Chimia de banc este tipul care se efectuează în cel mai tradițional mod – omul de știință amestecă și manipulează substanțele chimice direct, fără a folosi niciunul dintre dispozitivele de înaltă tehnologie sau abordările teoretice care pot fi asociate cu cele mai de ultimă oră aspecte ale disciplina. În esență, implică experimente și demonstrații care pot fi făcute cu câteva substanțe chimice; unele eprubete, baloane și pahare; și un arzător Bunsen. Imaginea stereotipă a unui om de știință într-o haină albă de laborator care toarnă substanțe chimice dintr-o eprubetă în alta este un exemplu perfect de chimie de banc. „Chimie umedă” este uneori folosită ca sinonim pentru această activitate; cu toate acestea, este un termen industrial cu o definiție mult mai flexibilă și se poate referi și la utilizarea echipamentelor de înaltă tehnologie care, în general, nu se găsesc la un banc de lucru de laborator.
tehnici
Termenul „chimie de banc” acoperă multe tehnici științifice diferite care sunt folosite într-un laborator. O regulă generală este că, dacă este o metodă care poate fi exersată cu ușurință la un banc de lucru, fără ca un computer să facă majoritatea calculelor și analizelor, atunci este o tehnică de chimie de banc. Metodele analitice includ titrarea, analiza gravimetrică, testele la flacără și testele cu mărgele de borax. Probele de elemente sau compuși pot fi, de asemenea, pregătite la masa de lucru. Experimentarea, sau pur și simplu amestecarea lucrurilor pentru a vedea ce se întâmplă, este adesea o activitate de bancă și multe descoperiri importante continuă să fie făcute în acest fel.
Metode de analiză
O mare parte din chimie se referă la analiză: investigarea unui eșantion de material pentru a determina ce elemente sau compuși conține. Deși există instrumente, cum ar fi spectrometrele, care pot fi folosite pentru a efectua analize detaliate, există și o mare varietate de teste simple pe banc, care pot fi făcute pur și simplu prin amestecarea uneia sau două substanțe sau încălzirea ceva într-o flacără Bunsen. Aceste proceduri pot fi de modă veche, dar nu necesită echipamente scumpe și pot învăța elevii multe despre chimie. În trecut, acestea au dus la descoperiri importante, cum ar fi descoperirea de noi elemente.
Titrarea – uneori numită analiză volumetrică – este o metodă folosită pentru a stabili concentrația unui compus dizolvat. De exemplu, dacă un chimist dorește să știe cât de mult acid clorhidric este prezent într-o soluție în apă, ea poate adăuga o soluție alcalină, cum ar fi hidroxidul de sodiu, de concentrație cunoscută până când soluția rezultată este neutră. Apoi este posibil să se calculeze concentrația acidului clorhidric din volumul de soluție de hidroxid de sodiu utilizat.
Analiza gravimetrică se bazează mai degrabă pe masă decât pe volum și implică cântărirea compusului sau elementului de interes, după izolarea acestuia dintr-o probă. De exemplu, pentru a afla cantitatea de metal prezentă într-un minereu, un chimist ar putea mai întâi să dizolve minereul într-un acid, apoi să adauge o bază care reacționează cu metalul pentru a forma un compus care nu este solubil. Acesta va ieși din soluție ca o pulbere fină cunoscută sub numele de precipitat, care poate fi apoi filtrată și cântărită. Apoi, prin cunoașterea greutăților atomice ale metalului și ale celorlalte elemente din compusul precipitat, este posibil să se determine cât de mult metal a fost prezent în minereu.
Un test de flacără se bazează pe culorile produse atunci când anumite metale sunt puternic încălzite într-o flacără Bunsen. De exemplu, bariul va da verde, stronțiu, roșu și cesiu, albastru. În mod normal, testul se efectuează folosind un fir de platină cu o buclă mică la capăt, care este folosită pentru a ridica o cantitate mică de probă și pentru a o introduce în flacără.
O altă modalitate de a detecta metalele este testul cu mărgele de borax. Din nou, folosind o buclă de sârmă de platină, o cantitate mică de borax (tetraborat de sodiu) este topită într-o flacără Bunsen, apoi folosită pentru a ridica o cantitate mică de probă. Acest amestec este apoi topit din nou la flacără pentru a forma o mărgele mică, rotundă. Metalele prezente în probă vor produce mărgele de diferite culori. Culoarea depinde, de asemenea, de partea flăcării în care mărgea este încălzită, iar mărgea poate schimba culoarea pe măsură ce se răcește. Din culorile produse, este adesea posibil să se identifice ce metal este prezent.
Pregătirea probelor de substanțe chimice
Metodele de banc pot fi, de asemenea, utilizate pentru a pregăti sau purifica mostre de anumite substanțe chimice. Distilarea este o tehnică comună. Un amestec de lichide cu diferite puncte de fierbere – de exemplu, apă și etanol – poate fi separat prin introducerea acestuia într-un balon conectat la un condensator sau într-o retortă și încălzirea acestuia la o temperatură peste punctul de fierbere al unuia, dar sub punctul de fierbere al celuilalt. Lichidul cu punctul de fierbere inferior este vaporizat și poate fi condensat și colectat.
Precipitația este o altă metodă care poate fi folosită pentru a prepara o substanță chimică insolubilă în apă. O probă pură de carbonat de calciu (CaCO3), de exemplu, poate fi preparată prin amestecarea unei soluții dintr-un compus de calciu solubil – cum ar fi clorura de calciu (CaCl2) – cu o soluție de carbonat solubil – cum ar fi carbonatul de sodiu (Na2CO3); într-un pahar. Carbonatul de calciu formează un precipitat la fundul paharului. Celălalt produs al reacției, clorura de sodiu (NaCl), care este solubilă, ar putea fi obținut prin evaporarea lichidului rămas. Această metodă poate fi utilizată pentru a prepara mulți compuși diferiți.
Banca
Chimia de banc își ia numele de la bancul de lucru tradițional de laborator. Se găsesc atât în laboratoarele industriale, cât și în cele academice și aproape toți cei care învață științele naturii vor lucra la una dintre aceste bănci la un moment dat. Acestea sunt de obicei rezistente la pete, căldură și coroziune, astfel încât deversările de substanțe chimice și experimentele greșite nu provoacă daune semnificative și pot fi echipate cu prize de gaz la care poate fi atașat un arzător Bunsen. Unele bancuri de lucru sunt, de asemenea, înconjurate de sisteme de ventilație cunoscute sub numele de hote pentru a proteja utilizatorii de gazele toxice care pot fi eliberate în timpul anumitor reacții chimice.