1.1: Vetreria di laboratorio e relativi usi

1. Vetreria per usi qualitativi

1. Becher
   1. Il becher è uno dei pezzi di vetro più comuni in laboratorio. Si tratta di un semplice contenitore cilindrico utilizzato per contenere solidi e liquidi con dimensioni che vanno da molto piccole (10 ml) a molto grandi (4.000 ml). Ha un labbro per facilitare il versamento e la decantazione dei liquidi. Le graduazioni sono approssimative, ma molto utili quando non sono necessari volumi esatti.
2. Boccette
   1. I palloni sono progettati in modo che il contenuto possa essere ruotato senza fuoriuscite. Sono inoltre facilmente muniti di tappi e spesso hanno le dimensioni del tappo scritte direttamente sul pallone.
   2. Pallone Erlenmeyer
      1. Il più comune di tutti i palloni, il pallone Erlenmeyer ha un fondo piatto con graduazioni approssimative. Il fondo piatto consente al pallone Erlenmeyer di essere riscaldato direttamente e utilizzato in semplici procedure di reflusso (ebollizione) e condensazione.
   3. Fiaschetta di Firenze
      1. Il pallone Florence è un ibrido tra il fondo rotondo e il pallone Erlenmeyer e varia da poche centinaia di millilitri a pochi litri di dimensioni. Le fiasche di Firenze possono avere un fondo piatto o un fondo rotondo, quindi le applicazioni variano dal riscaldamento diretto all'utilizzo di un mantello riscaldante. Non ha un giunto in vetro sradicato, quindi viene utilizzato un tappo per sigillare il contenitore. La forma arrotondata è migliore per le applicazioni che comportano l'ebollizione.
3. Provette
   1. Le provette sono vasi cilindrici relativamente piccoli utilizzati per immagazzinare, riscaldare e mescolare sostanze chimiche. Mentre la provetta è disponibile in dimensioni specifiche, è in genere utilizzata in procedure di osservazione qualitative.
4. Vetro dell'orologio
   1. Il vetro dell'orologio viene utilizzato quando è necessaria un'elevata superficie per un piccolo volume di liquido. Questo è comune per la cristallizzazione e l'evaporazione, così come altre procedure qualitative. Gli occhiali da orologio possono anche essere usati come coperture per i bicchieri, ma non come fiaschi.
5. Piatto di cristallizzazione
   1. Il piatto di cristallizzazione è un ibrido tra un vetro da orologio e la piastra di Petri (comune nelle procedure biologiche). Ha un basso rapporto altezza-larghezza, il che significa che i lati sono molto bassi rispetto alla larghezza della nave. Ciò consente aree superficiali elevate per l'evaporazione, ma il piatto di cristallizzazione è più comunemente usato come contenitore a breve termine per liquidi in una varietà di processi di bagno (acqua, acido o olio).

2. Vetreria per la misurazione

1. Cilindro graduato
   1. Il cilindro graduato viene utilizzato per misurare un volume semi-preciso di liquido. Sebbene non sia preciso come la vetreria volumetrica, è molto più preciso e preciso di un becher o di un pallone (entro l'1%). I volumi sono misurati sul fondo del menisco per le soluzioni acquose e sulla parte superiore del menisco per le soluzioni idrofobiche non acquose. I cilindri graduati sono pezzi di vetro "TD" di uso generale, in cui il volume di consegna è importante. Livelli più elevati di precisione richiedono vetreria volumetrica.
2. Vetreria volumetrica
   1. Utilizzato per realizzare soluzioni standardizzate (ad alta precisione), in cui la precisione è nota a quattro cifre significative.
   2. Boccette
      1. I palloni volumetrici sono un pilastro quando si prepara qualsiasi soluzione standardizzata. Poiché i volumi non sono necessariamente additivi, il pallone volumetrico viene utilizzato per realizzare soluzioni di volumi precisi. Il segno inciso sul collo della vetreria indica il volume ad alta precisione alla temperatura specificata. Una soluzione viene preparata aggiungendo abbastanza solvente per sciogliere il soluto, quindi il soluto viene aggiunto e sciolto. La soluzione viene quindi diluita fino al segno utilizzando il solvente. La soluzione viene miscelata durante tutto il processo di diluizione e talvolta richiede di essere posta in un bagno di ghiaccio in caso di dissoluzione esotermica (tipicamente acidi o basi forti). I palloni volumetrici variano in dimensioni da 1 mL a 4.000 ml e oltre.
3. Pipette
   1. Le pipette volumetriche sono note per l'alta precisione, come i palloni volumetrici, ma sono utilizzate per erogare liquidi, in genere nella preparazione di soluzioni in un pallone volumetrico. La pipetta ha anche un segno inciso che denota un volume preciso e la soluzione viene aspirata nella pipetta usando una lampadina a pipetta, mai per bocca.
4. Micropipette
   1. Le micropipette sono una classe specializzata di pipette volumetriche utilizzate per volumi molto piccoli da 1 μl a 1.000 μL. La micropipetta utilizza punte monouso in plastica, ma queste possono essere riutilizzate in situazioni appropriate. La maggior parte delle micropipette ha una gamma regolabile di volumi utilizzando azioni separate di prelievo ed erogazione sul corpo della pipetta. Il meccanismo per la regolazione, la determinazione dei limiti di volume e l'espulsione delle punte monouso varia a seconda del produttore.
5. Burette
   1. La buretta è un pezzo analitico di vetreria utilizzato per erogare volumi variabili (ma precisi) di liquidi. Comunemente trovata in chimica analitica, la buretta viene utilizzata in una varietà di esperimenti di titolazione.

3. Vetreria procedurale

1. Fiaschi a fondo tondo (bollente)
   1. I palloni a fondo tondo, o palloni bollenti, si trovano tipicamente negli esperimenti di sintesi, poiché la forma rotonda consente un riscaldamento e un agitazione anche. Il collo ha in genere un giunto femmina in vetro sradicato e può essere fissato a condensatori e altri pezzi di vetro. Per evitare fuoriuscite, il volume della soluzione non deve superare il 50% del volume del pallone. Le dimensioni vanno da 50 ml a 20.000 ml.
2. Imbuto separatore
   1. Mentre più comune al laboratorio di chimica organica, l'imbuto separatore viene utilizzato per separare liquidi di diverse densità e solubilità. Il fondo dell'imbuto separatore è molto stretto e porta a un rubinetto, consentendo separazioni precise dei liquidi, mentre la parte superiore è molto ampia per facilitare l'agitazione e la miscelazione.
3. Pallone filtrante (Büchner) (utilizzato per la filtrazione sotto vuoto)
   1. Il pallone filtrante sembra un pallone Erlenmeyer, ma ha un tubo vicino alla parte superiore per collegare un tubo del vuoto. Il pallone ha tipicamente pareti più spesse di un Erlenmeyer a causa della ridotta pressione (vuoto) utilizzata con il pallone. Gli imbuti sottovuoto (Büchner) si inseriscono nel collo del pallone utilizzando un collare di gomma o un tappo di gomma a 1 foro.
4. Imbuti (utilizzati per filtrare e trasferire)
   1. Gli imbuti tradizionali utilizzati per la filtrazione per gravità hanno un corpo largo a forma di cono, per l'aggiunta e il filtraggio di soluzioni, e un gambo lungo e stretto, per l'erogazione in un pallone. La carta da filtro viene piegata a forma di cono, inserita nell'imbuto e bagnata con un solvente (tipicamente acqua). L'imbuto in polvere ha uno stelo più ampio progettato per l'erogazione di solidi e liquidi viscosi. La carta da filtro viene utilizzata solo in combinazione con l'imbuto del filtro.
5. Ceramica
   1. Imbuto Büchner
      1. L'imbuto Büchner in ceramica si inserisce nel pallone filtrante (Büchner) utilizzando un cono di gomma o un tappo di gomma a 1 foro. L'imbuto è tipicamente realizzato in ceramica con fori a spillo nel fondo piatto. La carta da filtro viene posizionata sopra i fori e bagnata con solvente (acqua) per evitare che i solidi si infilino sotto la carta da filtro.
   2. Crogiolo
      1. Un crogiolo è fatto di ceramica e contiene piccole quantità di sostanze chimiche durante il riscaldamento ad alte temperature. A seconda del tipo specifico, il crogiolo può resistere a temperature superiori a 1.000 °C e viene utilizzato in combinazione con un bruciatore o un forno Bunsen. Gli usi comuni includono il riscaldamento di un solido idratato per rimuovere l'acqua o la combustione di un composto per determinare il contenuto organico.
   3. Mortaio e Pestello
      1. Mentre il mortaio e il pestello hanno avuto origine nei laboratori di chimica (e alchimia), è più comune in farmacologia, biologia e applicazioni culinarie. Realizzati in ceramica o pietra, i materiali vengono posti nel mortaio a forma di ciotola e macinati e schiacciati usando il pestello.

La vetreria è stata a lungo un componente fondamentale del laboratorio di chimica.

La popolarità di lunga data del vetro è rimasta alta perché è relativamente inerte, altamente resistente, facilmente personalizzabile e poco costoso.

A causa di queste caratteristiche desiderabili, il vetro è stato utilizzato per creare un vasto assortimento di apparecchi. Non avere familiarità con questa attrezzatura potrebbe portare a confusione, uso improprio e disastri. Pertanto, è necessaria una solida conoscenza della vetreria per garantire la sicurezza e il successo in laboratorio.

Questo video esplorerà molti dei pezzi comuni di vetreria trovati in laboratorio.

La vetreria da laboratorio è prodotta con diverse composizioni, ognuna delle quali possiede proprietà uniche utili in diverse condizioni sperimentali.

Le apparecchiature realizzate in vetro di consumo o "soda-calcico" sono le meno costose e sono adeguate per molte applicazioni. Tuttavia, rapidi sbalzi di temperatura possono causare la rottura di questo vetro.

Il vetro borosilicato, che presenta una scarsa dilatazione termica, è preferito in condizioni di stress termico. Questo vetro è prodotto attraverso l'aggiunta di piccole quantità di boro ed è spesso utilizzato in prodotti da forno, come il Pyrex.

Tuttavia, sia il vetro borosilicato che quello standard contengono impurità, con conseguente riduzione della qualità ottica. Pertanto, un vetro composto esclusivamente da silicio e ossigeno viene utilizzato in situazioni che richiedono che il vetro sia trasparente alla luce UV. Questo è noto come silice fusa o quarzo fuso.

Ora che hai compreso i diversi tipi di vetro utilizzati in laboratorio, diamo un'occhiata alla vetreria comune, nonché agli accessori correlati.

Inizieremo la nostra indagine con la vetreria utilizzata per l'analisi qualitativa. Tutte le misurazioni, o graduazioni, su questa apparecchiatura sono approssimative e sono utilizzate al meglio per procedure che non richiedono alti livelli di precisione. Innanzitutto, il bicchiere, uno dei pezzi di vetro più comuni, è disponibile in una gamma di dimensioni. I becher sono spesso utilizzati per contenere, mescolare e riscaldare i reagenti. La maggior parte ha un piccolo labbro per versare i liquidi.

Le provette, che sono recipienti cilindrici relativamente piccoli, vengono utilizzate anche per conservare, riscaldare e miscelare sostanze chimiche. Il loro design consente di manipolare, conservare e osservare facilmente più campioni contemporaneamente.

Gli occhiali da orologio vengono utilizzati quando è necessaria una grande superficie per un piccolo volume di liquido. Questo è comune per le procedure di cristallizzazione ed evaporazione. Gli occhiali da orologio possono essere utilizzati anche come coperture per i bicchieri.

Il piatto di cristallizzazione è simile al vetro dell'orologio, dimostrando un'ampia superficie per i liquidi. Tuttavia, è più comunemente usato come contenitore per i processi del bagno. Infine, il pallone. Ogni tipo di pallone è sagomato per il suo scopo, ma tutti sono progettati con corpi larghi e colli stretti, che consentono di miscelare il contenuto senza fuoriuscire. Sono inoltre facilmente dotati di tappi. Il pallone di Erlenmeyer è il più comune. Il fondo piatto ne consente il riscaldamento diretto e l'utilizzo in semplici procedure di ebollizione e condensazione.

Successivamente, esamineremo la vetreria utilizzata per misurare con precisione i liquidi. Il cilindro graduato viene utilizzato per misurare volumi semiprecisi e consegnarli a un altro contenitore. La superficie della maggior parte dei liquidi forma un menisco concavo in vetreria stretta. Il volume deve essere letto in basso per la precisione.

Mentre il cilindro graduato è versatile, la vetreria volumetrica viene utilizzata quando è richiesto un livello di precisione più elevato. La vetreria volumetrica può essere di un ordine di grandezza più precisa di un cilindro graduato. Ogni pezzo è contrassegnato con "TD" o "TC". Se l'apparecchiatura è calibrata per il trasporto del volume misurato, viene contrassegnata con "TD" per "Da consegnare". Al contrario, altri pezzi di vetreria volumetrica sono calibrati solo per essere accurati mentre tengono premuto il volume misurato e sono contrassegnati con "TC" per "Da contenere".

Il matraccio tarato viene utilizzato per realizzare e contenere soluzioni di volumi precisi. Questo viene fatto sciogliendo prima il soluto e quindi aggiungendo solvente alla graduazione per diluire al volume previsto.

A differenza degli apparecchi che sono accurati solo per contenere, la pipetta volumetrica viene utilizzata per erogare un volume specifico con un alto grado di precisione. Un bulbo viene utilizzato per aspirare il liquido, mai per bocca.

La buretta viene utilizzata per erogare volumi di liquido variabili, ma precisi, controllati con il rubinetto. Viene spesso utilizzato negli esperimenti di titolazione.

Successivamente, la nostra indagine riguarderà la vetreria che ha usi procedurali più specifici.

In primo luogo, il pallone a fondo tondo, o pallone bollente, è progettato per consentire un riscaldamento e un'agitazione uniformi, per guidare le reazioni chimiche. Per evitare fuoriuscite, non deve mai essere riempito a più del 50% del suo volume totale.

Sebbene gli imbuti tradizionali abbiano una forma familiare, ci possono essere variazioni a seconda della loro destinazione d'uso. Ad esempio, gli imbuti utilizzati per la filtrazione a gravità sono dotati di carta da filtro piegata. Gli imbuti per polveri hanno steli più larghi progettati per l'erogazione di solidi e liquidi viscosi.

L'imbuto separatore viene utilizzato nelle estrazioni liquido-liquido per separare liquidi immiscibili di diversa densità. Ha una forma specializzata, con una parte superiore larga per la miscelazione e una parte inferiore stretta che porta a un rubinetto per la separazione. Il pallone e l'imbuto Büchner sono utilizzati per la filtrazione sotto vuoto. L'imbuto è tipicamente in ceramica, con fori delle dimensioni di uno spillo sul fondo piatto. È inserito nel pallone con un collare in gomma per garantire una tenuta ermetica. La fiaschetta assomiglia a un Erlenmeyer nella forma, ma ha un braccio laterale spinato per il tubo di aspirazione.

In alcuni processi chimici, potrebbe essere necessario sigillare, collegare o supportare la vetreria da laboratorio. La sigillatura della vetreria viene in genere eseguita con un tappo. La gomma e il neoprene sono utilizzati in pezzi con colli standard. Possono essere realizzati con fori per consentire l'inserimento di tubi, termometri o agitatori, pur garantendo una chiusura ermetica.

I tappi di vetro vengono utilizzati per sigillare le apparecchiature con raccordi in vetro smerigliato. Questi forniscono una forte tenuta, ma la possibilità di grippaggio da vetro a vetro richiede l'uso di grasso per giunti. Il grasso per giunti deve essere utilizzato anche quando si collegano insieme due pezzi di vetreria. Tuttavia, poiché questi giunti non sono meccanicamente resistenti, vengono utilizzate clip di collegamento in plastica per evitare che si separino.

Quando è necessario un supporto strutturale aggiuntivo, la vetreria viene spesso bloccata in posizione. I morsetti forniscono questo supporto collegandosi al collo di un pezzo su un'estremità e a un supporto per storta sull'altra. Mentre alcuni articoli in vetro dovrebbero essere sempre fissati, il bloccaggio può anche essere utilizzato per garantire che i componenti rimangano in posizione verticale durante una procedura.

Ora che abbiamo esaminato molti dei pezzi di vetro trovati nei laboratori professionali, discuteremo alcuni dei loro numerosi usi.

L'osservazione delle reazioni spontanee che si verificano in natura può essere eseguita in laboratorio replicando le loro condizioni originali. La vetreria è vitale per queste indagini a causa della sua natura inerte e durevole.

Nell'esperimento di Miller-Urey, l'ambiente della Terra primordiale è stato simulato in un pallone a fondo tondo per studiare la sintesi abiotica di composti organici. Un grande collettore di vetreria ad incastro aiutava a fornire i gas atmosferici necessari, che venivano poi innescati, simulando l'illuminazione. Il prodotto è stato pipettato dal pallone per evitare contaminazioni e conservato per ulteriori indagini.

Quando si sintetizzano molecole organiche, è spesso necessario applicare calore per lunghi periodi di tempo. In questo esempio, è stata eseguita una reazione di accoppiamento incrociato carbonio-carbonio utilizzando un apparecchio costituito da tre pezzi di vetreria. L'apparato, costituito da un pallone a fondo tondo, un condensatore a riflusso e un gorgogliatore d'olio, consente di far bollire la soluzione all'infinito, senza perdere volume o modificare la pressione.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle comuni attrezzature da laboratorio in vetro e ai loro usi. Ora dovresti avere familiarità con la vetreria utilizzata per applicazioni qualitative, di misurazione e procedurali.

Grazie per l'attenzione!