Penkikemia on tyyppi, joka suoritetaan perinteisimmällä tavalla-tiedemies sekoittaa ja käsittelee kemikaaleja suoraan, eikä käytä mitään korkean teknologian laitteita tai teoreettisia lähestymistapoja, jotka voivat liittyä uusimpiin kurinalaisuutta. Pohjimmiltaan se sisältää kokeita ja esittelyjä, jotka voidaan tehdä muutamalla kemikaalilla; jotkut koeputket, pullot ja dekantterilasit; ja Bunsen -poltin. Stereotyyppinen kuva tutkijasta valkoisessa laboratoriotakissa, joka kaataa kemikaaleja koeputkesta toiseen, on täydellinen esimerkki penkkikemiasta. ”Märkä kemiaa” käytetään joskus synonyyminä tälle toiminnalle; se on kuitenkin alan termi, jolla on paljon joustavampi määritelmä, ja se voi viitata myös korkean teknologian laitteiden käyttöön, joita ei yleensä löydy laboratorion työpöydältä.
Techniques
Termi “penkkikemia” kattaa monia erilaisia tieteellisiä tekniikoita, joita käytetään laboratoriossa. Yleinen nyrkkisääntö on, että jos se on menetelmä, jota voidaan helposti harjoittaa työpöydällä ilman tietokonetta, joka suorittaa suurimman osan laskutoimituksista ja analyyseistä, se on penkkikemian tekniikka. Analyysimenetelmiä ovat titraus, gravimetrinen analyysi, liekkitestit ja booraksihelmetestit. Elementtejä tai yhdisteitä voidaan myös valmistaa työpöydällä. Kokeilu tai yksinkertaisesti asioiden sekoittaminen yhteen nähdäkseen, mitä tapahtuu, on usein penkki -toimintaa, ja monia tärkeitä löytöjä tehdään edelleen tällä tavalla.
Analyyttiset metodit
Suuri osa kemiasta liittyy analyysiin: materiaalinäytteen tutkiminen sen alkuaineiden tai yhdisteiden määrittämiseksi. Vaikka on olemassa instrumentteja, kuten spektrometrejä, joita voidaan käyttää yksityiskohtaisten analyysien suorittamiseen, on olemassa myös laaja valikoima yksinkertaisia penkkitestejä, jotka voidaan tehdä yksinkertaisesti sekoittamalla yksi tai kaksi ainetta tai lämmittämällä jotain Bunsen -liekissä. Nämä menettelyt voivat olla vanhanaikaisia, mutta ne eivät vaadi kalliita laitteita ja voivat opettaa oppilaille paljon kemiasta. Aiemmin ne ovat johtaneet merkittäviin läpimurtoihin, kuten uusien elementtien löytämiseen.
Titraus – jota joskus kutsutaan tilavuusanalyysiksi – on menetelmä, jota käytetään liuenneen yhdisteen pitoisuuden määrittämiseen. Jos kemisti haluaa esimerkiksi tietää, kuinka paljon suolahappoa on vesiliuoksessa, hän voi lisätä emäksistä liuosta, kuten natriumhydroksidia, jonka pitoisuus on tunnettu, kunnes saatu liuos on neutraali. Suolahapon pitoisuus voidaan sitten laskea käytetyn natriumhydroksidiliuoksen tilavuudesta.
Gravimetrinen analyysi perustuu massaan tilavuuden sijasta, ja siihen kuuluu kiinnostuksen kohteena olevan yhdisteen tai elementin punnitseminen sen eristämisen jälkeen näytteestä. Esimerkiksi selvittääkseen malmissa olevan metallin määrän kemisti voi ensin liuottaa malmin happoon ja lisätä sitten emäksen, joka reagoi metallin kanssa muodostaen liukenemattoman yhdisteen. Tämä tulee ulos liuoksesta hienona jauheena, joka tunnetaan sakana, joka voidaan sitten suodattaa ja punnita. Silloin on mahdollista tietää metallin ja muiden saostuneen yhdisteen alkuaineiden atomipainot määrittämällä, kuinka paljon metallia oli malmissa.
Liekitesti perustuu väreihin, jotka syntyvät, kun tiettyjä metalleja kuumennetaan voimakkaasti Bunsen -liekissä. Esimerkiksi barium antaa vihreää, strontiumia, punaista ja cesiumia, sinistä. Testi suoritetaan tavallisesti käyttämällä platinalankaa, jonka päässä on pieni silmukka, jota käytetään pienen määrän näytteen ottamiseen ja sen tuomiseen liekkiin.
Toinen tapa havaita metalleja on booraksihelmetesti. Jälleen käyttämällä platinalangasilmukkaa pieni määrä booraksia (natriumtetraboraattia) sulatetaan Bunsen -liekissä ja sitä käytetään sitten pienen määrän näytteen ottamiseen. Tämä seos sulatetaan sitten liekissä uudelleen pienen pyöreän helmen muodostamiseksi. Näytteessä olevat metallit tuottavat erivärisiä helmiä. Väri riippuu myös siitä liekin osasta, jossa helmi kuumennetaan, ja helmi voi vaihtaa väriä jäähtyessään. Tuotetuista väreistä on usein mahdollista tunnistaa, mikä metalli on läsnä.
Kemikaalinäytteiden valmistelu
Penkki -menetelmiä voidaan käyttää myös näytteiden valmistamiseen tai puhdistamiseen tietyistä kemikaaleista. Tislaus on yleinen tekniikka. Nesteiden seos, jolla on eri kiehumispisteet – esimerkiksi vesi ja etanoli – voidaan erottaa asettamalla se lauhduttimeen liitettyyn pulloon tai retorttiin ja lämmittämällä se yhden kiehumispisteen yläpuolelle, mutta alle toisen kiehumispiste. Alemman kiehumispisteen omaava neste höyrystyy ja voidaan tiivistää ja kerätä.
Saostaminen on toinen menetelmä, jolla voidaan valmistaa veteen liukenematon kemikaali. Puhdas näyte kalsiumkarbonaatista (CaCO3) voidaan valmistaa esimerkiksi sekoittamalla liukoisen kalsiumyhdisteen – kuten kalsiumkloridin (CaCl2) – liuos liukoisen karbonaatin – kuten natriumkarbonaatin (Na2CO3) – liuokseen, dekantterilasissa. Kalsiumkarbonaatti muodostaa sakan dekantterilasin pohjalle. Toinen reaktion tuote, natriumkloridi (NaCl), joka on liukoinen, voitaisiin saada haihduttamalla jäljelle jäänyt neste. Tällä menetelmällä voidaan valmistaa monia erilaisia yhdisteitä.
Penkki
Penkikemia on saanut nimensä perinteisestä laboratoriotyöpöydästä. Niitä löytyy sekä teollisista että akateemisista laboratorioista, ja melkein kaikki luonnontieteiden opiskelijat työskentelevät jossain vaiheessa jossakin näistä penkkeistä. Ne ovat yleensä tahroja, kuumuutta ja korroosiota kestäviä, joten kemikaalin läikkyminen ja epäonnistuneet kokeet eivät aiheuta merkittäviä vaurioita, ja ne voidaan varustaa kaasun ulostuloilla, joihin Bunsen -poltin voidaan kiinnittää. Joitakin työpöytiä ympäröivät myös ilmanvaihtojärjestelmät, jotka tunnetaan höyryhuuvina, jotka suojaavat käyttäjiä myrkyllisiltä kaasuilta, joita saattaa vapautua tiettyjen kemiallisten reaktioiden aikana.