Základní zásady chování a práce v chemické laboratoři Vedení pracovního protokolu Pracovní protokoly jsou písemné záznamy o vypracovaných experimentálních úkolech. Následující pokyny neplatí jen pro vedení protokolů v Laboratorní technice chemie, ale pro vedení protokolů o experimnetální práci obecně! Všechny poznámky zaznamenáváme zásadně do sešitu, nikoli na volné papíry. Během práce si zapisujeme stručné poznámky (o změnách oproti návodu, o pozorovaných skutečnostech, o konkrétním způsobu ředění, výpočty, na milimetrový papír načrtneme grafy, atd.). Po skončení úkolu vypracujeme přehledný protokol. Protokol musí obsahovat: 1. Datum. 2. Název úlohy. 3. Ukol úlohy + princip. 4. Soupis pomůcek (u méně známých pomůcek nákres nebo podrobný popis a popis pouţívání) + schema aparatury či zapojení. U přístrojů musí být uvedeno označení (výrobce a typ přístroje). 5. Postup práce a průběh pokusu. V postupu práce zaznamenáme, jak se skutečně pracovalo, nikoli jak se pracovat mělo! Uvedeme tedy všechny chyby a omyly, jichţ jsme se dopustili, i všechny vnější okolnosti, které měly vliv na průběh práce (např. špatně vypočtená naváţka – nutnost přípravy nového roztoku, výpadek elektrického proudu, ...) Do postupu zaznamenámy všechny pouţité číselné hodnoty (naváţky, odměřené objemy, pouţité koncentrace – nezapomeneme si je zapsat zejména u roztoků, které jsme nepřipravovali sami, číselné údaje přístrojů – např. tlak na manometru tlakové nádoby). 6. Zpracování výsledků – výpočty, grafy. U výpočtů nezapomeneme na rozměry (jednotky). Každá tabulka a graf musí mít svůj název. 7. Zhodnocení úlohy – pokud je to účelné (např. kritický pohled na výsledky, konstatování příčin eventuálního nezdaru, návrh na efektivnější postup práce pro opakování úkolu). Např.: Z proměřené kalibrační křivky stanovení železnatých iontů o-fenantrolinem plyne, že závislost absorbance na koncentraci je lineární v rozmezí koncentrací Fe2+ od .... do.......
Obecné zásady práce v laboratoři Obecné zásady pro práci v praktikových místnostech chemie jsou shrnuty v provozním řádu, s nímţ je kaţdý student před započetím práce seznámen. Zde jsou zopakovány a rozvedeny nejdůleţitější zásady pro úvodní laboratorní kursy. 1. Do laboratoře – pouze sešit na protokoly, psací potřeby, ochranný oděv (plášť – výhradně bavlněný nebo jakýkoli bavlněný oděv, který povaţujete za pracovní). 2. Dodrţovat pořádek a čistotu na pracovním stole a v praktikové máístnosti, pracovat s rozmyslem, v případě nejasností se poradit s vedoucím praktika. 3. Probíhající pokus nesmí student nechat bez dozoru. 4. Tam, kde je to účelné, pouţívat ochranné pomůcky (štíty, brýle, rukavice, gumová zástěra,...). Ochranné pomůcky po pouţití ukládat na patřičná místam jejich eventuální poškození nahlásit ihned vedoucímu praktika. 5. V laboratoři je zakázáno jíst a pít, kouřit se nesmí nejen v laboratořích, ale v celých budovách BF. 6. Není dovoleno provádět ze soukromého zájmu práce a pokusy nesouvisející se zadanými úkoly!!! 7. Chemikálie (i studenty připravované roztoky či preparáty) je nutno uchovávat ve vhodných obalech s přesným označení obsahu. V případě poškození ihned označení obnovit. Dočasné pracovní označení (např. na kádinky při přípravě roztoků) je moţné psát fixem na sklo, pokud nepracujeme s org. rozpouštědly. Trvalejší označení na štítky tuţkou nebo propisovačkou. 8. Nepouţíva poškozené (byť třeba jen nepatrně naprasklé) skleněné nádoby, zejména ne k zahřívání. 9. Lahve o objemu větším neţ dva litry nikdy nenosit pouze za hrdlo, přidrţet druhou rukou za dno nádoby. 10. Běţné zahřívání provádíme na elektrických vařičích. Nestavět skleněné kádinky na příliš horký vařič! Laboratorní nádobí z polyetylenu (kádinky , odměrky,...) nesmí do blízkosti vařiče! Při zahřívání pouţíváme varné kamínky k zabránění utajenému varu. 11. Látku, která byla k pokusu odebrána ze zásobní lahve zásadně nevracet zpět do zásobní lahve (i kdyţ byla např. u kapaliny pouze odlita do čisté kádinky či odměrného válce, nebo u pevné látky odsypána či lţičkou odebrána do čisté suché kádinky či do váţenky). Proto ze zásobních lahví odebíráme jen minimální nutné mnoţství! 12. Umývání nádobí: Vypláchnout dokonale vodovodní vodou, při větším znečištění vymýt kartáčem (štětkou) a mycím prostředkem (prášek, detergent), pak vypláchnout vodovodní vodou. Nakonec opláchnout alespoň 3x malým mnoţstvím destilované vody. Umyté odloţit dnem vzhůru nebo poloţit tak, aby nedošlo k zaprášení, na čistý filtrační papír nebo na speciální sušicí stojan. Do stolu ukládat aý po usušení. 13. Před odchodem uklidit povrch stolu a zkontrolovat, zda jsou vypnuté všechny spotřebiče, které byly při práci pouţity.
Práce s kyselinami, louhy, jedovatými látkami, práce s organickými rozpouštědly Zvláště dbát na dovré uzavření lahví a zřetelné označení. Kyseliny je moţné přechovávat v lahvích se skleněnými uzávěry, louhy nikdy (zátka se “zapeče”), pro louhy vhodná PE zátka, event. gumová. Lahve plnit je do méně neţ ¾ objemu, aby při přelévání kapalina vytékala rovnoměrně. Ředění koncentrovaných kyselin: kyselina do vody (ochranné pomůcky: brýle, štít, gumové rukavice). Ředění louhů: louh sypat pomalu po částech opatrně do vody, míchat tyčinkou (opět ochranné pomůcky). Přelévání roztoků, rozpouštědel: vţdy po stěně do mírně nakloněné nádoby; u méně zkušených pracovníků zásadně s pouţitím nálevky. Odměřování kyselin, louhů, roztoků jedovatých látek, organických rozpouštědel: odměrnými válci, injekčními stríkačkami, pipetami s nasávacím zařízením (nenasávat ústy). Rozlité kyseliny neutralizovat posypáním sodou (Na2CO3), pak setřít hadrem (na rukou gumové rukavice). Rozsypaný louh smést, opatrně nasypat do PE kbelíku, rozpustit ve vodovodní vodě, pod tekoucí vodou spláchnout do výlevky. Rozlitý roztok louhu stírat hadrem namočeným do roztoku cca 5 – 8 % kyseliny octové. Likvidace roztoků po práci: roztoky louhů a kyselin lze vlévat do proudu tekouci vody opatrně tak, aby roztok necákal po výlevce a okolí. Organická rozpouštědla s vodou mísitelná lze v malém mnoţství (jednotky ml) vylít do odpadu za předpokladu dostatečného spláchnutí vodou (alespoň 500 násobek vylévaného mnoţství). Aceton a jiná vysoce hořlavá rozpouštědla do odpadu nesmíme vylévat. Organická rozpouštědla s vodou nemísitelná – nesmí přijít do vodovodního odpadu, slévají se zvláštních odpadních nádob k tomu určených, pro chlorovaná rozpouštědla musí být zvláštní nádoba. Veškeré manipulace s látkami dýmavými, dráţdivými, zapáchajícími je nutno provádět v digestoři (s přední stěnou staţenou tak, aby obličej byl chráněn, ale ruce mohly pracovat).
Laboratorní pomůcky, chemické nádobí Laboratorní sklo: měkké (tyčinky, spojovací trubice, kapiláry), tvrdé – označení SIMAX (většina varného a odměrného skla). Zahřívání skla: Tenkostěnné nádoby (kádinky, baňky) lze zahřívat přímo na vařiči či plamenem kahanu (přes síťku), ale nikoli prázdné. Tenkostěnné zkumavky lze zahřívat i přímo plamenem (ústí odvrácené od obličeje vlastního i kolegů), ale opatrně. Silnostěnné nádoby (prachovnice, odměrné válce, třecí misky,...) nezahřívat nikdy nad 60 0C (ani při sušení v sušárnách). Nikdy nezahřívat varné sklo, které má praskliny, byť nepatrné. Druhy základního chemického nádobí: Kádinky: vysoká (obr.1), nízká (obr. 2). Tenkostěnné varné sklo. Vyrábějí se v objemech 10, 25, 50, 100, 150, 250, 400, 600, 1000, 2000 ml.
Baňky: S plochým dnem (obr.3) – vhodné k práci za obyčejného tlaku (např. k destilaci), s kulatým dnem (obr. 4) – vhodné pro práci za sníţeného tlaku (kulaté či jinak zaoblené dno je odolnější vůči sníţenému tlaku), baňka Erlenmayerova = baňka konická (obr. 5), baňka titrační - jako baňka 3, ale širší hrdlo a nikdy nemá zábrus. Střička polyethylenová (obr. 6) – se skleněným zobáčkem, v praktiku jsou střičky celé z PE) – slouţí především k vyplachování menších nádob destilovanou vodou, k přidávání malých mnoţství destilované vody. Střičky se vyrábějí obvykle na objem 250 a 500 ml. Krycí (hodinová) skla (obr. 7) slouţí k přikrytí nádob (kádinek), k sušení látek v sušárnách, ke krystalizaci malých mnoţství roztoků. Pyknometry (obr. 8) jsou nádoby k přesnému stanovení hustoty kapalin. Objem na pyknometru uvedený je pouze přibliţný, přesný objem se stanoví váţením kapaliny o známé hustotě – nejčastěji H2O (hustotu vody pro známou teplotu přesně změřenou kvalitním teploměrem lze nalézt v tabulkách). Odměrné válce (obr. 9) slouţí k odměřování kapalin, není-li poţadována velká přesnost (chyba cca 1%).Válce se vyrábějí o objemech 10ml, 25ml, 50ml, 100ml, 250ml, 500ml, 1000ml, 2000ml. Odměrné baňky (obr. 10) slouţí k přípravě roztoků o přesně známé molární koncentraci (odměrných roztoků). Jsou přesně kalibrována na určitý objem (5, 10, 25, 50, 100, 200, 250, 500, 1000, 2000ml), udaný objem je objem baňky k rysce na hrdle – baňky jsou tedy kalibrovány na dolití k rysce. Pipety nedělené (obr. 11) a dělené (obr. 12) umoţňují opakovaně přesně odměřovat daný objem. Z dělených pipet lze odměřovat libovolné mnoţství kapaliny, které lze (od rysky k rysce) na pipetě odečíst. Z nedělených pipet je moţné odměřit pouze celý objem pipety (tj. např. 10 ml z desetimililitrové pipety, 50 ml z padesátimililitrové pipety, 1 ml z jednomililitrové pipety). Pipety jsou – na rozdíl od odměrných baněk – kalibrovány na vylití. Výpustní otvor pipety při vypouštění roztoku drţíme vţdy u stěny nádoby, aby se pipetovaný roztok nerozstřikoval o hladinu a aby proud z pipety byl plynulý (aby kapalina neodkapávala po kapkách) – jen tak vyteče z pipety přesně ten objem, na nějţ je pipeta kalibrována. Pipetu necháme (s otvorem při stěně) volně vytéci, nevyfukujeme ani nevyklepáváme! Velikost pipet: Nedělené 0,5ml, 1ml, 2 ml, 5 ml, 10ml, 15 ml – není moc obvyklá, 20ml, 25ml, 50 ml, 100ml. Dělené: 1 ml, 2ml, 5ml, 10ml, 25ml. Pro odměřování objemů menších neţ 0,5 ml slouţí speciální injekční stříkačky a mikropipety (0,1 l – 5 ml) na jeden pevně nastavený objem či nastavitelné v určitém rozsahu objemů. Byrety (obr. 13,14) slouţí k přesnému odměřování kapalin zejména při titracích. U bezbarvých a světle zbarvených kapalin smáčejících sklo odečítáme objem z polohy spodního okraje menisku, u neprůhledných roztoků (např. KMnO 4) odečítáme objem z polohy horního okraje menisku při stěně byrety.
Zásobní lahve (skleněné, polyethylenové, polypropylenové): širokohrdlé (obr. 15) - tzv. prachovnice – slouţí k uchovávání pevných látek; úzkohrdlé (obr. 16) - tzv. reagenční lahve – slouţí k uchovávání kapalin; zásobní lahve na destilovanou vodu (obr. 17). Exsikátory (obr. 18) slouţí k vysoušení praparátů a k přechovávání hygroskopických látek. Ve spodní části je umístěna sušicí náplň (silikagel – často obarvený sloučeninami kobaltu, P2O5, CaCl2, H2SO4, ....), na perforovanou porcelánovou esku se ukládají sušené preparáty (v kádince, na hodinovém skle, v porcelánovém kelímku). Velikost exsikátoru se udává jeho průměrem (běţně 10 aţ 40 cm). Třecí miska + tlouček (obr. 19) slouţí k roztírání pevných látek před navaţováním, k rozmělňování materiálu před dalším zpracováním. Odpařovací misky (obr. 20) slouţí k odpařování roztoků na vodní lázni (např. miska se poloţí na kádinku vhodné velikosti naplněnou vodou, s ní na vařič, vroucí voda v kádince zahřívá misku, pokud odpařování trvá déle, voda v kádince se dolévá). Petriho misky (obr. 21) mají dva díly (miska + přesahující víčko). Pouţití – pro média k pěstování mikrobiálních kultur. Nálevky filtrační (obr.23) slouţí k filtraci za atmosférického tlaku. Filtrace se provádí přes hladký nebo skládaný filtr (obr.24), skládaný pouţijeme tehdy, chceme-li filtraci urychlit (má větší povrch, filtrace probíhá rychleji). Někdy lze filtrovat přes smotek vaty (even. vaty skleněné) zastrčený do začátku stopky nálevky – pouţívá se tehdy, chceme-li odstranit malé mnoţství hrubších nečistot. Nálevka Büchnerova (obr.25) je porcelánová nálevka s rovným perforovaným dnem, na něţ se vkládá filtrační papír (obr. 26). Nálevka slouţí k filtraci za sníţeného tlaku (obr. 27), k filtraci za sníţeného tlaku potřebujeme kromě Büchnerovy nálevky ještě odsávačku, těsnicí gumu a vodní vývěvu. Nálevky dělicí (obr. 28, 29) slouţí k vytřepávání (tj. k převádění látky z jedné kapalné fáze do druhé, v níţ je látka lépe rozpustná a která je s původním rozpouštědlem nemísitelná). Odsávačky s olivkou (obr. 30) slouţí k filtraci za sníţeného tlaku (obr. 27). Jsou silnostěnné, nesmí se proto zahřívat, pro filtraci za horka se musí opatrně předehřát (horkou vodou). Promývačky (obr. 31) a promývačky s fritou (obr. 32) slouţí k čištění plynů, které v promývačce probublávají kapalinou (roztokem), která zachycuje neţádoucí příměsi (např. koncentrovaný roztok NaOH k odstanění CO2 z plynné směsi). Chladiče (obr. 33) slouţí ke kondenzaci par při destilaci, chladicí voda se pouští proti proudu kondenzujících par (přívod studené chladicí vody na ten konec, kde páry jsou jiţ zkondenzovány a přitékající studená voda pouze ochlazuje kondenzát, odvod chladicí vody z místa, kde přicházejí horké páry z varné baňky do chladiče). Zkumavky (obr. 34) slouţí k provádění reakcí, k přímému ohřívání malých mnoţství kapalin.
Kleště chemické (obr. 35) sluţí zejména k přenášení horkých předmětů (např. ţíhacích kelímku z pece či ze stojanu při ţíhání plamenem kahanu do exsikátoru na vychladnutí). Ţíhací kelímek (obr. 36) slouţí k přímému zahřívání na vysoké teploty, vkládá se do trianglu (obr. 36a) umístěného na kruhu přímo nad plamenem kahanu nebo přímo do ţíhací pece). Kahany (obr. 37) – různé typy; otvory ve spodní části slouţí k přívodu vzduchu. Při zapalování musí být tyto otvory uzavřeny, jinak hrozí, ţe plamen “skočí” dovnitř kahanu a můţe dojít k výbuchu. Dojde-li k tomu, ţe plamen začne hořet uvnitř kahanu, ihned zavřít přívod plynu a tím uhasit plamen, počkat, aţ kahan vychladne, pak zapálit znovu s uzavřeným přívodem vzduchu. Rozloţení teploty plamene ukazuje obr. 38. Zařízení k přípravě plynů: Ostwaldova baňka (obr. 39), Kippův přístroj (obr. 40). Vodní vývěva (obr. 41) slouţí k odsávání vzduchu z aparatury (tedy ke sniţování tlaku v aparatuře).
Základní operace v chemické laboratoři Vážení Určování hmotnosti je jednou z nejrozšířenějších operací v laboratoři, je to nejpřesnější metoda určování mnoţství (i pro zjištění objemu je to nejpřesnější metoda, známe-li přesně hustotu při dané teplotě pro stanovenou kapalinu, proto i třeba správnou kalibraci pipet můţeme ověřit váţením). Váhy se rozdělují do skupin podle váţivosti (tj. maximální hmotnosti, kterou lze na nich váţit) a podle přesnosti, s níţ můţeme hmotnost stanovit. V laboratořích se setkáme se dvěma typy vah: předvážky – podle provedení váţivost od 100 g do několika kg, citlivost od 0,01g do jednotek gramů; analytické váhy – váţivost obvykle 100 nebo 120 g, citlivost nejčastěji 0,0001 g (vyjímečně ve specializovaných laboratořích 0,00001 g), vzhledem k citlivosti při navaţování jsou opatřeny krytem kolem misky navaţovací. Základní deska vah musí mít vodorovnou polohu (pro kontrolu je na desce kaţdých vah libela). Elektronické váhy jsou jednomiskové, po zatíţení vah miska mění polohu, změna polohy je snímána elektronicky. Elektronické váhy nemají ţádnou aretaci, proto je nutné váţené předměty vkládat na misku opatrně. Při přidávání či odebírání chemikálie při vážení vždy sejměte nádobu s navažovanou chemikálii z misky vah !!!!! – přidání či ubrání proveďte na stole vedle vah, pak teprve znovu vloţte nádobu na misku ke zváţení. Naváţení “přesně asi” či “přibliţně přesně” určitého mnoţství látky:
Je-li v návodu napsáno např. “navaţte přesně asi 1,5 g látky ....”, znamená to, ţe musíme naváţené mnoţství znát přesně (tj. navaţujeme je na analytických vahách s přesností na 10-4 g), ale naváţené mnoţství nemusí být 1,5000g, můţe se pohybovat v rozmezí 10% od údaje v návody (tedy v našem případě od 1,3500g do 1,6500g). Naváţené mnoţství však musíme znát a uvádět s maximální moţnou přesností, tedy na desetiny mg. Měření objemu kapalin Kádinka: Lze pouţít jen k orientačnímu velmi přibliţnému určení objemu. Nepatří v pravém slova smyslu mezi pomůcky na měření objemu. Odměrný válec: Slouţí k přibliţnému odměřování objemu. Ke správnému odečtení objemu kapaliny je nutno válec drţet tak, aby válec byl ve vertikální poleze a hladina kapaliny byla ve výši očí pozorovatele (válec zvednemu do výše očí, neklekáme si na kolena vedle stolu!). Hladina vytváří meniskus, ryska na válci odpovídající spodní části menisku (u bezbarvých kapalin nebo světlých roztoků) udává objem kapaliny. Byreta: Slouţí k přidávání titračního roztoku při titraci a k přesnému změření přidaného mnoţství. Byreta se upevňuje pomocí dvou kříţových svorek s klemami k laboratornímu stojanu do přesně vertikální polohy (klemy musí přidrţovat byretu tak, aby sklo nebylo namáháno, a musí přichycovat byretu v místech mimo stupnici). Byreta se plní pomocí nálevky (nebo přímo z malé kádinky), do byrety se nalije roztok vţdy nad rysku s označením 0. Po nalití byrety se část roztoku odpustí, aby se z úseku pod kohoutem byrety vypudil vzduch, byreta se znovu naplní nad rysku 0. Těsně před započetím titrace se odpustí kapalina tak, aby spodní okraj menisku byl právě na rysce 0. Pod byretou při plnění a pod byretou s roztokem musí být vţdy podstavena nádoba (kádinky). Pipeta: Slouţí k přesnému odměřování při přidávání kapalin. Rukou se dotýkáme pouze horní části pipety (nad rozšířenou částí u nedělené pipety, v horní třetině u dělené pipety!!!!!) . Pipetu ponoříme zúţenou částí do kapaliny tak, aby byla ponořena jen špička pipety, a kapalinu nasajeme (ústy nebo pomocí nasávacího zařízení) nad horní značku (rysku). Po nasátí horní konec rychle uzavřeme ukazováčkem. Špičku pipety vytáhneme nad hladinu nasávané kapaliny, drţíme ji tak, aby se otvorem dotýkala stěny nádoby, a přebytečnou kapalinu z pipety odpustíme pozvolným uvolněním ukazováčku. Dolní konec pipety stále držíme přitisknutý šikmo ke stěně nádoby – kapalina tak teče souvislým proudem, ne po kapkách trhaně, čímţ umoţníme přesné nastavení menisku na rysku pipety. Jakmile spodní okraj menisku dosáhne kruhové značky (rysky), silně přitiskneme ukazováček na horní otvor pipety. Pipetu přendáme do nádoby, kam potřebujeme pipetovaný roztok přenést, opřeme spodní okraj šikmo o stěnu nádoby, do níţ pipetujeme (a to nad hladinou kapaliny!!!!, pokud tam jiţ nějaká je), a necháme kapalinu volně vytéci. Počkáme ještě tři vteřiny, pak okraj pipety lehce otřeme o stěnu nádoby, vyndáme a odloţíme. Objem, který takto z pipety vytekl, je přesně objem, na nějţ je pipeta kalibrovaná (nenecháme se zmást tím, ţe ve špičce pipety trochu roztoku zůstalo – to je v pořádku).
Odměrné baňky, příprava roztoků o přesné koncentraci (odměrných roztoků): Odměrné baňky slouţí k přípravě roztoků o přesně známé molární koncentraci. Nejčastěji připravujeme roztoky pevných látek. Pevnou látku tedy nejprve přesně naváţíme (předem jsme si spočetli, jakou naváţku potřebujeme k připravě roztoku o poţadované koncentraci). Navaţujeme do kádinky o objemu ne větším neţ je objem odměrné baňky, do níţ roztok připravujeme. Postup viz návody k praktiku 06/07 nebo www stránky uvedené níže. (Pokud se nám podaří při doplňování baňku přelít nad rysku, musíme začít znovu od navaţování do čisté suché kádinky.) Odměrný roztok v odměrné baňce necháváme zavřený zátkou, pokud s ním zrovna nepracujeme (aby se neodpařoval a neměnila se tím koncentrace).
Filtrace a dekantace Oba způsoby slouţí k oddělování pevné fáze od fáze kapalné. Filtrace s jednoduchým filtrem, skládaným filtrem, za sníţeného tlaku – viz vysvětlení u druhů chemického nádobí. Dekantace: Pouţívá se u hrubých suspenzí, které dobře sedimentují v gravitačním poli, slouţí k promývání takových pevných látek. Při dekantaci sléváme kapalinu nad usazenou pevnou fází.
Podrobnější údaje o postupech v laboratorní technice naleznete:
http://www.natur.cuni.cz/anorchem/LabTech/ Uvod1, Uvod2.
