Химию можно просто определить как естественную науку, изучающую материю. Материя – это любая субстанция, которая имеет массу и занимает пространство (имея объем). Таким образом, химия — это наука, изучающая и анализирующая все свойства, строение, поведение и химические компоненты материи, а также изменения, которые они претерпевают во время химической реакции с другими веществами. В определение материи входят атомы, ионы, частицы и все, что из них состоит. Примеры включают людей, растения, камни, воду, ионы, атомы, чашки, стаканы и игрушки. Поскольку все они занимают пространство и имеют массу, они являются материей. Однако музыка, мысли, микроволны, радуги и солнечные лучи не материя; таким образом, эти вещи обычно не изучаются химиками.
Такие субдисциплины, как органическая, аналитическая, физическая и неорганическая химия, входят в область химических наук. Органическая химия изучает органическую жизнь и ее молекулы. Аналитическая химия изучает материалы в аналитических смесях. Физическая химия изучает атомы, молекулы и другие химические системы и их поведение. Наконец, неорганическая химия изучает материалы небиологического происхождения. В последние годы появились дополнительные подразделения химии, такие как биохимия, бионеорганическая химия, химия окружающей среды и другие. Химию можно отнести к физическим наукам, наряду с астрономией, физикой и геологией.
Изучение химии может быть качественным (проведение наблюдений) или количественным (анализ данных и измерений). Своими научными исследованиями химики не только открывают свойства природного мира, но и стремятся его улучшить. Например, создание новых лекарств для лечения болезней.
В химической лаборатории необходимы различные инструменты и измерительное оборудование в зависимости от того, что необходимо измерить. Узнайте о названии и назначении многих различных инструментов, используемых в химической лаборатории, и изучите различные типы стеклянной посуды и других расходных материалов, которые используются. Обновлено: 21.08.2021
Введение
Точно так же, как механик использует разные инструменты для ремонта определенных частей автомобиля, а художник может использовать другую кисть для создания определенного вида картины, химики тщательно выбирают инструмент, который они собираются использовать, в зависимости от того, что они делают. Выбор наиболее подходящего оборудования для измерения — одна из самых важных вещей, которые вы можете сделать, чтобы уменьшить количество ошибок в эксперименте.
Например, если вам нужно отмерить 2,4 грамма вещества, вам не стоит выбирать весы, которые измеряют до ближайшего грамма. Вы хотели бы тот, который выходит на ближайшую десятую часть грамма. Итак, отправляйтесь в это путешествие по химической лаборатории, где мы увидим, какое оборудование потребуется для приготовления раствора соленой воды, а затем для измерения его плотности.
Измерение и измельчение соли
Наша первая остановка — обычное оборудование: весы . Весы используются для определения массы вещества . Часто вы сначала измеряете массу вещества, затем взаимодействуете с чем-то, а затем измеряете его массу. Весы бывают самые разные, и лучше всего убедиться, что вы измеряете именно тем, который имеет точность, необходимую для эксперимента. Например, если у вас есть небольшое количество порошка, который вы измеряете, вы, вероятно, захотите использовать весы, которые измеряют с точностью до сотой или тысячной доли грамма. Если вы измеряете массу большого количества жидкости, вам могут понадобиться только весы, которые измеряют с точностью до грамма. Для нашего гипотетического эксперимента мы собираемся отмерить 58,4 г твердого хлорида натрия (или соли), поэтому нам нужно будет использовать весы, измеряющие с точностью до десятых долей грамма.
Заполненный жидкостью стакан на весах
Как только мы измерим его, мы заметим, что соль имеет большие куски, и может потребоваться некоторое время, чтобы раствориться, чтобы сделать наш раствор. Если вам когда-нибудь понадобится размолоть вещество в мелкий порошок , вы захотите использовать ступку и пестик . Это увеличит площадь поверхности нашего твердого тела, разбив его на более мелкие частицы и, опять же, позволит нам растворить его в растворе намного быстрее.
Растворение соли
Затем мы поместим нашу соль в стакан , добавим немного воды и перемешаем, чтобы соль растворилась и образовался раствор. Стаканы также бывают разных форм и размеров, и на них обычно есть маркировка объема. Однако вы никогда не должны использовать их для точного измерения. Обозначения объема следует использовать только в качестве приблизительных значений. Химические стаканы используются для смешивания, перемешивания, нагревания и наливания жидкостей. Пока мы перемешиваем соль и воду, мы замечаем, что часть ее выплескивается в стороны. Мы не хотим больше терять наш раствор, поэтому мы собираемся перенести его в более подходящую для этой работы стеклянную посуду: колбу Эрленмейера.
Колба Эрленмейера имеет узкое горлышко, поэтому ее часто используют для хранения и перемешивания растворов. С их помощью очень удобно растворять твердые вещества, потому что узкое горлышко позволяет вращать жидкость, не беспокоясь о том, что она прольется или выплеснется.
Хорошо, теперь наша соль полностью растворилась в воде, которую мы добавили, но мы хотели бы сделать раствор объемом 500 мл. Лучшей стеклянной посудой для этой работы является мерная колба , в которой готовят стандартные растворы. Дно отлично подходит для растворения или смешивания жидкостей, а узкое горлышко идеально подходит для точного измерения жидкости. Начнем с того, что перельем наш концентрированный солевой раствор из колбы Эрленмейера в мерную колбу на 500 мл, а затем заполним ее до линии на горлышке. Мы создали 2-молярный солевой раствор (мы вернемся к молярности позже).
Измерение плотности раствора соленой воды
Три размера градуированного цилиндра
Теперь нам просто нужно определить плотность этого раствора. Как вы помните, плотность равна массе, деленной на объем. Точно так же, как на кухне вы, вероятно, не станете размешивать тесто для торта в мерном стакане, в химической лаборатории есть определенные предметы из стекла для смешивания и реакции, а также определенные предметы для измерения. Нам понадобится лучшее оборудование для измерения точного объема моего раствора. У нас есть пара вариантов.
Во-первых, это градуированный цилиндр. Градуированный цилиндр бывает разных размеров и является очень хорошим инструментом для измерения объема жидкости. Размер, который вы используете, зависит от того, сколько жидкости вы измеряете. Например, вы не захотите измерять 50 мл воды мерным цилиндром на 500 мл, если у вас есть доступ к мерному цилиндру на 50 или 100 мл.
Еще более точным прибором для измерения объема жидкости является бюретка. Бюретка используется для точного измерения объема жидкости. Поскольку он такой узкий, он может измерять до ближайшей десятой доли миллилитра. Он имеет небольшое сопло в нижней части для дозирования небольшого количества жидкости и используется при титровании, когда важна точность. Мы собираемся использовать бюретку, чтобы отмерить 10,0 мл нашего солевого раствора, а затем поместить эти 10,0 мл солевого раствора на весы, которые показывают 11,0 г. Плотность нашего раствора соли рассчитывается как масса (11,0 г), деленная на объем (10,0 мл), что равно 1,10 г/мл.
Испарение воды
Теперь, просто для удовольствия, мы собираемся выпарить воду из раствора и получить нашу соль. Часто в лаборатории вы можете отделять жидкость от твердого вещества в растворе, поэтому вам нужно выпарить жидкость с помощью испарительной чашки. Чашки для выпаривания очень мелкие и обеспечивают большую площадь поверхности для превращения жидкости в газ, оставляя твердое вещество позади. Чашу для выпаривания можно нагреть, чтобы ускорить процесс выпаривания.
Мы могли бы использовать одну из двух вещей, чтобы нагреть наш раствор соли: электроплитку или горелку Бунзена, обе из которых используются для нагревания вещества. При работе с легковоспламеняющимися веществами может быть лучше использовать горячую плиту, чем горелку Бунзена, поскольку горелка Бунзена использует пламя для нагрева.
При использовании горелки Бунзена вам понадобится что-то, чтобы держать испарительную посуду над пламенем. Для этого мы будем использовать лабораторную опорную подставку или подставку для колец, как это и звучит, подставку для вашего оборудования, чтобы вам не приходилось ее держать. К нему можно прикрепить разные виды зажимов – например, зажимы для пробирок или термометров. Мы собираемся прикрепить к нему кольцо, чтобы оно могло держать нашу испарительную посуду.
Если бы нам нужно было нагреть нашу соль до чрезвычайно высокой температуры — например, если бы мы собирались расплавить хлорид натрия, — нам пришлось бы использовать тигель. Тигель — это емкость, которая может нагреваться до очень высоких температур и может использоваться как с крышкой, так и без нее.
Вероятно, самая распространенная стеклянная посуда, которая приходит на ум, когда вы думаете о слове «химия», — это пробирка. Они бывают разных размеров и используются для хранения различных веществ и проведения реакций.
На них обычно нет меток, поэтому они не используются для измерения. Мы могли бы также налить наш солевой раствор в пробирку и, используя щипцы для пробирок или зажим для пробирок и подставку для колец, нагреть его над пламенем горелки Бунзена.
Последнее оборудование, о котором я должен упомянуть, это эксикатор. Эксикатор используется для поддержания образца в сухом состоянии. Он содержит камеру на дне, которая содержит влагопоглощающее вещество. Если вы обезвоживаете что-то, вы можете хранить это здесь между испытаниями или на ночь, чтобы ваше вещество не регидратировалось из-за влаги в воздухе.
Резюме урока
Это всего лишь краткий список нескольких из множества единиц оборудования, которые вы будете использовать в химической лаборатории. Имейте в виду, что важно знать, какое оборудование использовать, чтобы уменьшить потенциальную ошибку и ваш эксперимент был успешным.