Fiecare rezultat experimental începe cu alegerea unui instrument. O masă de laborator conține sticlărie care pare interschimbabilă, dar nu este: un pahar Berzelius și un balon cotat pot conține ambele 100 mL, totuși unul are gradații pentru comoditate, în timp ce celălalt este etalonat pentru un singur volum, cu o precizie de o zecime de mililitru. A ști care este care și a le manipula corect pe fiecare reprezintă diferența dintre o măsurătoare și o presupunere. Într-un laborator activ, aceasta este, de asemenea, diferența dintre o ședință de rutină și o biuretă spartă, un reactiv vărsat sau o arsură chimică, motiv pentru care practica profesională plasează familiarizarea cu echipamentul înaintea oricărei proceduri.
Principiul care stă la baza distincției este simplu și cantitativ: fiecare instrument are o toleranță, iar toleranța celui mai puțin precis instrument utilizat într-o procedură stabilește precizia rezultatului final. De asemenea, instrumentele se clasifică în mod natural după scop, mai degrabă decât după aspect — unele măsoară o cantitate, altele conțin doar un lichid, unele îl transferă, altele mențin stabil alt echipament, iar altele detectează electronic o proprietate fizică. Învățarea lor după funcție este mult mai utilă decât memorarea unei liste de denumiri, deoarece funcția este cea care decide de ce instrument are nevoie un anumit experiment.
Acest laborator nu are nicio reacție de rulat și niciun date de colectat. Veți lucra metodic la bancul de lucru, localizând și ridicând fiecare element pe rând: sticla de spălare, cilindrul gradat, paharul Berzelius, balonul Erlenmeyer, balonul cotat, eprubeta, pipeta Pasteur, spatula, cleștele, termometrul, pH-metrul, bagheta de sticlă, clema universală, rigla, raportorul, recipientul pentru acid, cronometrul, pipeta, sticla de cântărire, biureta și pâlnia, terminând prin plasarea unei bare de agitare magnetică în paharul Berzelius și a capacului pe calorimeter. Scopul este recunoașterea și manipularea corectă, astfel încât fiecare laborator care urmează să se poată concentra asupra științei, mai degrabă decât asupra echipamentului.
Obiective educaționale
- Recunoașterea inventarului standard pentru bancul de lucru — denumește pe loc fiecare dintre cele două precizate douăzeci și două de instrumente folosite în această sesiune și menționează-i capacitatea sau diapazonul, acolo unde are așa ceva.
- Clasificare după funcție — sortează fiecare articol în unul dintre cele cinci grupuri: instrumente care măsoară, vase care doar conțin, dispozitive care transferă, suporturi care susțin alte echipamente și senzori electronici.
- Înțelegerea preciziei și a toleranței — explică de ce un pahar de laborator de 100 mL și un balon cotat de 100 mL nu sunt interschimbabile, clasificați instrumentele volumetrice în funcție de toleranța relativă și identificați care instrument stabilește precizia unei anumite proceduri.
- Manipularea corectă a echipamentelor fragile și de precizie — apucați articolele din sticlă de corp, mai degrabă decât de gât sau de vârf, mențineți o biureta în poziție verticală în clema ei, evitați să atingeți rezervorul unui termometru sau membrana de sticlă a unui electrod de pH și așezați instrumentele în locuri de unde nu se pot rostogoli.
- Manipularea în siguranță a unui reactiv coroziv — purtați în permanență un halat de laborator, ochelari de protecție și mănuși de nitril, transportați un recipient cu acid cu ambele mâini și aproape de bancul de lucru și cunoașteți amplasamentul echipamentului de urgență înainte de a-l atinge.
- Organizarea spațiului de lucru — aranjați echipamentul în ordinea în care va fi utilizat, păstrați masa de lucru liberă de orice nu este necesar pentru procedură și returnați fiecare element la locul său.
Protocol
- Localizați sticla de spălat, apoi luați-o în mână.
- Localizați cilindrul gradat de 25 mL, apoi luați-l în mână.
- Localizați paharul Berzelius de 100 mL, apoi luați-l în mână.
- Localizați balonul Erlenmeyer de 100 mL, apoi luați-l în mână.
- Localizați balonul cotat de 100 mL, apoi luați-l în mână.
- Localizați eprubeta, apoi luați-o în mână.
- Localizează picurătorul, apoi ia-l în mână.
- Localizați spatula de 5 mL, apoi luați-o în mână.
- Localizați cleștele, apoi luați-l în mână.
- Localizați termometrul, apoi luați-l în mână.
- Localizați pH-metrul, apoi luați-l în mână.
- Localizați bagheta de sticlă, apoi luați-o în mână.
- Localizați clema universală, apoi luați-o în mână.
- Găsește rigla de 50 cm, apoi ia-o în mână.
- Găsește raportorul, apoi ia-l în mână.
- Localizați recipientul cu acid clorhidric 1N, apoi luați-l în mână
- Găsește cronometrul și pornește-l.
- Identifică pipeta, apoi ia-o în mână.
- Localizați barca de cântărire, apoi luați-o în mână.
- Găsiți eprubeta, apoi luați-o în mână.
- Găsește pâlnia, apoi ia-o în mână.
- Localizați bara de agitare magnetică, apucați-o și introduceți-o în vasul de 100 ml.
- Pune capacul calorimetrului.
Rezultate anticipate
Acest laborator nu produce nicio măsurătoare. Ceea ce ar trebui să producă este un student care poate numi fiecare obiect de pe bancul de lucru, poate spune pentru ce este și poate spune în ce măsură poate fi încredere în el. Cele două tabele de mai jos pun acel rezultat într-o formă pe care un profesor o poate nota.
| Instrument (ordin de protocol) | Grup | Funcție și punctul de manipulare care contează |
|---|---|---|
| Sticlă de spălare | Transfer | Livrează un jet direcționat de apă distilată pentru clătirea sticlăriei și spălarea rezidurilor într-un vas. Strângeți corpul, niciodată duza. |
| Cilindru gradat (25 mL) | Măsoară | Măsoară un interval de volume de până la aproximativ 1 %. Se citește nivelul inferior al meniscului la nivelul ochilor, pe o bancă orizontală. |
| Pahar Berzelius (100 mL) | Conține | Tine, amestecă și încălzește lichide. Graduțiile sale sunt nominale și nu trebuie folosite ca măsurătoare. |
| Balon Erlenmeyer (100 mL) | Conține | Corpul conic permite agitarea învolburată fără vărsare, motiv pentru care titrările sunt efectuate într-unul. Nu este un vas de măsurare. |
| Balon cotat (100 mL) | Măsoară | Calibrat să conțină un volum de aproximativ 0,1 %. Umpleți până la marcaj, închideți cu dopul, apoi amestecați prin răsturnare; nu îl încălziți niciodată. |
| Eprubetă | Conține | Ține câțiva mililitri pentru un test calitativ sau o comparație de culori. Nealibrant. |
| Picurător | Transfer | Livrează aproximativ 0,05 mL pe picătură, cam douăzeci de picături pe mililitru. Țineți-l în poziție verticală și nu lăsați niciodată vârful să atingă lichidul în care adaugă. |
| Spatulă | Transfer | Mută o substanță solidă din recipientul ei pe o nacelă de cântărire. Păstrează-o uscată și folosește o spatulă pentru fiecare reactiv. |
| Clește | Transfer | Ridică obiecte fierbinți sau contaminate fără contact. Prindeți aproape de baza obiectului și ridicați pe verticală. |
| Termometru (digital) | Sens | Citește temperatura, de obicei cu o rezoluție de 0,1 °C și o precizie de aproximativ 0,5 °C. Scufundă sonda complet în lichid, nu pe peretele vasului. |
| pH-metru | Sens | Citește pH-ul cu o precizie de aproximativ 0,01 unități după o calibrare în două puncte. Clătiți electrodul între probe și nu lăsați niciodată membrana de sticlă să se usuce. |
| Baghetă de sticlă | Transfer | Agită și ghidează un lichid care este turnat astfel încât să curgă pe baghetă în loc să curgă peste buză. Nu este un termometru și nu este o pârghie. |
| Clemă universală | Suport | Susține o biretă, un termometru sau un balon pe un stand. Strângeți până când este ferm și nu mai mult; strângerea excesivă sparge sticla. |
| Riglă (50 cm) | Măsoară | Citește lungimea până la aproximativ 0,5 mm cu diviziuni de milimetru. Citește perpendicular pe scală pentru a evita paralaxa. |
| Raportor | Măsoară | Citește un unghi cu o precizie de aproximativ 0,5°. Aliniați linia de bază cu un braț și semnul central cu vârful. |
| Recipient pentru acid (HCl 1 N) | Conține | Conține reactivul coroziv. Du-l cu ambele mâini, ține-l sub nivelul umerilor și deschide-l numai deasupra bancului. |
| Cronometru | Măsoară | Rezolvă 0,01 s, dar reacția umană limitează un interval cronometrat manual la aproximativ 0,2 s. Porniți-l și opriți-l la un eveniment definit. |
| Pipetă | Măsoară | O pipetă volumetrică eliberează un volum de aproximativ 0,2 %. Umpleți-o cu ajutorul unui balon sau al unui pipetor, niciodată cu gura, și atingeți ușor peretele recipientului cu vârful pipetei. |
| Nacelă de cântărire | Conține | Susține o substanță solidă pe platanul balanței. Tarați-o înainte de a adăuga ceva și folosiți una curată pentru fiecare reactiv. |
| Biuretă (50 mL) | Măsoară | Livrează un volum variabil, lizibil la 0,05 mL. Mențineți-l în poziție verticală, citiți meniscul la nivelul ochilor și deschideți robinetul cu mâna în spatele acestuia. |
| Pâlnie | Transfer | Ghidează un solid sau un lichid într-un gât îngust fără pierderi. Sprijină-l în gât în loc să-l ții în aer. |
| Magnet de agitare | Transfer | Se așază în recipient și este pus în mișcare de plita cu agitare de dedesubt, asigurând o amestecare fără mâini. Recuperați-l cu un magnet, nu prin turnarea lichidului. |
| Calorimetru și capac | Conține | Un recipient izolat care limitează schimbul de căldură cu încăperea, astfel încât o modificare a temperaturii să poată fi atribuită procesului din interior. Capacul face parte din izolație, nu este un simplu capac pentru aspect. |
Ce instrument măsoară un volum și cât de bine
| Instrument | Volum nominal | Toleranță uzuală | Toleranță relativă | Calibrare |
|---|---|---|---|---|
| Balon cotat | 100 mL | ±0,10 mL | 0.1 % | a conține (TC) |
| Pipetă volumetrică | 10 ml | ±0,02 mL | 0.2 % | a livra |
| Bureta | 50 mL | ±0,05 mL pe citire | 0,2 % dintr-un titru complet | a livra |
| Cilindru gradat | 25 mL | ±0,25 mL | 1 % | a livra, aproximativ |
| Pahar Berzelius | 100 mL | aproximativ ±5 mL | 5 % | niciunul — nu este un vas de măsurare |
| Balon Erlenmeyer | 100 mL | aproximativ ±5 mL | 5 % | niciunul — nu este un vas de măsurare |
| Picurător | aproximativ 0,05 mL pe picătură | necalibrat | — | niciunul |
Din tabel rezultă două distincții. Prima este a conține împotriva a livraun balon volumetric este certificat pentru volumul pe care îl conține atunci când este umplut până la marcaj, caz în care o soluție este preparată în acesta, în timp ce o pipetă și o biuretă sunt certificate pentru volumul pe care îl eliberează, pelicula rămasă pe sticlă fiind deja luată în considerare. Utilizarea unuia în locul celuilalt introduce o eroare de aproximativ aceeași mărime cu toleranța declarată. A doua este că gradațiile nu implică calibrare. Marcajele unui pahar Berzelius există pentru ca un tehnician să poată vedea aproximativ cât se află în acesta; tratarea lor ca o măsurătoare irosește un factor de cincizeci în precizie și este cea mai comună eroare singulară într-un laborator introductiv.
Instrumentele electronice au propriile lor limite, care nu sunt aceleași cu rezoluția afișajului lor. Un termometru digital care indică 0,1 °C este, de obicei, precis la aproximativ 0,5 °C, astfel încât ultima cifră este utilă pentru a urmări o modificare, dar nu și pentru a raporta o temperatură absolută. Un pH-metru afișează până la 0,01 pH, dar este la fel de bun pe cât este cea mai recentă etalonare în două puncte a sa, având o derivă de câteva sutimi în decursul unei zile. Un cronometru are o rezoluție de 0,01 s, totuși un interval măsurat manual implică o eroare de aproximativ 0,2 s din cauza timpului de reacție uman, adică de douăzeci de ori mai mare decât rezoluția sa – motivul pentru care experimentele de cronometrare utilizează fotocelule sau intervale lungi, în locul unui cronometru mai rapid. În fiecare caz, raportul corect este limitat de acuratețe, nu de numărul de cifre de pe afișaj.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele a IX-a și a X-a
- Concentrare: recunoaștere, vocabular și manipulare în siguranță.
- Activități: localizați și ridicați fiecare instrument din protocol, numindu-le pe fiecare cu voce tare; precizați capacitatea fiecărui recipient de sticlă; sortați întreaga bancă de lucru în cele cinci grupe funcționale; identificați cele trei elemente care sunt fragile și spuneți cum trebuie ținut fiecare; indicați echipamentul de urgență din cameră înainte de a începe.
Clasa a XI-a
- Concentrare: justificarea unei alegeri a instrumentului și compararea preciziei.
- Activități: Un balon cotat este utilizat în locul unui pahar Berzelius pentru prepararea unei soluții cu o concentrație determinată, deoarece balonul cotat este calibrat pentru a conține un volum extrem de precis la o temperatură specificată (de obicei 20°C), având un gât îngust care reduce eroarea de citire a meniscului. În schimb, paharul Berzelius are marcaje de volum grosiere și aproximative, fiind nepotrivit pentru măsurători volumetrice exacte. O titrare se efectuează într-un Erlenmeyer (vas conic) și nu într-un pahar Berzelius deoarece forma conică a vasului Erlenmeyer permite agitarea viguroasă a lichidului prin rotație fără riscul de a vărsa conținutul, iar gâtul său îngust minimizează pierderile prin stropire și previne contaminarea. Clasificarea instrumentelor volumetrice de laborator în ordinea crescătoare a preciziei (de la cea mai puțin precisă la cea mai precisă) și toleranțele relative aproximative ale acestora sunt următoarele: 1. Paharul Berzelius (Beaker) – toleranță relativă de aproximativ ±5% 2. Cilindrul gradat – toleranță relativă de aproximativ ±1% 3. Pipeta gradată – toleranță relativă de aproximativ 0,1% – 0,5% 4. Pipeta cotată (volumetrică) – toleranță relativă de aproximativ 0,02% – 0,05% 5. Balonul cotat – toleranță relativă de aproximativ 0,02% – 0,04% *(Notă: Toleranța relativă depinde de capacitatea specifică a fiecărui vas).* Diferența dintre un instrument calibrat să conțină (TC - "To Contain") și unul calibrat să livreze (TD - "To Deliver"): - Un instrument calibrat să conțină (TC), cum este balonul cotat, este conceput pentru a măsura exact volumul de lichid pe care îl reține în interior. Atunci când este golit, se ia în considerare pelicula de lichid care aderă la pereții interiori (nu trebuie agitat sau spălat pentru a elibera volumul integral). - Un instrument calibrat să livreze (TD), cum sunt pipeta și biureta, este conceput pentru a furniza volumul exact indicat de marcaj. Acesta ia deja în considerare lichidul rezidual care rămâne pe pereții interiori după scurgere (de aceea, de exemplu, la pipete nu se suflă ultima picătură, cu excepția celor cu golire prin suflare). *(Notă: Selectarea echipamentului pentru cele două experimente menționate în prompt nu poate fi realizată deoarece descrierea experimentelor nu a fost inclusă în textul furnizat).*.
Clasa a XII-a / Nivel universitar
- Concentrare: toleranțele instrumentelor și standardele de laborator profesionale.
- Activități: pentru o procedură dată în mai multe pași, să se identifice ce set de instrumente stabilește precizia rezultatului final; să se distingă rezoluția de acuratețe pentru termometru, pH-metru și cronometru și să se explique de ce cifrele în plus nu îmbunătățesc niciuna dintre acestea; să se descrie ce înseamnă certificarea Clasa A și când este necesară; să se specifice calibrarea de care are nevoie fiecare instrument electronic și cât de des; să se propună o listă de echipamente, cu toleranțe, pentru un experiment conceput de ei înșiși și să se justifice fiecare element.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Sticlă de spălare
- Cilindru gradat (25 mL)
- Pahar Berzelius (100 mL)
- Balon Erlenmeyer (100 mL)
- Balon cotat (100 mL)
- Eprubetă (50 mL)
- Picurător (1 mL)
- Spatulă (5 mL)
- Clește
- Termometru digital
- pH-metru
- Baghetă de sticlă
- Clemă universală
- Riglă (50 cm)
- Raportor
- Cronometru
- Pipetă
- Nacelă de cântărire
- Biuretă (50 mL)
- Pâlnie
- Magnet de agitare
- Calorimetru cu capac
- Halat de laborator, ochelari de protecție și mănuși de nitril
Produse
- Acid clorhidric HCl 1 N (echivalent cu 1,0 mol/L), în recipientul său
- Apă distilată (în sticla de spălare)