1. Bunsenbrenner
2. Kochplatten
3. Trockeneis
4. Flüssigem Stickstoff
Quelle: Robert M. Rioux & Suprita Jharimune, Pennsylvania State University, University Park, PA
arbeiten mit extremen Temperaturen, sowohl hoch und ni…
1. Bunsenbrenner
2. Kochplatten
3. Trockeneis
4. Flüssigem Stickstoff
Die Anwendung von Extremtemperaturtechniken ist ein wesentlicher Bestandteil der wissenschaftlichen Forschung und industrieller Prozesse. Daher ist eine adäquate Sicherheitsschulung eine Voraussetzung, um Verletzungen zu vermeiden.
Für chemische Reaktionen oder Destillationen sind oft hohe Temperaturen erforderlich. Offene Flammen werden häufig zur Sterilisation und Modifikation von Labor- und Medizingeräten verwendet.
Auf der anderen Seite sind oft sehr niedrige Temperaturen notwendig, um stark exotherme Reaktionen zu kontrollieren und Instrumente wie ein Kernspinresonanzspektrometer oder eine Schlenk-Leitung zu kühlen.
Heizplatten und Bunsenbrenner werden häufig für den Betrieb bei hohen Temperaturen verwendet, während Trockeneis oder flüssiger Stickstoff für die extreme Kühlung verwendet werden. Alle diese Quellen können jedoch erhebliche Gefahren darstellen, wenn sie nicht sorgfältig gehandhabt werden.
Dieses Video veranschaulicht die Gefährlichkeit von Extremtemperaturtechniken, den sicheren Betrieb und die Arbeit mit diesen Quellen und was im Notfall zu tun ist.
Ein Bunsenbrenner verwendet Methan, Propan oder Butan, um eine offene Flamme zu erzeugen. Die Temperatur dieser Flamme kann grob zwischen 250-1200 Grad Celsius eingestellt werden.
Im Vergleich dazu besteht eine Kochplatte aus einer ebenen Fläche aus Aluminium oder Keramik und nutzt Strom zur Wärmeerzeugung. Heizplatten haben keine offenen Flammen und können bei Temperaturen zwischen 50-350 °C genauer gesteuert werden.
Bei Bedarf können mit speziellen Heizplatten höhere Temperaturen bis zu 1250 °C erreicht werden. Um Brandgefahren zu vermeiden, sollte mit offenen Flammen und hohen Temperaturen von heißen Quellen sehr vorsichtig umgegangen werden.
Auch Kältequellen können gefährlich sein. Trockeneis, die feste Form von Kohlendioxid, sorgt für Temperaturen von bis zu -78 °C. Zusätzlich zu kalten Verbrennungen kann eine übermäßige Sublimation von Trockeneis dazu führen, dass sich in sehr kurzer Zeit Kohlendioxidgas ansammelt, was die Gefahr einer Hyperkapnie darstellt.
Schließlich wird flüssiger Stickstoff - eine kryogene Flüssigkeit - verwendet, wenn noch niedrigere Temperaturen erforderlich sind. Er kann eine Badtemperatur von bis zu -196 °C liefern.
Flüssiger Stickstoff kann sich im Volumen um das 695-fache ausdehnen und bei Verdampfung einen extremen Sauerstoffmangel in der Umgebungsluft verursachen, der unter extremen Umständen zu Erstickung, Bewusstlosigkeit und Tod führt.
Darüber hinaus kann eine längere Exposition gegenüber der Haut schnell zu Erfrierungen führen. Kurzer Kontakt mit den Augenflüssigkeiten kann die Augen dauerhaft schädigen.
Nachdem Sie nun über die Eigenschaften und Gefahren der Wärme- und Kältequellen Bescheid wissen, werfen wir einen Blick darauf, wie Sie sicher mit diesen Komponenten arbeiten können.
Machen Sie sich vor der Verwendung einer heißen Quelle mit dem Standort eines Feuerlöschers und einer Löschdecke vertraut. Entfernen Sie den Schmuck und binden Sie lange Haare zurück. Tragen Sie immer einen Laborkittel, eine Schutzbrille, enge Schuhe und Handschuhe. Sie sollten auch in Betracht ziehen, Wärmeschutzhandschuhe zu verwenden, die effektiv bis zu 650 °C isolieren.
Reinigen Sie den Bereich von brennbaren Substanzen wie Papier oder Chemikalien. Platzieren Sie den Bunsenbrenner mindestens 12 Zoll von Überkopfgeräten oder Leuchten entfernt. Überprüfen Sie die Schlauchverbindung zur Gasquelle auf Undichtigkeiten und weisen Sie durch entsprechende Beschilderung darauf hin, dass der Brenner in Betrieb ist. Verwenden Sie ein Feuerzeug mit verlängerter Düse, um den Brenner anzuzünden.
Lassen Sie die offene Flamme nach Inbetriebnahme des Bunsenbrenners niemals unbeaufsichtigt. Wenn Sie fertig sind, schließen Sie das Ventil am Bunsenbrenner, schalten Sie das Gas sofort ab und schließen Sie die Verbindung zur Gasquelle, lassen Sie den Brenner abkühlen, bevor Sie ihn anfassen oder nach Gebrauch reinigen.
Viele Heizplatten sind mit einem eingebauten Magnetrührer, einer digitalen Anzeige und einem Thermoelementeingang zum Einstellen und Halten der Temperatur ausgestattet.
Wie beim Bunsenbrenner sollten Sie wissen, wo sich der Feuerlöscher befindet und welcher Typ verwendet werden soll. Verwenden Sie zum Löschen eines Ölbadbrandes niemals Wasser oder flüssigen Stickstoff, sondern einen Feuerlöscher der Klasse B.
Tragen Sie bei der Arbeit mit einer Kochplatte immer eine persönliche Schutzausrüstung. Entfernen Sie beim Erhitzen von flüchtigen und gefährlichen Stoffen brennbare oder brennbare Materialien aus der Umgebung der Heizplatte und setzen Sie die Heizplatte in die Dunstabzugshaube.
Sobald Sie sich mit den Eigenschaften und dem Umfang Ihres Experiments vertraut gemacht haben, wählen Sie die richtige Heizplatte, hitzebeständige und rissfreie Glaswaren aus Borosilikatglas und ein Ölbad.
Stellen Sie sicher, dass die Versuchstemperatur unter dem Flammpunkt Ihres Ölbades liegt. Verwenden Sie immer einen Kondensator, wenn Sie flüchtige Lösungsmittel oder Substanzen erhitzen.
Wenn dem erhitzten Experiment Lösungsmittel zugesetzt werden muss, verwenden Sie einen Druckausgleichstrichter. Fügen Sie kein Lösungsmittel direkt hinzu, da dies einen Stichflammenbrand verursachen kann. Lassen Sie die Herdplatte wie beim Bunsenbrenner nicht unbeaufsichtigt.
Materialien mit einem sehr niedrigen Siedepunkt, wie z. B. Diethylether, sollten mit einem Wasserbad anstelle eines Ölbads erhitzt werden, um eine erhebliche Brandgefahr zu vermeiden.
Wenn Metallfolie oder Metallbehälter, wie z. B. Aluminiumblöcke, zum Erhitzen verwendet werden, ist besondere Vorsicht geboten. Im Vergleich zu einem Ölbad ist es nicht möglich zu sehen, ob es heiß oder kalt ist, daher überprüfen Sie die Temperatur immer mit einem Thermometer und verwenden Sie hitzebeständige Handschuhe.
Nachdem Sie nun etwas über die Verwendung von heißen Quellen gelernt haben, werfen wir einen Blick auf das andere Extrem - die kalten Quellen.
Trockeneis sollte in einem Styroporbehälter und wenn möglich in einem Kühlraum gelagert werden, um die Sublimation zu minimieren. Lagern Sie Trockeneis in gut belüfteten Bereichen, um Hyperkapnie zu vermeiden. Verwenden Sie keinen vollständig luftdichten Behälter, um eine Ausdehnung des Behälters und möglicherweise eine Explosion durch sublimierendes Trockeneis zu vermeiden.
Tragen Sie beim Umgang mit Trockeneis persönliche Schutzausrüstung. Für zusätzlichen Schutz können Sie kryogene Handschuhe tragen, die eine mehrschichtige Isolierung gegen die niedrigen Temperaturen enthalten. Um kleine Mengen Trockeneis zu gewinnen und zu transportieren, verwenden Sie außerdem eine große Plastikschaufel und einen Styroporeimer.
Wenn Sie fertig sind, geben Sie das saubere Trockeneis entweder zurück in den Vorratsbehälter oder lassen Sie es sublimieren. Wenn ein Kühlbad mit Trockeneis hergestellt wurde, entsorgen Sie es im Sonderabfallbehälter. Entsorgen Sie Trockeneis niemals direkt in der Spüle oder im Mülleimer.
Flüssiger Stickstoff wird mit Dewars gelagert und gehandhabt, einer Art doppelwandiger Behälter mit einem Vakuum zwischen den Wänden.
Tragen Sie beim Umgang mit flüssigem Stickstoff immer persönliche Schutzausrüstung. Dazu gehören isolierende Handschuhe und eine Gesichtsmaske, insbesondere beim Einfüllen von flüssigem Stickstoff, da die Flüssigkeit zum Spritzen neigt.
Stellen Sie sicher, dass alle Bereiche gut belüftet sind. Wenn Sie flüssigen Stickstoff umfüllen, füllen Sie den Dewar nie zu mehr als 80 % und verschließen Sie den Behälter niemals fest, um einen Druckaufbau zu vermeiden. Darüber hinaus ist bei der Verwendung einer Schlenk-Leitung besondere Vorsicht geboten. Wenn die Kühlfalle in flüssigen Stickstoff getaucht ist und Luft gezogen wird, kann sie Sauerstoff in der Kühlfalle kondensieren, wodurch explosive Gemische aus flüssigem Sauerstoff und organischen Materialien in der Falle entstehen.
Denken Sie daran, dass heiße und kalte Quellen eine Gefahr und ein Gesundheitsrisiko darstellen können.
Im Falle eines kleinen Brandes den entsprechenden Feuerlöscher verwenden. Wenn das Feuer zu groß ist, ziehen Sie den Feueralarm oder rufen Sie 911 an. Evakuieren Sie das Gebäude gemäß den Notfallanweisungen Ihrer Einrichtung.
Im Falle einer Hautverbrennung, die durch eine heiße Quelle verursacht wurde, halten Sie die betroffene Stelle mindestens 10 Minuten lang unter kaltes Wasser. Bei einer Kälteverbrennung halten Sie die betroffene Stelle mindestens 10 Minuten lang unter lauwarmes und nicht heißes Wasser. Reiben Sie die betroffene Stelle nicht, legen Sie keinen sterilen Verband auf und suchen Sie einen weiteren Arzt auf.
Im Falle von Spritzern von sehr heißen oder kalten Substanzen in Ihre Augen spülen Sie sofort mit reichlich Wasser und Augenspülung und suchen Sie einen Arzt auf.
Bei Schwindel oder Bewusstseinsverlust ist bei der Arbeit mit flüssigem Stickstoff oder Trockeneis der betroffene Mensch in einen gut belüfteten Bereich zu bringen und bei Bedarf weitere medizinische Hilfe in Anspruch zu nehmen.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Arbeit mit heißen und kalten Quellen gesehen. Sie sollten jetzt die Gefahren dieser Materialien verstehen, wie Sie sicher mit ihnen arbeiten und was im Notfall wie einem Brand oder einer Verbrennung zu tun ist. Wie immer vielen Dank fürs Zuschauen!
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Q1: What temperature range can a Bunsen burner achieve compared to a hot plate?
A Bunsen burner produces temperatures between 250-1200 degrees Celsius with an adjustable open flame, while a hot plate generates heat through electricity with temperatures ranging from 50-350°C, or up to 1250°C with special models. Hot plates offer more precise temperature control and eliminate open flame hazards.
Q2: Why is liquid nitrogen more hazardous than dry ice in laboratory settings?
Liquid nitrogen reaches -196°C and expands 695 times its volume upon vaporization, causing extreme oxygen deficiency that can lead to suffocation and death. It also causes rapid frostbite on skin contact and permanent eye damage from brief exposure, whereas dry ice at -78°C primarily causes cold burns and carbon dioxide buildup.
Q3: What personal protective equipment should you wear when working with hot sources?
Wear a lab coat, safety glasses, close-toed shoes, and gloves when working with hot sources. Consider thermal protective gloves that insulate effectively up to 650°C. Remove jewelry and tie back long hair to prevent contact with flames or heated surfaces.
Q4: How should you store dry ice to minimize hazards?
Store dry ice in a polystyrene container in a cold room with proper ventilation to minimize sublimation and prevent carbon dioxide buildup. Never use airtight containers, as expanding gas from subliming dry ice can cause explosion. Dispose of cooling baths in hazardous waste containers, never in sinks or trash.
Q5: What precautions are necessary when using a Schlenk line with liquid nitrogen?
When immersing a cold trap in liquid nitrogen while air is being pulled, oxygen can condense into the trap, creating explosive mixtures with organic materials. Extra precaution is required to prevent this hazardous condition. Always ensure proper ventilation and follow handling air and water sensitive chemicals using a schlenk line protocols.
Q6: What is the correct first aid response for a skin burn from a hot source?
Hold the affected area under cold water for at least 10 minutes. Do not rub the area. Apply a sterile dressing and seek further medical attention. For cold burns, use tepid water instead of cold water for at least 10 minutes before applying a sterile dressing.
Q7: Why should you never leave a Bunsen burner or hot plate unattended during operation?
Unattended hot sources pose significant fire hazards and can cause injuries if equipment malfunctions or combustible materials ignite. Before using any hot source, locate fire extinguishers and fire blankets, remove flammable materials, and maintain constant supervision to respond immediately to emergencies.
Kapitel in diesem Video
0:05
Overview
1:27
Principles and Properties of Hot and Cold Sources
3:46
Safe Handling of Hot Sources
7:06
Safe Handling of Cold Sources
9:22
Emergency Measures
10:39
Summary