وسایل آزمایشگاهی: ابزارهای همکار دانشمند
یک نگاه کلی: دو خانواده اصلی در آزمایشگاه
همانطور که در آشپزخانه وسایلی از جنس شیشه مانند لیوان و قوری داریم و وسایلی از جنس فلز یا پلاستیک مانند قاشق و قابلمه، در آزمایشگاه هم وسایل به طور کلی به دو دستهٔ بزرگ تقسیم میشوند. این دستهبندی به ما کمک میکند تا خواص و کاربردهای آنها را بهتر به خاطر بسپاریم.
| دستهبندی | ویژگیهای کلیدی | نمونههای پرکاربرد |
|---|---|---|
|
شیشهآلات (وسایل اندازهگیری و نگهداری) |
مقاوم در برابر خوردگی توسط مواد شیمیایی، شفاف، درجهبندی شده برای اندازهگیری دقیق، نسبت به حرارت مستقیم (البته نه همه) حساس. | بورت2، ارلن3، بشر4، استوانه مدرج5، پیپت6 |
|
وسایل غیرشیشهای (وسایل کاربردی و کمکی) |
از جنس فلز، چوب، پلاستیک یا سرامیک. برای حرارت دادن، نگهداری، مخلوط کردن یا ساختوساز به کار میروند. | سهپایه و توری نسوز، چراغ بونزن7، هاون چینی، میله همزن، پایه و گیره |
شیشهآلات آزمایشگاهی: چشم و دستان دقیق آزمایش
این وسایل نقش اصلی در اندازهگیری و نگهداری مواد شیمیایی دارند. درجهبندی روی آنها مانند خطکش مدرسه، اما بسیار دقیقتر است. مهم است بدانیم هر کدام برای چه نوع اندازهگیریای مناسبتر است.
برای درک بهتر، فرض کنید میخواهید آب یک پارچ بزرگ را بین دوستانتان به طور مساوی تقسیم کنید. ممکن است از یک لیوان مدرج استفاده کنید تا مطمئن شوید به هرکس دقیقاً یک لیوان میرسد. در آزمایشگاه، استوانه مدرج برای اندازهگیری تقریبی حجم مایعات (مثل اندازهگیری 200 میلیلیتر آب) به کار میرود. پیپت، که شبیه یک نی بلند و دقیق است، برای برداشتن و انتقال حجمهای دقیقتر (مثل 25.0 میلیلیتر) استفاده میشود. بورت هم مانند یک قیف شیردار بسیار دقیق است که به ما امکان میدهد قطره قطره مایعی را به ظرف دیگری اضافه و حجم مصرف شده را دقیقاً اندازهگیری کنیم؛ مانند وقتی که قطره قطره رنگ را به یک سطل آب اضافه میکنیم تا به رنگ دلخواه برسیم.
| نام وسیله | شکل کلی و تشبیه | کاربرد اصلی | دقت |
|---|---|---|---|
| بشر (Beaker) | لیوان بلند با لبهٔ دهان گشاد و یک زائده برای ریختن. شبیه یک لیوان شیر خوری با لبهای برای ریختن. | همزدن، مخلوط کردن، حرارت دادن غیرمستقیم و نگهداری مایعات. برای اندازهگیری دقیق مناسب نیست. | کم |
| ارلن (Erlenmeyer Flask) | ظرف مخروطی شکل با دهانه باریک. شبیه یک بطری آب معدنی بدون گردن بلند. | همزدن بدون ریختن مایع، گرم کردن محلولها، انجام تیتراسیون9. دهانهٔ باریک آن از پاشیدن مایع جلوگیری میکند. | کم |
| استوانه مدرج (Graduated Cylinder) | لولهای بلند و باریک با پایه. شبیه شمع بلند و قطور. | اندازهگیری حجم مایعات به صورت تقریبی تا نسبتاً دقیق. | متوسط |
| پیپت (Pipette) | لولهای بسیار باریک و بلند. شبیه یک نی پزشکی دقیق. | انتقال و اندازهگیری حجمهای دقیق و کم مایع. | زیاد |
وسایل کمکی: دستیاران چندکارهٔ آزمایشگاه
این وسایل زمینه را برای انجام یک آزمایش ایمن و موفق فراهم میکنند. مانند ابزارهای یک آشپز حرفهای که فقط قابلمه و لیوان نیستند، بلکه شامل چاقو، تختهبرش، اجاق گاز و دستکش نیز میشوند.
چراغ بونزن: منبع تولید حرارت و شعله در آزمایشگاه است. مشابه اجاق گاز آشپزخانه، اما با کنترل دقیقتر روی اندازه و دمای شعله. با تغییر میزان هوای ورودی، میتوان شعلهٔ آبی و داغ (برای گرم کردن سریع) یا شعلهٔ زرد و سردتر (برای گرم کردن ملایم) ایجاد کرد.
سهپایه و توری نسوز: برای قرار دادن ظروف شیشهای (مانند بشر یا ارلن) روی شعله به کار میروند. توری نسوز مانند یک توزیعکنندهٔ حرارت عمل میکند و از شکستن ناگهانی شیشه به دلیل حرارت مستقیم و متمرکز جلوگیری میکند. مانند زیرقابلمهای که از سوختن ته غذا جلوگیری میکند.
هاون چینی: برای خرد کردن و آسیاب کردن مواد جامد به پودر نرم استفاده میشود. دقیقاً مانند هاون و دستههایی که در آشپزخانه برای کوبیدن زعفران یا سیر استفاده میشود.
از تئوری تا عمل: یک آزمایش ساده با وسایل واقعی
بیایید کاربرد برخی از این وسایل را در یک آزمایش ساده و ملموس ببینیم: تهیهٔ محلول نمک طعام با غلظت مشخص.
فرض کنید میخواهیم 100 میلیلیتر آب نمک با غلظت 5% وزنی/حجمی بسازیم. این یعنی در هر 100 میلیلیتر محلول، 5 گرم نمک حل شده باشد. مراحل کار به این صورت است:
- اندازهگیری نمک: ابتدا با استفاده از ترازوی دقیق آزمایشگاهی، دقیقاً 5.0 گرم نمک را وزن میکنیم. (ترازو نیز جزو وسایل غیرشیشهای و بسیار مهم است).
- اندازهگیری آب: یک استوانه مدرج100 میلیلیتری برمیداریم. آن را روی سطح صاف میگذاریم و تا خط نشانهٔ 100 mL از آب مقطر پر میکنیم. دقت میکنیم که مِنِیسک آب را درست از زاویهٔ دید همسطح بخوانیم.
- حل کردن نمک: آب را به آرامی داخل یک بشر میریزیم. سپس نمک وزن شده را به آن اضافه میکنیم. با یک میلهٔ همزن شیشهای، محلول را به آرامی هم میزنیم تا تمام بلورهای نمک کاملاً حل شوند. از بشر استفاده کردیم چون دهانهٔ گشاد آن برای همزدن راحتتر است.
- نگهداری: محلول آماده شده را میتوانیم برای استفادههای بعدی در یک ارلن یا یک بطری شیشهای بریزیم و درپوش بگذاریم. ارلن به دلیل دهانه باریک، از تبخیر سریع آب بهتر جلوگیری میکند.
در این آزمایش ساده، با چهار نوع وسیلهٔ آزمایشگاهی (ترازو، استوانه مدرج، بشر، میله همزن و ارلن) آشنا شدیم و کاربرد هرکدام را در یک فرآیند واقعی دیدیم.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: زیرا در حین انجام برخی واکنشهای شیمیایی، ممکن است بر اثر گرم شدن یا تولید گاز، محتویات آن به صورت ناگهانی به بیرون پاشیده شود. این امر میتواند باعث آسیب جدی به چشمها شود. همیشه از زاویهٔ کنار و با فاصلهٔ ایمن به ظروف نگاه کنید.
پاسخ: خیر. فقط شیشهآلاتی که از جنس پیرکس10 یا شیشههای مقاوم به حرارت ساخته شدهاند را میتوان حرارت مستقیم داد. شیشههای معمولی ممکن است ترک بخورند یا بشکنند. حتی برای شیشههای مقاوم نیز استفاده از توری نسوز برای پخش کردن یکنواخت حرارت ضروری است. هرگز بشر یا ارلن خالی را روی حرارت مستقیم قرار ندهید.
پاسخ: در آزمایش مثال زده شده، از این فرمول استفاده کردیم. فرمول کلی به این صورت است:
پاورقی
1 وسایل آزمایشگاهی (Laboratory Equipment / Labware): به کلیه ابزارها، ظروف و دستگاههایی گفته میشود که برای انجام فعالیتهای علمی، تحقیقاتی و آموزشی در یک آزمایشگاه مورد استفاده قرار میگیرند.
2 بورت (Burette): لولهای بلند، باریک و مدرج با یک شیر در انتها برای خروج دقیق مایع.
3 ارلن (Erlenmeyer Flask): ظرف مخروطی شکل با دهانه باریک.
4 بشر (Beaker): ظرف استوانهای با لبهٔ دهان گشاد و معمولاً دارای یک زائده برای ریختن مایعات.
5 استوانه مدرج (Graduated Cylinder): وسیلهای استوانهای با پایه برای اندازهگیری حجم مایعات.
6 پیپت (Pipette): لولهای باریک برای مکش و انتقال حجمهای دقیق مایع.
7 چراغ بونزن (Bunsen Burner): وسیلهای برای تولید شعلهای تمیز و قابل کنترل با گاز.
8 مِنِیسک (Meniscus): انحنای سطح مایع درون یک ظرف باریک، که در مایعات مانند آب به شکل مقعر دیده میشود.
9 تیتراسیون (Titration): یک روش تجزیهی حجمی برای تعیین غلظت یک ماده ناشناخته با استفاده از واکنش با یک ماده استاندارد با غلظت معلوم.
10 پیرکس (Pyrex): نام تجاری یک نوع شیشهٔ بوروسیلیکاتی که مقاومت بالایی در برابر حرارت و شوک حرارتی دارد.
