Leitfaden zur Auswahl

der Apparaturen und Experimente

 

Leitfaden mit Erklärung der Systematik

1. "gute Laborpraxis"

2. Anordnung der Apparaturen nach Aggregatzuständen der Edukte

3. zu den Edukten dieser Website


1. "gute Laborpraxis"

 

In der Natur findet sich überall ein Streben nach Gleichgewicht.

Wird ein natürliches Gleichgewicht durch den Menschen geplant gestört, so bezeichnet man die vom Menschen geplanten Störungen als Experiment

Störungen können zum Beispiel Änderung der äußeren Bedingungen wie Druck, Temperatur oder Verteilung (Konzentration) von Stoffen sein.

Stoffe, die sich nicht im natürlichen Gleichgewicht mit ihrer Umgebung befinden, nennt man Chemikalien.

Der Mensch befindet sich während er lebt in fortwährenden Stoff und Energieaustausch mit seiner Umgebung. Er befindet sich in einem fließenden Gleichgewicht. Er reagiert sozusagen wie eine „Chemikalie“.

Chemikalien können nur miteinander reagieren, wenn sie sich berühren.

Um die Sicherheit von Menschen zu gewährleisten, müssen chemische Reaktionen in geschlossenen Apparaturen durchgeführt werden, damit der Mensch nicht mit den Chemikalien in Berührung kommen kann.

Die Planung von chemischen Apparaturen folgt gewissen Grundregeln. Dabei sind die "Regeln der guten Laborpraxis" einzuhalten. Diese Regeln sind nirgends festgelegt. Sie werden nur durch Erfahrung gewonnen und durch praktisches Arbeiten im Labor weitergegeben. Wie bei allen Regeln ist die Anwendung den Umständen entsprechend anzupassen.

Zunächst ist das Wissen um die Aggregatzustände der beteiligten Edukte und Produkte wichtig. Außerdem sind die zu erwartenden Reaktionsbedingungen zu berücksichtigen.

Sicherheit: Zwischen Reaktionsräumen mit unterschiedlichen Reaktionsbedingungen müssen Leervolumina eingebaut sein.

Eine geschlossene Apparatur muss ein Reservevolumen für entstehende und/oder erhitzte Gase besitzen.

Eduktseite: Der leichter bewegliche Aggregatzustand (Stoff) wird zum schwerer beweglichen bewegt, also gasförmig -> flüssig -> fest

Produktseite: Der schwerer bewegliche wird zuerst aus dem Reaktionsgemisch entfernt, also erst fest, dann flüssig, dann gasförmig.

Umgang mit Chemikalien:

Alle in der Umgebung eines chemischen Experimentes haben geeignete „persönliche Schutzmaßnahmen zu treffen. Dazu gehören Schutzbrille, Schutzhandschuhe, geeignete Kleidung. Der Raum muss über für das Experiment nötigen Schutzvorrichtungen verfügen. Dazu gehören mindestens zwei Zugänge, fließendes Wasser, Abzüge, Brandbekämpfung, Augendusche, Duschen, Notabschaltung.

Beim Einfüllen von Chemikalien in die Apparatur werden erst die ungefährlichen Stoffe eingefüllt, dann die ansteigend immer gefährlicheren. In zweiter Linie wird die Mobilität der Stoffe berücksichtigt: die schwer bewegliche sind vor den leichter beweglichen Stoffen einfüllen, also fest vor flüssig, zuletzt gasförmig. Beide Prinzipien können miteinander konkurrieren. Auf jeden Fall werden feste Entsorgungschemikalien vor hochreaktiven giftigen Gasen eingesetzt.

Entsorgung von Chemikalien muss vor dem Experiment geplant sein. Vor dem wieder Öffnen der Apparatur sollten sich keine giftigen Gase mehr in der Apparatur befinden. Andernfalls muss ein Abzug mit Entsorgungseinheit benutzt werden. Zur Entsorgung von gefährlichen Stoffen müssen geeignete Entsorgungsgefäße bereitgestellt sein.

 

2. Anordnung der Apparaturen nach Aggregatzuständen der Edukte:

 

Für den Aufbau von chemischen Apparaturen gelten Regeln, die von den Aggregatzustanden der Edukte und Produkte bestimmt sind.

Es gilt bei der Synthese in der Regel, dass der leichter bewegliche Stoff zum schwerer beweglichen hinbewegt wird. So werden Gase zu Gasen gebracht, Gase durch Flüssigkeiten gesagt oder gedrückt und Gase über oder durch Feststoffe streichen. Unter Verwendung der englischen Abkürzungen der Aggregatzustände Gas (g, gaseous), Flüssigkeit (l, liquid) und Feststoff (s, solid) kann man daher schreiben:

  • g + g -->
  • g + l -->
  • g + s -->
  • l + l -->
  • l + s -->
  • s + s -->

Bei der Abtrennung der Reaktionsprodukte verfährt man der Einfachheit folgend genau umgekehrt. der schwerer bewegliche Aggregatzustand wird zuerst abgetrennt. Daraus ergbt sich die Anordnung innerhalb der oberen 6 Gruppen zu:

  • --> s + s
  • --> s+ l
  • -->s + g
  • --> l + l
  • --> l + g
  • --> g + g

Gelöste Stoffe erhalten das Kürzel (sol; lat. solvatus) und werden wie Flüssigkeiten behandelt.
Speziell für die Reaktion von Gasen ist es apparativ wichtig, ob die Gase offen austreten dürfen, Zeichen g, oder in geschlossenem Behälter, als Zeichen [g], gehandhabt werden.

Dazu einige Beispiele:

Reaktion (Edukte --> Produkte) Kürzel
Kupfer reagiert beim Erhitzen an der Luft zu Kupferoxid:g + s --> s
Kohlenstoff reagiert beim Erhitzen an der Luft zu Kohlenstoffdioxid g + s --> g
Zucker reagiert beim Erhitzen an der Luft zu Wasser und Kohlenstoffdioxid: g + s --> l + g

Die Reaktionsbedingungen (Druck, Temperatur, exotherme oder endotherme Reaktion) bestimmen im Wesentlichen das Material der Geräte.

Eine Unterscheidung nach organischer und anorganischer Chemie ist nicht erforderlich. Dennoch werden bestimmte Laboroperationen in bestimmten Fachgebieten bevorzugt eingesetzt. So werden in der organischen Chemie besonders häufig

Sieden unter Rückfluss,

Destillationen

mit und ohne Schutzgas und

mit und ohne Vakuum,

Rektifikationen,

Extraktionen,

Filtrationen mit und ohne Schutzgas

chromatographische Verfahren

eingesetzt, für die es spezielle Apparaturen gibt. Diese werden zu einem späteren Zeitpunkt gesondert behandelt.

 

3. zu den Edukten dieser Website:

 

Bei der Anordnung nach Edukten wird eine alphabetische Reihenfolge eingehalten.

Edukte
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10.10.2011