Szkło laboratoryjne

W tym miejscu opiszemy z grubsza szkło, które stosowane jest w laboratoriach.

O szkło laboratoryjne, tak jak o talerze prababci, należy dbać. Dobrze by było, gdyby szkło pozostawało czyste, kiedy jest nieużywane, a już na pewno należy je wymyć i osuszyć przed każdym eksperymentem. Jeśli nasze naczynia mają rysy lub wyszczerbienia musimy pamiętać, że intensywne ich eksploatowanie (np. ogrzewanie do wysokich temperatur) zapewne zakończy się pęknięciem.

Przy czyszczeniu trzeba się ze szkłem obchodzić delikatnie. Nie raz przytrafiło mi się wybić denko z probówki. Do czyszczenia używamy detergentów. Jeśli usuwamy jakieś konkretne zabrudzenia - np. osady wodorotlenków, czy węglanów - można użyć rozcieńczonego kwasu, czy np. wody utlenionej do usuwania osadów pozostawianych przez manganian(VII) potasu.

Szkło przechowujemy w szafce lub na półce, które nie są narażone na inwazję młodszego rodzeństwa, psa, etc...

Szkła nie należy silnie rozgrzewać, a potem gwałtownie chłodzić, bo pęknie, chyba że jest to szkło żaroodporne takie jak kwarcowy Termisil. W handlu popularnymi szkłami są również Simax, czy Pyrex. Każde z nich ma inny skład i od zastosowania zależy, które jest lepsze. Najpopularniejsze z pewnością jest jednak szkło Termisil. Jest dobre nie tylko do domowego laboratorium, ale również do tych bardziej zaawansowanych. Skład procentowy tego szkła, to: tlenek krzemu SiO₂ - 80%, tlenek boru B₂O₃ - 12%, tlenek sodu Na₂O - 4%, oraz inne domieszki takie jak tlenek glinu Al₂O₃, tlenek wapnia CaO, tlenek arsenu As₂O₃, tlenek magnezu MgO, czy tlenek potasu K₂O.

Przyjrzyjmy się teraz ważniejszym typom szkła chemicznego.

Probówka

Względnie najbardziej podstawowy element wyposażenia laboratorium chemicznego. Probówki wbrew pozorom są mocno zróżnicowane nie tylko pod względem rozmiaru. Klasyczna jest probówka okrągłodenna z wywinięciem. Wywinięcie to element wykańczający probówkę ułatwiający umieszczenie w niej korka korkowego lub gumowego. Są także probówki z wykończeniem na szlif* oraz z płaskim dnem.

*) Szlif - typ wykończenia szkła chemicznego pozwalający na szczelne łączenie różnych elementów bez używania dodatkowych łączników np. gumowych. Zobacz też hasło w Wikipedii: Szlif laboratoryjny

Probówki mają różnorodne zastosowanie. Rozpoczynając od przechowywania gazów (np. otrzymanych nad wodą), cieczy i ciał stałych (na krótko, bądź dłużej jeśli probówka ma korek np. na szlif), poprzez ogrzewanie, mieszanie itd... aż po funkcje reaktora. Bardzo często w probówkach przeprowadzamy reakcje strąceniowe i inne niewymagające dużych ilości reagentów.

Lewa probówka to popularna probówka okrągłodenna z wywinięciem, druga zaś to probówka płaskodenna bez wywinięcia ze skalą, praktycznie tożsama z cylindrem miarowym (→ dalej).

Zlewka

Przykładowa zlewka z prawej to zlewka niska. Zlewki wysokie mają większy stosunek wysokości do średnicy. Jest to zlewka z wylewem* i właśnie takie są najczęściej spotykane. Raczej wszystkie mają wywinięcie.

*) Wylew - mocniejsze zagięcie na wywiniętej krawędzi ułatwiające przelewanie cieczy z jednego naczynia do innego.

Wielkości zlewek są bardzo różne od zupełnie malutkich 20 ml po wielkie kilku litrowe. Służą zwykle jako reaktory oraz zbiorniki do chwilowego przechowywania cieczy. W zlewkach często odmierzamy ciecze i prowadzimy ich ogrzewanie (w większych ilościach). Mogą być elementem łaźni wodnych, itd.

Krystalizator

Krystalizator jest bardzo podobny do zlewki, ale stosunek jego wysokości do średnicy podstawy jest dużo mniejszy. Możnaby go nazwać bardzo niską i szeroką zlewką. Krystalizator może mieć wylew lub nie, a jego zastosowanie to m.in. krystalizacja. Służy jako zbiornik dla dużych ilości cieczy, w której wykonujemy jakieś operacje, czyli np. jest przydatny przy otrzymywaniu gazów nad wodą oraz elektrolizie. Podobnie jak parownica może być przydatny przy odparowywaniu rozpuszczalnika.

Cylinder miarowy

Wyglądem przypomina nieco probówkę (choć są też znacznie większe, np. 500 ml), natomiast w przeciwieństwie do większości probówek cylinder posiada płaskie dno, a także wylew i podziałkę. Cylindry nie mają szlifu. Niektóre mają odłączane podstawki okrągłe lub sześciokątne wykonane z tworzywa sztucznego, inne mają szklaną podstawkę będącą trwałym wykończeniem cylindra.

Funkcją cylindrów miarowych jest, jak nazwa wskazuje, odmierzanie. Służą również do przechowywania cieczy na krótszy czas oraz zbierania cieczy np. pod rozdzielaczem.

W cylindrach nie przeprowadza się reakcji chemicznych i nie należy ich ogrzewać znacznie powyżej temperatury pokojowej tak, jak wszystkich innych naczyń miarowych!

Kolba

Kolba to jeden z bardziej zróżnicowanych elementów szkła laboratoryjnego. Kolby mogą być ze szlifem lub bez, ze skalą lub bez, z jedną szyją lub kilkoma. Najczęstsze są kolby kuliste i stożkowe, które mogą mieć płaskie lub okrągłe dno. Kolby stożkowe płaskodenne to kolby Erlenmayera często nazywane erlenmajerkami (→ Ryc. 5).

Ryc. 5. Od lewej: kolba kulista okrągłodenna, kulista płaskodenna i stożkowa płaskodenna (erlenmajerka)

W laboratoriach często odnajdujemy kolby o specjalnym przeznaczeniu. Są to np. kolba ssawkowa, miarowa, sercowa, Black'a, destylacyjna, filtracyjna, czy Roux. Ryc. 6 i 7 przedstawia kilka z nich. Kolby z dnem okrągłym służą zwykle jako reaktory i można je ogrzewać w elektrycznych płaszczach grzejnych. Kolby destylacyjne zastępowane są przez zwykłe, w kórych umieszcza się specjalnie prygotowane chłodnice z połączeniem na szlif.

Ryc. 6. Kolba sercowa i destylacyjna (kulista, trójszyjna, prosta) ze szlifami

Ryc. 7. Kolba destylacyjna z ramieniem w środku szyjki oraz kolba miarowa

W kolbach miarowych nie przeprowadza się reakcji chemicznych i nie należy ich ogrzewać znacznie powyżej temperatury pokojowej tak, jak wszystkich innych naczyń miarowych!

Butelka i słoik

Butelki i słoiki są używane do przetrzymywania chemikaliów przez dłuższy okres czasu. Butelki mają różne pojemności, a zamykane są zwykle na szlif lub korek gumowy. Służą zwykle do przechowywania cieczy. Natomiast słoiki mają znacznie większy otwór, przez co umożliwiają wydłubywanie ciał stałych z ich wnętrza, czy nabieranie proszków, granulatów itp. za pomocą łyżeczek i łopatek. Słoiki zamykane są zwykle jak twist, czyli na zakrętkę; czasem na zatrzask, co tyczy się głównie słoików z tworzywa sztucznego.

Zarówno butelki, jak i słoiki mogą być wykonane z ciemnego szkła, aby zabezpieczyć substancję znajdującą się w środku przed promieniami słonecznymi i światłem sztucznym, które mogłyby przyspieszać proces rozpadu danej substancji.

Butelki mogą mieć umocowany w korku wkraplacz, aby uprościć używanie cieczy i zaoszczędzić częstego mycia pipet. Przykład ilustruje najprostszą butelkę z korkiem na szlif.

Szkiełko zegarkowe

Szkiełko zegarkowe jest to naczynie laboratoryjne swym kształtem nieco przypominające szkiełko zegarka lub soczewkę. Jest to wycinek sfery szklanej o dużym promieniu. Średnice szkiełek zegarkowych są różne - od jednego do kilkunastu centymetrów. Szkiełka służą do przetrzymywania ciał stałych na krótki okres czasu, przeprowadzania prostych analiz (zwykle barwnych), odparowywania niewielkich ilości cieczy (→ parowniczka, tygiel) oraz do nakrywania zlewek.

Szalki Petriego

Jest to naczynie częściej stosowane przez biologów, a głównie bakteriologów, niemniej jednak przydaje się i w chemii. Składa się ono z dwóch części szklanych, i choć czasem używa się ich osobno, to faktycznie jedna cześć jest przykrywką drugiej. Należy pamiętać, że na górze powinna znajdować się większa szalka. Głównym zastosowaniem tego naczynia jest hodowla bakterii. Na mniejszą szalkę nanosi się pożywkę - zwykle podłoże agarowe (→ agar-agar, agaroza) oraz wymaz (próbkę szczepu bakterii), nakrywa się to szalką większą i pozostawia do rozwinięcia kolonii, po czym analizuje.

Oprócz szalek szklanych spotykane są również wykonane z tworzywa sztucznego (jedno- i wielorazowego użytku).

Parownice i tygle

Są to naczynia zwykle porcelanowe lub kwarcowe.

Parownica kształtem przypomina szkiełko zegrarkowe, jest jednak pojemniejsza i można w niej odparowywać większe ilości cieczy. Parownicę umieszcza się na trójnogu z trójkątem porcelanowym i siatką azbestową, która zapobiega przegrzaniu w punkcie ogrzewania.

Tygiel ma podobne zastosowanie, jednak jest on zwykle narażony na działanie znacznie wyższych temperatur. O ile w parownicy ogrzewamy ciecze, o tyle w tyglu topimy ciała stałe (zwykle o dużej temperaturze topnienia). W tyglach przeprowadza się reakcje zachodzące w bardzo wysokich temperaturach (stan stopiony) niedające się przeprowadzić w środowisku wodnym. Spotykane są także tygle metalowe - zwykle z metali chemoodpornych (również szlachetnych) o wysokiej temperaturze topnienia (wolfram, tytan, platyna), a także tygle teflonowe.

Moździerz

Zwykle jest również wykonany z porcelany choć używane są także metalowe i kamienne. Znany w wielu gospodarstwach domowych, przeznaczony do ucierania ziół czy cukru na 'cukier puder' potrzeby również w laboratorium chemicznym. Uciera się w nim substancje krystaliczne na jednolity proszek, by umożliwić dokładniejsze odmierzanie substancji, albo zwiększyć jej powierzchnię (łatwiejsze rozpuszczanie i szybsze reakcje). W moździerzu wykonuje się również reakcje zachodzące w fazie stałej podczas ucierania (tzw. mechanosynteza lub trybochemia).

Moździerz składa się z dwóch części: porcelanowej miseczki z wylewem lub bez (→ parownica) oraz zaokrąglonego na końcu tłuczka, za pomocą którego rozciera się substancje chemiczne lub materiał organiczny.

Wewnętna powierzchnia moździerza oraz końcówka tłuczka jest chropowata (→ biskwit) natomiast zewnętrzna powierzchnia i rękojeść tłuczka są szkliwione.

Pipeta

Pipeta jest to długa rurka zwężona u dołu służąca do precyzyjnego odmierzania zadanej objętości cieczy. Pipety dzieli się na jedno- i wielomiarowe. Pipeta jednomiarowa posiada w połowie wysokości zgrubienie w postaci bańki na większą ilość cieczy i rysę na wąskiej części, która wyznacza ściśle określoną objętość, np. 25 ml. Natomiast pipeta wielomiarowa (mniej dokładna) posiada skalę umożliwiającą odmierzenie dowolnej objętości z zakresu skali.

Z kolei pipeta Pasteura jest rurką zwężoną u dołu, która nie służy do odmierzania objętości, a jedynie do przenoszenia cieczy. Może także służyć jako kroplomierz.

Ciecz do pipety zaciąga się albo ustami (woda, rozcieńczone roztwory niegrośnych soli, kwasów i zasad) albo przy pomocy specjalnej pompki/gruszki, które umożliwiają również spuszczanie cieczy z pipety bez ich zdejmowania.

W praktyce laboratoryjnej stosowane są także mikropipety (odmierzające objętości rzędu 1 μl) oraz pipety automatyczne, które pozwalają na szybkie odmierzanie zadanej objętości wiele razy. Pipeta automatyczna składa się z rękojeści, w której znajduje się właściwy mechanizm oraz tipsów z tworzywa sztucznego, które są wymienne.