Každý experimentální výsledek začíná volbou nástroje. Na laboratorním stole stojí sklo, které vypadá zaměnitelně, ale není tomu tak: kádinka i odměrná baňka mohou obě pojmout 100 ml, jedna však nese rysky pro pohodlí, zatímco druhá je kalibrována na jediný objem s přesností na desetinu mililitru. Vědět, které je které, a zacházet s každým správně je rozdíl mezi měřením a odhadem. V provozuschopné laboratoři je to zároveň rozdíl mezi rutinní prací a rozbitou buretou, vylitým činidlem nebo chemickým popálením, a proto odborná praxe staví obeznámenost s vybavením před jakýkoli postup.
Princip, který stojí za tímto rozlišením, je jednoduchý a kvantitativní: každý nástroj má určitou toleranci a tolerance nejméně přesného nástroje použitou v postupu určuje přesnost konečného výsledku. Nástroje se také přirozeně třídí spíše podle účelu než podle vzhledu – některé měří veličinu, jiné pouze obsahují kapalinu, některé ji přenášejí, jiné udržují ostatní vybavení v klidu a některé snímají fyzikální vlastnost elektronicky. Učit se je podle funkce je mnohem užitečnější než si pamatovat seznam názvů, protože je to právě funkce, která rozhoduje o tom, jaký nástroj daný experiment vyžaduje.
Tato laboratoř nemá žádnou reakci k provedení a žádná data ke sběru. Budete pracovat systematicky u stolu, postupně vyhledávat a zvedat jednotlivé položky: promývací láhev, odměrný válec, kádinku, Erlenmeyerovu baňku, odměrnou baňku, zkumavku, kapátko, špatuli, kleště, teploměr, pH metr, skleněnou tyčinku, univerzální svorku, pravítko, úhloměr, nádobu na kyselinu, stopky, pipetu, vážící lodičku, buretu a nálevku, a na závěr vložíte magnetické míchadlo do kádinky a víko na kalorimetr. Cílem je rozpoznání a správná manipulace, aby každá následující laboratoř mohla být o vědě, a ne o vybavení.
Vzdělávací cíle
- Rozpoznání standardního inventáře lavice — vyjmenujte na pohled každý z dvaceti dvou nástrojů použitých při této seanci a uveďte jeho kapacitu nebo rozsah, pokud nějaký má.
- Klasifikace podle funkce — roztřiďte každou položku do jedné z pěti skupin: měřicí přístroje, nádoby určené pouze k uchovávání, přenosová zařízení, podstavce držící jiné zařízení a elektronické snímače.
- Pochopení přesnosti a tolerance — vysvětlete, proč kádjka o objemu 100 ml a odměrná baňka o objemu 100 ml nejsou vzájemně zaměnitelné, uspořádejte odměrné sklo podle relativní tolerance a určete, které zařízení určuje přesnost daného postupu.
- Správná manipulace s křehkým a přesným vybavením — berte sklo za tělo spíše než za hrdlo nebo špičku, držte buretu v držáku ve svislé poloze, nedotýkejte se banňky teploměru ani skleněné membrány pH elektrody a odkládejte nástroje tam, kde se nemohou kotálet.
- Bezpečná manipulace s korozivním činidlem — noste po celou dobu laboratorní plášť, ochranné brýle a nitrilové rukavice, přenášejte nádobu s kyselinou oběma rukama nízko nad lavicí a před manipulací s ní se seznamte s umístěním nouzového vybavení.
- Uspořádání pracovního prostoru — rozložte vybavení v pořadí, v jakém bude použito, udržujte pracovní stůl čistý od čehokoli, co postup nevyžaduje, a vracejte každou položku na její místo.
Protokol
- Najděte prášku a pak ji uchopte do ruky.
- Najděte 25ml odměrný válec a pak ho vezměte do ruky.
- Najděte 100 mL kádinku a pak ji vezměte do ruky.
- Najděte 100ml Erlenmeyerovu baňku a pak ji uchopte do ruky.
- Najděte 100 mL odměrnou baňku, pak ji vezměte do ruky.
- Najděte zkumavku, pak ji vezměte do ruky.
- Najdi kapátko a pak ho vezmi do ruky.
- Najděte 5mL lžičku, poté ji vezměte do ruky.
- Najděte kleště, pak je uchopte do ruky.
- Najdi teploměr a pak ho vezmi do ruky.
- Najděte pH metr a pak jej vezměte do ruky.
- Najděte skleněnou tyčinku a pak ji uchopte do ruky.
- Najdi univerzální svorku, pak ji vezmi do ruky.
- Najděte 50cm pravítko a pak ho vezměte do ruky.
- Najdi úhloměr, pak ho vezmi do ruky.
- Najděte nádobu s 1N kyselinou chlorovodíkovou, následně ji uchopte do ruky
- Najdi stopky a spusť je.
- Najděte pipetu, pak ji uchopte do ruky.
- Najděte vážící lodičku, pak ji vezměte do ruky.
- Najděte byretu a pak ji uchopte do ruky.
- Najdi nálevku, pak ji vezmi do ruky.
- Najděte magnetickou stěrku, vezměte ji do ruky a vložte ji do 100ml kádinky.
- Nasaďte víko na kalorimetr.
Předvídané výsledky
Tato laboratoř neprodukuje žádná měření. Měla by produkovat studenta, který dokáže pojmenovat každou věc na stravu, říct, k čemu slouží a jak moc se jí dá věřit. Obě tabulky níže uvádějí tento výsledek ve formě, kterou může učitel ohodnotit.
| Přístroj (pořadí protokolu) | Skupina | Funkce a rozhodující bod manipulace |
|---|---|---|
| Promývací láhev | Převod | Vydává směrovaný proud destilované vody pro oplachování skla a smývání zbytků do nádoby. Stlačujte tělo, nikdy ne trysku. |
| Odměrný válec (25 ml) | Opatření | Měří rozsah objemů až do hodnoty přibližně 1 %. Hladinu menisku odečítejte na úrovni očí, na rovné lavici. |
| Kádinka (100 ml) | Obsahovat | Drží, míchá a ohřívá tekutiny. Jeho stupnice je orientační a nesmí se používat k měření. |
| Erlenmeyerova baňka (100 ml) | Obsahovat | Kónické tělo umožňuje kroužení bez vylití, což je důvod, proč se v něm provádějí titrace. Není to odměrná nádoba. |
| Odměrná baňka (100 ml) | Opatření | Nádoba je kalibrována tak, aby její obsah odpovídal přibližně 0,1 %. Naplňte ji až po rysku, uzavřete zátkou a poté promíchejte převrácením; nikdy ji neohřívejte. |
| Zkumavka | Obsahovat | Pojme několik mililitrů pro kvalitativní test nebo porovnání barev. Bez kalibrace. |
| Kapátko | Převod | Dodá přibližně 0,05 ml na jednu kapku, což je asi dvacet kapek na mililitr. Držte ji svisle a nikdy nedovolte, aby se špička dotkla kapaliny, do které přidáváte. |
| Obracečka | Převod | Přemístěte tuhou látku z nádoby do váženky. Udržujte ji v suchu a na každé činidlo použijte jednu špachtli. |
| Kleště | Převod | Zvedá horké nebo kontaminované předměty bez kontaktu. Uchopte blízko základny předmětu a zvedněte svisle. |
| Digitální teploměr | Smysl | Čte teplotu, obvykle s přesností na 0,1 °C a s odchylkou blízkou 0,5 °C. Ponořte sondu zcela do kapaliny, nikoli k stěně nádoby. |
| pH metr | Smysl | Po dvoubodové kalibraci měří pH s přesností na přibližně 0,01 jednotky. Mezi vzorky elektrodu opláchněte a dbejte na to, aby skleněná membrána nikdy nevyschla. |
| Skleněná tyč | Převod | Míchací tyčinka. |
| Univerzální svorka | Podpora | Drží buretu, teploměr nebo baňku na stojanu. Utáhněte pevně, ale nikoli silněji; přílišné utažení rozbije sklo. |
| Pravítko (50 cm) | Opatření | Odečítá délku přibližně na 0,5 mm s milimetrovými dílky. Čtěte kolmo ke stupnici, abyste předešli paralaxe. |
| Úhloměr | Opatření | Čte úhel přibližně na 0,5°. Zarovnejte základní linku s jedním ramenem a středovou značku s vrcholem. |
| Nádoba na kyselinu (HCl 1 N) | Obsahovat | Obsahuje žíravé reagencie. Noste ji oběma rukama, držte ji pod úrovní ramen a otevírejte ji pouze nad pracovním stolem. |
| Stopky | Opatření | Vyřeší 0,01 s, ale lidská reakce omezuje ručně měřený interval na asi 0,2 s. Spusťte a zastavte jej při definované události. |
| Pipeta | Opatření | Objemová pipeta odebere jeden objem přibližně 0,2 %. Naplň ji pomocí balonku nebo pipetovacího nástroje, nikdy ústy, a špičku pipety lehce přitiskni ke stěně nádoby. |
| Vážicí lodička | Obsahovat | Drží pevnou látku na misce vah. Před přidáním čehokoliv ji vynulujte a pro každé reagens použijte novou. |
| Bureta (50 ml) | Opatření | Poskytuje proměnný objem, čitelný na 0,05 ml. Držte ji svisle, odečtěte meniskus v úrovni očí a otevřete kohout s rukou za ním. |
| Trychtýř | Převod | Navede pevnou látku nebo kapalinu do úzkého hrdla bez ztráty. Podepřete ji v hrdle namísto držení ve vzduchu. |
| Magnetické míchadlo | Převod | Sedí v nádobě a je poháněno pod ní umístěnou magnetickou míchačkou, což zajišťuje míchání bez použití rukou. Vyjměte jej pomocí magnetu, nevylévejte kapalinu ven. |
| Kalorimetr a víko | Obsahovat | Izolovaná nádoba, která omezuje výměnu tepla s místností, takže změnu teploty lze připsat probíhajícímu procesu uvnitř. Víko je součástí izolace, nikoliv krytem pro úhlednost. |
Který přístroj měří objem a jak dobře
| Nástroj | Jmenovitý objem | Typická tolerance | Relativní tolerance | Kalibrace |
|---|---|---|---|---|
| Měrná baňka | 100 ml | ±0,10 ml | 0.1 % | obsahovat (TC) |
| Objemová pipeta | 10 ml | ±0,02 ml | 0.2 % | doručit (TD) |
| Byreta | 50 ml | ±0,05 ml na jedno měření | 0,2 % plného titru | doručit (TD) |
| Odměrný válec | 25 ml | ±0,25 ml | 1 % | doručit, přibližný |
| Kádinka | 100 ml | asi ±5 ml | 5 % | žádná — nejedná se o odměrku |
| Erlenmeyerova baňka | 100 ml | asi ±5 ml | 5 % | žádná — nejedná se o odměrku |
| Kapátko | asi 0,05 ml na kapku | nekalibrovaný | — | žádné |
Z tabulky vyplývají dvě skutečnosti. První z nich je obsahovat proti doručitodměrná baňka je certifikována na objem, který obsahuje, když je naplněna po rysku, takže se v ní připravuje roztok, zatímco pipeta a bureta jsou certifikovány na objem, který vydávají, přičemž se již počítá s filmem, který zůstává na skle. Použití jednoho namísto druhého vnáší chybu přibližně stejné velikosti, jaká je deklarovaná tolerance. Druhou věcí je, že dílky na stupnici neznamenají kalibraci. Značky na kádince existují proto, aby technik viděl, kolik jí je v ní přibližně; jejich považování za měření marní faktor padesáti v přesnosti a je nejčastější jedinou chybou v úvodní laboratoři.
Elektronické přístroje mají své vlastní limity, které se liší od rozlišení jejich displeje. Digitální teploměr s rozlišením 0,1 °C má obvykle přesnost přibližně 0,5 °C, takže poslední číslice je užitečná pro sledování změny, nikoli však pro udávání absolutní teploty. pH metr měří s přesností na 0,01 pH, ale jeho přesnost je omezena přesností poslední dvoubodové kalibrace a během jednoho dne dochází k odchylce o několik setin. Stopky mají rozlišení 0,01 s, avšak interval měřený ručně zahrnuje přibližně 0,2 s lidské reakční doby, což je dvacetkrát více než jejich rozlišení — to je důvod, proč se při časových experimentech používají časové brány nebo dlouhé intervaly namísto rychlejších stopek. V každém z těchto případů je přesnost měření omezena přesností přístroje, nikoli počtem číslic na displeji.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
9. až 10. ročník
- Zaměření rozpoznávání, slovní zásoba a bezpečné zacházení.
- Aktivity: vyhledejte a vezměte do ruky všechny nástroje uvedené v protokolu a nahlas pojmenujte každý z nich; uveďte objem každého skleněného nádobí; roztřiďte veškeré vybavení na pracovním stole do pěti funkčních skupin; určete tři křehké předměty a uveďte, jak by se měl každý z nich držet; před zahájením práce ukažte na nouzové vybavení v místnosti.
11. ročník
- Zaměření zdůvodnění volby měřicího přístroje a srovnání přesnosti.
- Aktivity: vysvětlete, proč se k přípravě roztoku o stanovené koncentraci používá odměrná baňka namísto kádinky a proč se titrace provádí v Erlenmeyerově baňce namísto kádinky; seřaďte odměrné přístroje od nejméně přesného po nejpřesnější a uveďte relativní toleranci každého z nich; vyberte vybavení potřebné pro dva popsané pokusy a zdůvodněte každý výběr; vysvětlete rozdíl mezi přístrojem kalibrovaným na objem a přístrojem kalibrovaným na výstup.
12. ročník / Úroveň college
- Zaměření tolerance nástrojů a profesionální laboratorní standardy.
- Aktivity: Pro daný vícestupňový postup určete, která sada nástrojů určuje přesnost konečného výsledku; rozlište rozlišení od přesnosti u teploměru, pH metru a stopky a vysvětlete, proč další číslice nezlepšují ani jedno; popište, co znamená certifikace třídy A a kdy je vyžadována; specifikujte kalibraci, kterou každý elektronický přístroj potřebuje a jak často; navrhněte seznam vybavení s tolerancemi pro experiment podle vlastního návrhu a obhajte každou položku.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Promývací láhev
- Odměrný válec (25 ml)
- Kádinka (100 ml)
- Erlenmeyerova baňka (100 ml)
- Odměrná baňka (100 ml)
- Zkumavka (50 ml)
- Kapátko (1 ml)
- Lopatka (5 ml)
- Kleště
- Digitální teploměr
- pH metr
- Skleněná tyč
- Univerzální svorka
- Pravítko (50 cm)
- Úhloměr
- Stopky
- Pipeta
- Vážicí lodička
- Bureta (50 ml)
- Trychtýř
- Magnetické míchadlo
- Kalorimetr s víkem
- Laboratorní plášť, ochranné brýle a nitrilové rukavice
Produkty
- Kyselina chlorovodíková HCl 1 N (odpovídající 1,0 mol/l) v původním obalu
- Destilovaná voda (v promývací lahvi)