در همه آزمایشگاه های شیمی، فیزیک، زیست شناسی و ...، باید ابزار و تجهیزاتی باشد تا آزمایشات و تحقیقات، قابل انجام باشد. به عبارتی بدون وجود این ابزار، هیچ آزمایش و واکنشی نمی تواند مورد آزمون قرار گیرد. اما باید دقت کرد که در هنگام کار در هر آزمایشگاهی، رعایت نکات ایمنی و استفاده از تجهیزات ایمنی، از مهمترین مسایل است. عینک آزمایشگاهی، انواع ماسک های ساده و فیلتردار، روپوش آزمایشگاهی و دستکش از جمله این وسایل هستند.
در این جا به معرفی برخی از تجهیزات آموزشی می پردازیم.
بشر
اولین و ساده ترین وسیله ای که در هر آزمایشگاهی وجود داشته و به شکل استوانه ای با کف صاف است، بشر است. این وسیله ی شیشه ای یا پلاستیکی برای هم زدن، مخلوط کردن مایعات و همچنین گرم کردن محلول ها مورد استفاده قرار می گیرد.
شیشه ساعت
شیشه ساعت وسیله ای شیشه ای مشابه با عدسی محدب است به دلیل مشابهت با شیشه جلوی ساعت های رومیزی، این نام را گرفته است. وزن کردن جامدات و همچنین خشک کردن آن ها در شیشه ساعت انجام می شود.
ارلن
ارلن وسیله ای شیشه ای و به شکل مثلثی با گردنی باریک است که برای انجام واکنش ها استفاده می شود. این دهانه باریک آن نیز برای عدم پرتاب شدن محتویات در هنگام انجام آزمایش است.
استوانه مدرج (مزور)
برای این که حجم دقیقی از مایعات اندازه گیری شود، مزور استفاده می شود. مزور از جنس شیشه و به شکل استوانه بوده و دقت پایین تری نسبت به پیپت و بورت دارد.
پیپت
وسیله ی آزمایشگاهی دیگر برای اندازه گیری مایعات، پیپت است که نسبت به مزور، دقیق تر است. دو نوع پیپت ساده و حباب دار وجود دارد. نوع حباب دار دارای اندازه مشخصی است که با خط نشانه بالای حباب این وسیله معین می شود.
پوآر
وسیله ای که در آزمایشگاه برای برداشتن مایعات توسط انواع پیپت ها به کار می رود، پوآر نام دارد. مایعات با این وسیله با دکمه A داخل پیپت کشیده شده و با دکمه B تخلیه می شود.
هاون چینی
یکی دیگر از تجهیزات آموزشی در مراکز آزمایشی، هاون چینی است که بدنی ضخیم دارد. این وسیله برای خرد و نرم کردن مواد جامد کاربرد دارد. با ساییدن می توان مواد جامد داخل هاون را نرم و خرد کرد.
انواع بالن ها
از تجهیزات آموزشی پرکاربرد، بالن ها هستند. نوع ساده این بالن ها برای انجام واکنش های مختلف و نگهداری محلول ها به کار برده می شود. بالن ها به صورت ته گرد و ته صاف هستند. نوعی از بالن به نام بالن حجم سنجی یا ژوژه است که برای ساخت محلول هایی با غلظت های مشخص و همچنین رقیق کردن محلول ها استفاده می شود. محلول در این بالن ها تا خط نشانه پر می شود به طوری که انتهای مقعر آن روی خط نشانه باشد.
قیف آزمایشگاهی
دو نوع قیف ساده و جداکننده در یک آزمایشگاه وجود دارد. قیف ساده به شکل مخروطی و از جنس شیشه بوده و برای انتقال محلول ها از ظروف به کار می رود. همچنین این قیف ها جهت جداسازی و صاف کردن محلول ها نیز به کار برده می شوند.
قیف جداکننده که دکانتور نیز خوانده می شود، برای جداسازی دو محلول آلی و آبی از هم، استفاده می شود. این دو محلول مخلوط شدنی نبوده بعد از این که داخل قیف ریخته می شود با باز کردن شیر انتهای آن، از هم جدا می شوند. جزئی که چگالی بالایی دارد پایین بوده و محلول با چگالی کم، جزء بالایی را تشکیل می دهد.
میکروسکوپ
از تجهیزات آموزشی بسیار مهم، میکروسکوپ است که برای نشان دادن نمونه با بزرگنمایی بالا به کار برده می شود. عدسی که در این وسیله به کار رفته، محدب یا همگرا است.
انکوباتور
وسیله ای که برای کشت نمونه های سلولی به کار می رود، انکوباتور است. در این وسیله، میزان دما، رطوبت، اکسیژن و ... تنظیم می شود. انکوباتور برای نگهداری محلول ها و انجام تست های مختلف نیز کاربرد دارد.
اتوکلاو
اتوکلاو وسیله ای برای استریل کردن مواد خشک، محیط کشت، ابزارهای آزمایشگاهی و ... است. در این وسیله، گرمای بخار آب است که اعمال مورد نظر را انجام می دهد.
هیتر آزمایشگاهی
برای گرما دادن یکنواخت مواد و مایعات آزمایشگاهی از هیتر آزمایشگاهی استفاده می شود.
اسید استیک که به نام های اسید اتانوئیک و اسد متان کربوکسیلیک نیز خوانده می شود، ترکیبی با فرمول مولکولی CH3COOH است. این اسید با گروه کربوکسیل خود در دسته ی اسیدهای کربوکسیلیک قرار داشته و دومین و ساده ترین این اسیدها است. استیک در زبان لاتین به معنای سرکه بوده و همان سرکه است. این اسید از نظر ظاهری به صورت مایعی بدون رنگ بوده و اسید استیک خشک را اسید استیک یخچالی می نامند.
استیک اسید می تواند ترکیبات قطبی و غیرقطبی را در خود حل کرده و در دسته ی اسیدهای ضعیف قرار دارد. اگر اسید استیک غلظت بالایی داشته باشد، خورنده بوده و می تواند به پوست آسیب بزند. نمک، استر یا استیل اسید استیک به نام استات نامیده می شود. اسید اتانوئیک برای ساخت استات های فلزی استفاده شده و می تواند در فرایند چاپ به کار برده شود. اسید استیک یک ترکیب آلی با خاصیت ضد باکتری بوده و با توجه به این که توانایی حل کردن لیپیدها را دارد، برای ساخت ضدعفونی کننده ها به کار برده می شود.
اسید استیک در آب به راحتی حل شده زیرا یک حلال آب دوست و پروتیک قطبی محسوب می شود. از مخلوط اسید استیک با هگزان، کلروفرم و چند روغن، مخلوطی تهیه می شود که قابل اختلاط نیست. اسید استیک نمی توان با آلکان هایی که دارای زنجیره های بلند کربنی هستند، مخلوط شود. اسید استیک به عنوان یک حلال صنعتی به حساب می آید زیرا می تواند با هر دو نوع ترکیبات قطبی و غیرقطبی مخلوط شود.
تولید اسید استیک
اسید استیک می تواند به دو شکل طبیعی و مصنوعی تولید شود. بیشتر از 75 درصد از این اسید با کربونیلاسیون متانول ساخته می شود که در صنعت شیمیایی به کار برده می شود. در واکنش سنتز اسید اکریلیک کاتالیزوری ناهمگن و تولید اسید لاکتیک تخمیری، اسید استیک به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود. در صنعت برای تولید اسید استیک از اکسیداسیون هوا، استالدهید، اکسید کردن اتانول و اکسیداسیون بوتان و بوتن استفاده می کنند. یکی از روش های تولید طبیعی سرکه به عنوان اسید استیک رقیق، از اتانول است که ابتدا تخمیر و سپس اکسیداسیون می شود.
کاربرد اسید استیک
به طور معمول از اسید استیک در سرکه استفاده می شود. ولی این اسید در فرایندهای صنعتی مهم مانند فیلم عکاسی (استات سلولز) و چسب چوی (پلی وینیل استات) کاربرد دارد. اسید اتانوئیک نقش حلال را در فرایندهای صنعتی مهم داشته و در تولید رنگ های مختلف، عطر، الیاف مصنوعی و ابریشم، تولید جوهر و رنگ، پلاستیک، لاستیک، ساخت آفت کش ها، صنعت فیلم و بطری های نوشابه کاربرد دارد. این ترکیب در آزمایش خون در آزمایشگاه بالینی، درمان عفونت گوش خارجی، داروسازی، محصولات بهداشتی، تمیز کننده های خانگی و همچنین به عنوان افزودنی در مواد غذایی و طعم دهنده غذا کاربرد دارد.
نکات ایمنی استفاده از اسید استیک
اسید استیک در غلظت بالا بسیار خورنده بوده و در تماس با پوست و چشم، باعث سوختگی می شود. استشمام این اسید باعث احساس سوزش در بینی شده و منجر به گلودرد و گرفتگی ریه می شود. تنفس این ماده منجر به سرفه، درد قفسه سینه، تحریک بینی و گلو و همچنین تهوع و استفراغ می شود.
اسید استیک قابل اشتعال بوده و در صورت سوختن، تولید گازهای سمی و خورنده می کند. وقتی این اسید در برابر گرما قرار می گیرد بخارات ناشی از آن در تماس با هوا، ترکیبات انفجاری ایجاد می کند. اسید استیک ر تماس با فلزات تولید گاز هیدروژن کرده و اگر ظروف محتوی آن در برابر گرما قرار گیرد، منفجر می شود.
هنگام کار با اسید استیک از لباس هایی استفاده کنید که در برابر اسید مقاوم باشد. همچنین این اسید باید از منابع احتراق حتی در حد یک جرقه به دور باشد. اسید استیک در ظروف مخصوص و در بسته نگهداری شده و از اکساینده ها، اسیدها و بازهای قوی و مواد غذایی و خوراکی به دور باشد.
سیلیکون قالب گیری به طور معمول همراه با جزء دومی به نام هاردنر است که به صورت مایع پراکسایدی است. هاردنر برای تبدیل سیلیکون ها به ماده ی پلیمری انعطاف پذیر نیاز است. سیلیکون ها در هنگام پخت در دمای محیط همراه با این ماده خواهند بود. مکانیزم پخت سیلیکون ها به صورت تراکمی و بی نیاز از هر نوع ماده ای است. اما وقتی در چنین شرایطی پخت سیلیکون ها صورت گیرد، فرایندی آهسته خواهد بود. به همین جهت برای این که سرعت پخت سیلیکون های قالب گیری بالا رود، باید از موادی مانند پراکسایدها (هاردنر سیلیکون) استفاده شود.
در آغاز واکنش و برای سرعت دادن به آن است که پراکساید استفاده می شود، در نتیجه وقتی فرایند پخت به اتمام رسید، پراکساید خارج می شود. علت وجود بوی پراکسایدها برای مدتی، در قطعات تولید شده، همین است. به همین جهت هاردنر سیلیکون را به عنوان کاتالیزور آن تعریف می کنند. نسبت ترکیب هاردنر سیلیکونی با این ماده، 2 تا 5 درصد بوده و عوامل موثر در سرعت واکنش، مقدار هاردنر و دمای هوا است.
هاردنر چیست؟
هاردنر از نظر لغوی به معنای سخت کننده بوده و به صورت جزئی همراه با ترکیبات ویژه ای چون سیلیکون ها و اپوکسی ها ارائه می شود. علت کاربرد این ماده، افزایش مقاومت و یا به عنوان یک ترمیم کننده است. همچنین هاردنر نقش کاتالیزور (سرعت دهنده) و یا شتاب دهنده را دارد.
یک نوع از هاردنر به صورت مایع و پودری بوده و برای سطوح مختلفی مانند کف انبارها و پارکینگ ها استفاده می شود. نقش هاردنر در این موارد، بالا بردن میزان مقاومت سطحی است. نوع دیگری از هاردنر، به عنوان واکنش زا و سخت کننده است. در محصولات دو جزئی رزینی مانند سیلیکون ها، اپوکسی ها، پلی یورتان و پلی یوراها، از این نوع هاردنر استفاده می شود.
خواص هاردنر سیلیکون
در ساختار سیلیکون ها، زنجیره ای از اتم های غیرآلی وجود دارد که گروه های آلی مختلفی به آن ها متصل است. به همین دلیل سیلیکون ها دارای ویژگی های منحصر به فردی بوده و در صنایع مختلفی چون الکترونیک، رنگ، غذا و ساخت و ساز به کار گرفته می شود. مانند ساختار دی اکسید سیلیسیم، در این پلیمرهای مصنوعی، ساختاری از سیلیکون – اکسیژن وجود دارد. اما برخلاف دی اکسید سیلیسیم، سیلیکون ها دارای گروه های آلی هستند که با اتم های سیلیسیم با پیوند C-Si متصل شده اند. علت مجاورت سیلیکون ها با عوامل خارجی، همان گروه های آلی است که در زنجیره سیلیکون وجود دارد.
از جمله خواص هاردنرهای سیلیکونی می توان به بی اثر بودن شیمیایی، مقاوم بودن در برابر آب، پایداری در دماهای بالا و پایین، اکسیداسیون و ... اشاره داشت. به همین دلیل از آن ها به طور عمده در گریس های روان کننده گرفته تا عایق های الکتریکی استفاده می کنند. با کمک هاردنر سیلیکون، این مواد قابلیت پلیمری شدن و رسیدن به شکل دلخواه را پیدا می کنند.
مزایای هاردنر سیلیکون
سیلیکون ها با خواص ویژه ی چسبندگی می توانند بهترین گزینه به صورت رهاساز قالبی باشند. رهاساز قالب در سیلیکون ها، روغن سیلیکون است. ولی گاهی اوقات ممکن است، اشکالاتی را در هنگام کاربرد مانند رنگ آمیزی، ایجاد کند. از خواص سیلیکون ها، مقاومت بالا در برابر شرایط جوی است به همین جهت موادری که از این ترکیبات ساخته می شوند، مدت زمان ماندگاری بالایی دارند.
به همان نسبتی که برای هاردنر نسبت به وزن سیلیکون گفته شد (2 تا 5 درصد)، فعال شدن آن ها در برابر رطوبت هوا صورت گرفته و پلیمری منعطف تولید می شود. کاربرد این نوع سیلیکون ها در تکثیر قطعات، ساخت پروتز، مجسمه سازی، نمای ساختمان، قطعه سازی و نمونه سازی تند است. چون انعطاف پذیری این ترکیب بالا و همیشگی است، کاربرد نمونه برداری با مدت زمان ماندگاری بالا و دقت زیاد، بسیار است.
اسید فسفریک صنعتی به عنوان یکی از پرکاربردترین اسیدها در زندگی روزمره است. اسید فسفریک، اسیدی ضعیف با فرمول شیمیایی H3PO4 بوده و از سنگ های فسفات به صورت خام استخراج می شود. شکل خالص اسید فسفریک به صورت جامد کریستالی با غلظت کم بوده و ماده ای غیرسمی است. این اسید خورندگی کمی داشته و غیر قابل اشتعال است. از خواص فیزیکی اسید فسفریک، ذوب شدن در دمای 42 درجه سانتی گراد و داشتن نقطه جوشی برابر 212 درجه سانتی گراد است.
در ساختار این اسید که با نام ارتوفسفریک اسید نیز خوانده می شود، یک اتم فسفر، چهار اتم اکسیزن و سه اتم هیدروژن وجود دارد. این اسید در تماس با فلزات، گاز هیدروژن آزاد کرده و در صورت اشتعال نیز تولید اکسیدهای فسفر خورنده می کند. اسید فسفریک در صورت محلول شدن به یون های فسفات و فسفیت تبدیل می شود.
دو گرید از اسید فسفریک تولید می شود، گرید خوراکی که حالتی مایع با PH کمتر از یک داشته و در مواد غذایی مختلف به کار برده می شود. اما اسید فسفریک صنعتی که درصد خلوصی برابر با 85 دارد، در صنعت به کار برده می شود.
کاربرد اسید فسفریک صنعتی
به طور کلی اسید فسفریک در صنایع مختلف غذایی، کشاورزی، دارویی، صنعت و ... به کار برده می شود.
یکی از کاربردهای اسید فسفریک صنعتی، در تولید پاک کننده ها برای نرم کردن آب است. وجود یون های کلسیم (II) و منیزیم (II) در آب، باعث سخت شدن آن می شود. در آب سخت، این یون ها با صابون، رسوبات غیرقابل حل تشکیل داده و ایجاد لکه روی لباس ها می کند. یکی از ترکیبات فسفریک اسید به نام نمک سدیم تری پلی فسفات است که در ترکیب پاک کننده های جامد به کار برده می شود. این ماده به عنوان نرم کننده لباس با یون های سخت کننده واکنش داده و تشکیل کی لیت یا کمپلکس می دهد که محلول هستند. وجود کمپلکس ها مانع ترکیب یون های کلسیم و منیزیم با صابون شده و از تشکیل رسوب جلوگیری می کند.
اسید فسفریک صنعتی برای از بین بردن زنگ آهن
زنگ آهن اکسید (III) تشکیل شده روی ابزارهای آهنی یا فولادی می تواند با کمک اسید فسفریک صنعتی، حذف شود. زیرا زنگ آهن موجود، با این اسید ترکیب و فسفات های محلول در آب را تشکیل می دهد. وقتی زنگ آهن از بین رفته و فسفات های آهن تولید می شود، تبدیل این فسفات ها به ترکیب فسفات آهن سیاه شده صورت می گیرد. ترکیب جدید تولید شده، خود عامل جلوگیری کننده خوردگی است. از اسید فسفریک به عنوان کاتالیزور در صنعت پتروشیمی استفاده می شود.
اسید فسفریک و صنعت پزشکی
اسید فسفریک در نقش عامل قلم زنی برای پاکسازی سطوح دندان ها، در دندانپزشکی و اورتودنسی استفاده می شود. اسید فسفریک، یون های هیدروژن زیادی داشته و نسبت به اسید کلریدریک و اسید سولفوریک، کمتر آلوده کننده است، به همین جهت در تولید آسپرین به کار برده می شود. در درمان برخی از انواع سنگ های کلیه از نمک اسید فسفریک، ارتو فسفات استفاده می شود.
اسید فسفریک در صنعت کشاورزی
اسید فسفریک صنعتی یکی از ترکیبات مهم در تولید کودهای کشاورزی است. گیاهان برای رشد به فسفر نیاز داشته و فسفات های آلی، تولید انرژی برای واکنش های سلول ها می کنند. بنابراین اگر به خاک گیاهان، کود فسفاته اضافه شود، رشد آن ها بیشتر می شود.
کاربردهای دیگر اسید فسفریک
اسید فسفریک صنعتی برای ساخت نیترات سیلیکون به کار برده می شود که در ریزساخته ها استفاده می شود. در لحیم کاری و کاهش PH محلول مواد مغذی از اسید فسفریک استفاده می شود. در الکتروپولیش های مسی، اسید فسفریک به عنوان الکترولیت به کاررفته و باعث از بین رفتن برآمدگی ها می شود.
در ژنراتورهای اکسی هیدروژن به عنوان الکترولیت، حذف رسوبات معدنی، برای تولید مواد شیمیایی مانند اتیل بنرن و کومن، رنگ و رنگدانه، سنتز لاستیک، افزودنی به واکس، پالایش نفت، تصفیه آب و فاضلاب و ... از دیگر استفاده های این اسید است.