din sticlă, formând obiecte complexe, cum ar fi conductele de vid, reacția specială baloane etc.

Ungere și etanșare

De obicei, un strat subțire de grăsime este aplicat pe suprafețele de sticlă măcinată pentru a fi lipite înainte de a uni două bucăți de sticlă. Grăsimea servește la asigurarea unei etanșări bune și la prevenirea îmbinării articulației, astfel încât piesele să poată fi ușor demontate. [2] În loc de grăsime pot fi utilizate învelișuri din PTFE ( teflon ) și inele de etanșare din PTFE . [3]

Îmbinări pentru sticlărie

Îmbinări de sticlă măcinată

Cu îmbinările din sticlă măcinată este posibilă asamblarea și demontarea rapidă a echipamentelor complexe utilizate în laboratoarele chimice pentru operații precum distilarea și refluxul . În aceste aparate, diferitele componente ale sticlăriei sunt montate într-un mod nepermanent, formând un sistem sigilat. În trecut, asamblarea și etanșarea se făceau cu dopuri de cauciuc (sau chiar plută) care erau găurite pentru a introduce tuburi de sticlă sau părți de capăt ale altor piese de sticlărie. Cu toate acestea, atât cauciucul, cât și pluta nu sunt inerte din punct de vedere chimic și rezistente la căldură ca sticla și se degradează în timp. În ceea ce privește îmbinările actuale din sticlă măcinată, există două tipuri utilizate în mod obișnuit: îmbinările conice și cele cu bile .

Îmbinări conice

Îmbinările conice constau dintr-o parte masculină și una feminină cu o conicitate normalizată de 1:10. [2] Aceasta înseamnă că diametrul conului crește (sau scade) cu o unitate pentru fiecare 10 unități de lungime. În afară de capacele de capăt, majoritatea îmbinărilor conice sunt goale pentru a permite trecerea lichidelor sau gazelor. De exemplu, un balon , un condensator Liebig și un bubbler pot fi conectate la refluxul unui amestec de reacție.

Îmbinări conice ale sticlei măcinate. Partea internă (masculină) este afișată în stânga și partea externă (feminină) în dreapta. Suprafețele înghețate sunt evidențiate în gri. Pentru realizarea conexiunii, cele două piese sunt aduse împreună după cum este indicat de săgeți, de obicei după aplicarea puțină grăsime pe suprafețele solului.

Articulații sferice

În acest caz, părțile capătului masculin și feminin au o suprafață de sol sferică, perforată pentru a permite trecerea lichidelor sau gazelor. Îmbinările cu bile sunt utilizate atunci când este necesar să se asigure un anumit joc la articulație, cum ar fi atunci când conectați o capcană rece la o linie de vid sau la o linie Schlenk. [2]

Articulații sferice masculine (stânga) și feminine (dreapta). Suprafețele înghețate sunt evidențiate în gri. Pentru realizarea conexiunii, cele două piese sunt aduse împreună după cum este indicat de săgeți, de obicei după aplicarea puțină grăsime pe suprafețele solului.
Cleste Keck pentru îmbinarea îmbinărilor sferice sau conice. Cele trei dimensiuni sunt: ​​roșu (29), verde (24), galben (14)

În cazul îmbinărilor conice și sferice, îmbinarea directă este posibilă numai dacă bărbatul și femela au aceleași dimensiuni. Pentru a uni piese de diferite dimensiuni există (sau sunt fabricate) adaptoare de sol care trebuie interpuse cu piesele de conectat. Pentru a vă asigura că piesele rămân conectate, pot fi folosite cleme speciale sau clești, cunoscute sub numele de clești Keck .

Grăsimea este utilizată pentru a lubrifia îmbinările și robinetele din sticlă. În unele laboratoare grăsimea se aplică cuseringi . Cele două exemple arată Kritox , o grăsime pe bază de fluoreter (stânga) și o grăsime siliconică Dow Corning cu vid înalt (dreapta).

Îmbinări O-ring

În unele cazuri, etanșarea dintre două îmbinări de sticlă se realizează prin intermediul unui inel O. [2] Această îmbinare este mai simetrică în sensul că cele două părți care trebuie unite sunt identice: capătul este mai gros și are o canelură circulară unde se potrivește un inel din elastomer . Dimensiunile inelelor se bazează pe diametrul interior al îmbinării și sunt exprimate în milimetri. Cele două părți se pot separa ușor și sunt ținute împreună de clești sau cleme. Elastomerul care constituie inelul O nu este foarte rezistent la temperaturi ridicate și, în astfel de cazuri, sunt preferabile alte tipuri de îmbinări folosind unsoare adecvată pentru temperaturi ridicate.

Îmbinări O-ring. Unirea se realizează prin apropierea celor două părți, așa cum este indicat de săgeți, prin introducerea unui inel de o dimensiune adecvată în canelura celor două îmbinări (canelura nu este prezentată în îmbinarea din stânga pentru simplitate).

Conexiuni filetate

Conexiunile filetate în spirală pot fi utilizate la capetele tubulare ale pieselor de sticlă. Aceste fire de sticlă pot fi în interiorul sau în exteriorul părții tubulare. La utilizare, partea filetată din sticlă este conectată prin șurub cu o bucată de material filetat fără sticlă, cum ar fi plasticul. De exemplu, sticlele și flacoanele din sticlă (recipiente mici pentru probe) au un fir exterior pe gât, unde se poate înșuruba un capac. Sticlele și borcanele utilizate pentru vânzarea, transportul și depozitarea substanțelor chimice au de obicei deschideri filetate închise prin înșurubarea capacelor sau capacelor fără sticlă.

Îmbinări de cuplare sticlă-metal

Uneori poate fi necesar să fuzionați o bucată de sticlă cu o bucată de metal. În acest caz, trebuie utilizat un cuplaj sticlă-metal. Majoritatea sticlei utilizate în laborator nu au același coeficient de expansiune termică ca metalul și, prin urmare, fuziunea sticlei obișnuite cu metalul ajunge să provoace spargerea sticlei. Aceste îmbinări speciale de cuplare sunt realizate prin interpunerea diferitelor secțiuni mici de tipuri speciale de sticlă între metal și sticla comună, cu un coeficient de expansiune termică diferit treptat.

Conexiuni furtun

Anumite tipuri de articole de sticlă de laborator, precum baloane de vid și agenți frigorifici , pot avea tuburi de sticlă proeminente cu creste circulare în jurul capătului. Aceste anexe acționează ca un conector pentru furtun pentru a introduce furtunuri din cauciuc sau plastic care vă permit să conectați aceste sticlărie la un alt sistem, cum ar fi o conductă de vid, o priză de apă sau un canal de scurgere. Există diferite tipuri de cleme sau cleme pentru a preveni detașarea furtunului de conectorul furtunului.

Supape și robinete pentru sticlărie

Un robinet de sticlă cu alezare dreaptă obișnuit ținut în poziție cu un dispozitiv de fixare din plastic. Acest robinet se află pe brațul lateral al unui balon Schlenk.

Descrierea acestor obiecte este complicată de faptul că fiecare producător își folosește propria nomenclatură. În orice caz, există în principal două sisteme de închidere / deschidere în sticlăria de laborator, care pot fi indicate generic ca robinete de oprire și supape cu tată filetată și sunt descrise în detaliu în paragrafele următoare.

Oprește cocoșii

Aceste robinete sunt utilizate în mod obișnuit pe articole de sticlă de laborator, cum ar fi burete , pâlnii de separare , baloane Schlenk și coloane cromatografice . Robinetul este un dop conic cu mâner, introdus în îmbinarea feminină corespunzătoare din sticlă măcinată. Articulația feminină nu se mișcă și conectează două sau mai multe tuburi de sticlă. Robinetul este perforat cu canale; prin rotirea corespunzătoare a robinetului, este posibil să conectați sau nu conductele atașate la îmbinarea femelă. Majoritatea bateriilor au găuri liniare. Robinetul este ținut în poziție în îmbinarea feminină cu arcuri metalice, fixări din plastic, sisteme de piuliță și șaibă și, în unele cazuri, utilizând vid. Robinetele sunt de obicei realizate din sticlă măcinată sau plastic inert, cum ar fi PTFE. Robinetele din sticlă măcinată sunt unse pentru a asigura o etanșare perfectă și pentru a preveni confiscarea sticlei. Robinetele din plastic sunt cel mult ușor unse. Robinetele se vând singure, cu o anumită lungime a tubului de sticlă pentru a permite suflantei să le conecteze la echipamentul specific la punctul de utilizare. Acest lucru este foarte frecvent în construcția liniilor mari cu vid ridicat. Alte exemple de baterii sunt prezentate în galerie. Cu toate acestea, există multe variații atât în ​​tipul de găuri, cât și în asamblarea acestui tip de îmbinări.

Supape cu tată filetată

O supapă tipică cu tată filetată , cu garnitură dublă de etanșare superioară și etanșare inferioară între PTFE și sticlă.

Supapele cu tată filetate sunt utilizate în mod obișnuit în tratarea substanțelor sensibile la aer sau când recipientul trebuie să fie complet închis. Construcția unei supape filetate tată oferă un știft cu un cap filetat care se potrivește cu firul părții feminine a supapei. Prin înșurubarea parțială a știftului, unul sau mai multe inele din cauciuc sau plastic, plasate la baza știftului, prima prindere, care se etanșează de atmosfera externă. Când supapa este complet înșurubată, vârful știftului se potrivește cu o teșitură conică din sticlă care asigură o a doua închidere. Această închidere separă zona dincolo de șanfren de cea spre inelele tari.

Cu știfturi solide, rotirea supapei controlează accesul în zona de dincolo de șanț. În unele cazuri, poate fi convenabil să scoateți complet supapa pentru a oferi acces gratuit la zona de dincolo de șanț. Știfturile sunt de obicei fabricate din material plastic inert, cum ar fi PTFE, și sunt conectate la un capac filetat, astfel încât capacul să poată fi rotit fără a roti știftul. Contactul cu șanțul conic poate fi direct sau poate cuprinde, de asemenea, o inelă montată pe capătul pinului. În unele tipuri dopul este din sticlă; în astfel de cazuri, închiderea se face întotdeauna prin intermediul unui inel.

O supapă cu gaură T filetată tată utilizată pe brațul lateral al unui balon Schlenk.

Știfturile nu sunt întotdeauna pline; uneori sunt perforate cu formă de T. În aceste sisteme știftul se extinde dincolo de capacul filetat și este echipat cu un conector pentru furtun pentru a permite o conexiune etanșă cu sticlă sau tuburi flexibile. Știftul este găurit de-a lungul axei începând de la capătul "extern" cu conectorul furtunului până la terminalul de etanșare șanfrenat, unde există o îmbinare în T. Când știftul este complet înșurubat, supapa este închisă și partea inferioară a șanțului este izolat de axul pinului și de găurile care ies din arbore. Deșurubând știftul, supapa se deschide și cele două părți comunică. Aceste supape sunt, de asemenea, utilizate ca o alternativă fără grăsime la robinetele drepte utilizate în mod obișnuit în vasele Schlenk . Fiind foarte simetrice și nu voluminoase, aceste supape au devenit obișnuite pentru închiderea tuburilor pentru RMN . Aceste tuburi RMN pot fi încălzite fără pierderi de solvent datorită supapei etanșe la gaze. Tuburile RMN cu valve cu orificii T sunt cunoscute în mod obișnuit ca tuburile RMN J. Young, numite după firma care produce aceste valve. Imagini ale acestor tuburi RMN cu supape J. Young pot fi găsite în galerie .

Sticlă sinterizată

Un filtru Büchner cu un sept poros de sticlă sinterizată

Sticla sinterizată este sticlă cu pori foarte fini care poate fi traversată de gaze și lichide. Este produs prin sinterizarea particulelor de sticlă, formând un obiect solid, dar poros. [4] În sticlăria de laborator, se găsește în filtrele de sticlă sinterizată, bule sau aeratoare. Alte aplicații includ umpluturile de coloane cromatografice și paturile de rășină pentru sinteze chimice speciale. Filtrele de sept conțin un disc de sticlă sinterizată utilizat pentru a filtra particulele solide, precipitați sau reziduuri dintr-un lichid, similar hârtiei de filtru. Lichidul poate trece prin porii sticlei sinterizate, în timp ce particulele solide nu pot trece. Filtrele de sept sunt adesea încorporate în diferite tipuri de sticlărie de laborator. [5]

Sticla de spălare cu gaz

Bulboanele, aeratoarele și sticlele de spălare cu gaz sunt echipamente de laborator similare și pot utiliza o bucată de sticlă sinterizată la baza tubului de admisie a gazului. Acest terminal cu sticlă sinterizată este introdus în recipient, astfel încât în ​​timpul utilizării să rămână scufundat în lichid. Pentru a maximiza suprafața de contact gaz / lichid, gazul este suflat încet în recipient prin terminalul de sticlă sinterizată, care servește la divizarea gazului, formând bule foarte mici. Un tip de utilizare a acestui echipament este să saturați lichidul cu gaz, împingând alt gaz. În caz contrar, pot fi utilizate pentru curățarea gazului utilizat: în acest caz, lichidul este utilizat pentru a absorbi componentele gazoase nedorite.

Curățarea obiectelor din sticlă de laborator

Există multe metode de curățare a sticlăriei de laborator. În general, diferitele metode [6] sunt încercate în această ordine:

  • Sticlăria este scufundată într-o soluție de curățare pentru a îndepărta grăsimea și a înmuia majoritatea contaminanților
  • Poluanții mai aspri și particulele mari sunt îndepărtate mecanic prin frecare cu o periuță de dinți sau un tampon de curățat
    • Alternativ, primii doi pași pot fi combinați prin sonicarea sticlei înmuiate într-o soluție caldă de curățare
  • Sticlăria este clătită cu solvenți despre care se știe că dizolvă contaminanții și se elimină ultimele urme

Dacă sticlăria este încă murdară, sunt necesare metode mai drastice. De exemplu, sticlăria este scufundată într-o soluție alcoolică saturată de hidroxid de sodiu sau hidroxid de potasiu („baie bazică”), [6] și apoi într-o soluție diluată de acid clorhidric („baie acidă”) pentru a neutraliza excesul de Bază. Hidroxidul de sodiu curăță sticla prin dizolvarea unui strat subțire de silice, formând silicați solubili. Există metode mai agresive, în general considerate periculoase pentru utilizarea de zi cu zi, deoarece utilizează compuși toxici, corozivi și pot provoca explozii. Aceste metode includ aqua regia (pentru a elimina metalele din filtrele septice poroase), soluția de piranha și amestecul cromic (pentru a elimina materialul organic) și acidul fluorhidric . [6]

Galerie de imagini

Notă

  1. ^ Fișa cu date de siguranță a acidului fluorhidric , la jtbaker.com . Adus 22-09-2009 .
  2. ^ a b c d Rob Toreki, Glassware Joints , The Glassware Gallery , Interactive Learning Paradigms, Inc., 30 decembrie 2006. Accesat la 24 septembrie 2009 .
  3. ^ Glindemann, D., Glindemann, U. (2000). Sticlărie strânsă cu inel de etanșare PTFE pentru îmbinări conice. , American Laboratory 32 (5): 46-48
  4. ^ Glass Frit Info , la adamschittenden.com , Adams & Chittenden Scientific Glass. Adus la 29 decembrie 2007 (arhivat din original la 16 decembrie 2007) .
  5. ^ Rob Toreki, Fritted Funnels , The Glassware Gallery , Interactive Learning Paradigms, Inc, 24 mai 2004. Accesat la 29 decembrie 2007 .
  6. ^ a b c JM McCormick, The Grasshopper's Guide to Cleaning Glassware , pe chemlab.truman.edu , Truman State University , 30 iunie 2006 (arhivat din original la 7 decembrie 2008) .

Alte proiecte

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei