1. Горелка Бунзена
2. Конфорки
3. Сухой лед
4. Жидкий азот
Источник: Роберт М. Риу и Суприта Джаримуне, Университет штата Пенсильвания, Юниверсити-Парк, Пенсильвания
Работа с экстремальными температурами, как…
1. Горелка Бунзена
2. Конфорки
3. Сухой лед
4. Жидкий азот
Применение экстремальных температурных методов является неотъемлемой частью научных исследований и промышленных процессов. Следовательно, надлежащее обучение технике безопасности является необходимым условием для предотвращения травм.
Высокие температуры часто требуются для химических реакций или дистилляции. Открытое пламя часто используется для стерилизации и модификации лабораторного и медицинского оборудования.
С другой стороны, очень низкие температуры часто необходимы для управления высокоэкзотермическими реакциями и для охлаждения таких приборов, как спектрометр ядерного магнитного резонанса или линия Шленка.
Нагревательные плиты и горелки Бунзена обычно используются для работы при высоких температурах, в то время как сухой лед или жидкий азот применяются для экстремального охлаждения. Тем не менее, все эти источники могут представлять значительную опасность, если с ними не обращаться осторожно.
Это видео проиллюстрирует опасность экстремальных температурных методов, как безопасно эксплуатировать и работать с этими источниками, а также что делать в случае чрезвычайной ситуации.
Горелка Бунзена использует метан, пропан или бутан для создания открытого пламени. Температуру этого пламени можно примерно регулировать в пределах 250-1200 градусов по Цельсию.
Для сравнения, нагревательная пластина состоит из плоской поверхности из алюминия или керамики и использует электричество для выработки тепла. Горячие плиты не имеют открытого пламени и могут более точно контролироваться при температуре в диапазоне от 50 до 350°C.
При необходимости более высокие температуры могут быть достигнуты с помощью специальных горячих пластин, достигающих 1250°C. Чтобы избежать опасности возгорания, с открытым огнем и высокими температурами горячих источников следует обращаться очень осторожно.
Источники холода также могут быть опасными. Сухой лед, который представляет собой твердую форму углекислого газа, обеспечивает температуру до -78°C. В дополнение к холодовым ожогам, чрезмерная сублимация сухого льда может привести к накоплению углекислого газа за очень короткое время, что создает опасность гиперкапнии.
Наконец, жидкий азот - криогенная жидкость - используется, когда необходимы еще более низкие температуры. Он может обеспечить температуру ванны до -196°C.
Жидкий азот может расширяться в объеме в 695 раз, и при испарении может вызвать крайнюю нехватку кислорода в окружающем воздухе, что приводит к удушью, потере сознания и смерти в экстремальных условиях.
Кроме того, длительное нахождение на коже может быстро привести к обморожению. Кратковременное воздействие глазных жидкостей может привести к необратимому повреждению глаз.
Теперь, когда вы знаете о свойствах и опасностях источников тепла и холода, давайте рассмотрим, как безопасно работать с этими компонентами.
Прежде чем использовать любой горячий источник, ознакомьтесь с расположением огнетушителя и противопожарного одеяла. Снимите украшения и завяжите назад длинные волосы. Всегда надевайте лабораторный халат, защитные очки, обувь с закрытыми носками и перчатки. Вы также должны использовать термозащитные перчатки, которые эффективно изолируют до 650 °C.
Очистите область от любых горючих веществ, таких как бумага или химикаты. Размещайте горелку Бунзена вдали от верхнего оборудования или осветительных приборов не менее чем на 12 дюймов. Проверьте соединение шланга с источником газа на наличие утечек и используйте соответствующие указатели, чтобы уведомить о том, что горелка работает. Для розжига горелки используйте зажигалку с удлиненным насадкой.
После того, как горелка Бунзена заработает, никогда не оставляйте открытый огонь без присмотра. Когда вы закончите, закройте вентиль на горелке Бунзена, немедленно выключите газ и закройте соединение с источником газа, дав горелке остыть перед обращением или очисткой после использования.
Многие конфорки поставляются со встроенной магнитной мешалкой, цифровым считыванием и входом термопары для регулировки и поддержания температуры.
Как и в случае с горелкой Бунзена, знайте расположение огнетушителя и какой тип использовать. Никогда не используйте воду или жидкий азот для тушения пожара в масляной ванне, а вместо этого используйте огнетушитель класса B.
Всегда надевайте средства индивидуальной защиты при работе с конфоркой. При нагревании летучих и опасных веществ удалите легковоспламеняющиеся или горючие материалы вокруг горячей плиты и поместите горячую пластину в вытяжку.
После того, как вы ознакомились со свойствами и масштабом вашего эксперимента, выберите правильный размер конфорки, термостойкую и нетрескающуюся стеклянную посуду из боросиликата и масляную ванну.
Убедитесь, что температура эксперимента ниже точки вспышки масляной ванны. Всегда используйте конденсатор при нагревании летучих растворителей или веществ.
Если в нагретый эксперимент необходимо добавить растворитель, используйте капельную воронку, выравнивающую давление. Не добавляйте растворитель напрямую, так как это может привести к внезапному возгоранию. Как и в случае с горелкой Бунзена, не оставляйте конфорку без присмотра.
Материалы с очень низкой температурой кипения, такие как диэтиловый эфир, следует нагревать с помощью водяной бани, а не масляной ванны, чтобы избежать значительного риска возгорания.
Если для обогрева используется металлическая фольга или металлические емкости, такие как алюминиевые блоки, следует проявлять особую осторожность и осторожность. По сравнению с масляной ванной, в ней невозможно увидеть, горячая она или холодная, поэтому всегда проверяйте температуру с помощью термометра и используйте термостойкие перчатки.
Теперь, когда вы узнали об использовании горячих источников, давайте рассмотрим другую крайность - холодные источники.
Сухой лед следует хранить в контейнере из полистирола и, по возможности, в холодном помещении, чтобы свести к минимуму сублимацию. Храните сухой лед в хорошо проветриваемых помещениях, чтобы избежать гиперкапнии. Не используйте полностью герметичный контейнер, чтобы избежать расширения контейнера и возможного взрыва, вызванного сублимацией сухого льда.
При работе с сухим льдом надевайте защитные средства индивидуальной защиты. Для дополнительной защиты можно надеть криогенные перчатки, которые содержат многослойный утеплитель от низких температур. Кроме того, для получения и транспортировки небольшого количества сухого льда используйте большой пластиковый совок и ведро из полистирола.
Когда закончите, либо положите чистый сухой лед обратно в контейнер для хранения, либо дайте ему нараститься. Если охлаждающая ванна была изготовлена с использованием сухого льда, выбросьте его в контейнер для опасных отходов. Никогда не выбрасывайте сухой лед прямо в раковину или мусорное ведро.
Жидкий азот хранится и обрабатывается с помощью контейнеров Дьюара, который представляет собой тип контейнеров с двойными стенками и вакуумом между стенками.
При работе с жидким азотом всегда надевайте защитные средства индивидуальной защиты. Это включает в себя изолирующие перчатки и маску для лица, особенно при заливке жидким азотом, так как жидкость имеет тенденцию разбрызгиваться.
Убедитесь, что все помещения хорошо проветриваются. При переносе жидкого азота никогда не заполняйте сосуд Дьюара более чем на 80% и никогда плотно не закрывайте емкость, чтобы предотвратить повышение давления. Кроме того, следует соблюдать особую осторожность при использовании лески Schlenk. Если холодная ловушка погружена в жидкий азот и втягивается воздух, она может конденсировать кислород в охлаждающей ловушке, создавая в ловушке взрывоопасные смеси жидкого кислорода с органическими материалами.
Помните, что горячие и холодные источники могут представлять опасность и риск для здоровья.
В случае небольшого пожара используйте соответствующий огнетушитель. Если пожар слишком большой, включите пожарную сигнализацию или позвоните по номеру 911. Эвакуируйтесь из здания, следуя инструкциям вашего учреждения в чрезвычайных ситуациях.
В случае ожога кожи, вызванного горячим источником, подержите пораженный участок под холодной водой не менее 10 минут. В случае холодного ожога подержите пораженный участок под теплой, а не горячей водой не менее 10 минут. Не трите пораженный участок, наложите стерильную повязку и обратитесь за дальнейшей медицинской помощью.
В случае попадания в глаза брызг очень горячих или холодных веществ, немедленно промойте их обильным количеством воды с помощью промывки для глаз и обратитесь за медицинской помощью.
В случае головокружения или потери сознания при работе с жидким азотом или сухим льдом переместите пострадавшего в хорошо проветриваемое помещение и при необходимости обратитесь за дальнейшей медицинской помощью.
Вы только что посмотрели введение JoVE в работу с горячими и холодными источниками. Теперь вы должны понимать опасность этих материалов, как безопасно работать с ними и что делать в случае чрезвычайной ситуации, такой как пожар или ожог. Как всегда, спасибо за просмотр!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
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.
Chapters in this 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
Videos from this collection: