Давно опровергнуто мнение о том, что особо важные лабораторные реакции следует проводить в золотых сосудах. Никто уже не помышляет о синтезе философского камня в тигле, выточенном из цельного алмаза.
И правильно! Потому что современное лабораторное стекло по практическим свойствам даст сто очков вперед сплавам прошлого. Термическая и химическая стойкость, полная непроницаемость для газов, устойчивость к механическим нагрузкам, дешевизна, в конце концов, – вот важнейшие качества современной лабораторной посуды, выполненной из различных сортов стекла.
Не стеклом единым
Современная практическая наука не отказывается ни от каких материалов и веществ, способных принести зримую пользу исследователю. Вот почему, комплектуя химическую лабораторию, нельзя забывать о вспомогательных изделиях из полимеров.
Высокая степень инертности, плотность прилегания к стеклу, возможность беспроблемной замены при утрате изделием первоначальных свойств определяют спрос на пробки, подставки, спринцовки и прочее пластиковое оборудование лаборатории.
Прочность керамики дает возможность использовать фарфор в качестве материала для ступок, тиглей, фильтровальных устройств. Находят свое применение в лабораториях и резина, и натуральная пробка, и полимеризованный силикон. Однако стеклянная посуда преобладает в любой химической лаборатории.
Кварцевое стекло в лаборатории
Лабораторное стекло, при всем имеющемся разнообразии его рецептур, обязано быть прозрачным и устойчивым к нагрузкам и термическому воздействию. Наибольшее распространение в лабораториях мира получило кварцевое стекло, производимое из натурального кремния, природного кварца и стеклянного боя.
В составе кварцевого стекла находится по большей части диоксид кремния SiO2. Знаменитое эффектом термостойкости, кварцевое стекло выдерживает погружение в холодную воду после нагревания до температуры красного свечения. Коэффициент его линейного расширения настолько невелик, что возникновения трещин в массиве неравномерно прогретого блока из кварцевого стекла практически не наблюдается.
Лабораторная практика может потребовать нагревания посуды до температур, значительно превышающих 1000°С. Поэтому лаборанту следует иметь в виду: температура заметного размягчения кварцевого стекла равняется 1250°С.
Требует осторожности наблюдение реакций, идущих в посуде из кварцевого стекла при высоком давлении и предельно допустимой температуре. Бояться, собственно, следует не столько повышения давления, сколько возникновения резких его перепадов.
Кроме того, проницаемость стенок лабораторной посуды, изготовленной из кварцевого стекла, повышается при росте температуры среды. Так, через трубку из кварцевого стекла (толщина стенки 1 мм) за час просачивается до 0,1 см3 молекулярного водорода Н2, - если площадь поверхности трубки составляет 100 см2, температура среды держится на уровне 750°С, а разница в давлениях не превышает одной атмосферы.
Посуда из кварцевого стекла должна быть чистой!
Во избежание кристаллизации (т.н. расстекловывания), лабораторную посуду из кварцевого стекла необходимо тщательно очищать. Минимальные загрязнения, даже такие безобидные, как жирные отпечатки пальцев, могут стать фатальными.
Процесс расстекловывания, однажды начавшись на нагреваемом загрязненном участке кварцевого стекла, необратим. Самопроизвольное разрушение изделия становится неизбежным. Вот почему так важно удалять жировые наслоения на кварцевом стекле при помощи полностью испаряющихся растворителей (ацетон, спирты), а непрозрачный осадок смывать раствором плавиковой кислоты.
Несмотря на достаточную устойчивость кварцевого стекла к большинству кислот, жидкие и газообразные соединения фтора способны разрушить такого рода посуду. Растворяет SiO2 и фосфорная кислота Н3РO4. Водные растворы щелочей и расплавы оснований (гидроксидов) щелочных металлов тоже взаимодействуют с кварцевым стеклом.
Боросиликатное стекло – основной материал производства химико-лабораторной посуды
И хотя боросиликатное стекло по ряду параметров уступает стеклу кварцевому, его практические качества позволяют с успехом использовать материал в большинстве лабораторий. Более того: в ряде случаев именно боросиликатное стекло является предпочтительным материалом для изготовления лабораторной посуды. Проницаемость боросиликатного стекла для водорода, гелия, кислорода, азота равна нулю (при температурах до 600°С), что выгодно отличает его от стекла кварцевого.
Чрезвычайно широкий ассортимент изделий из лабораторного стекла не означает невозможности создания уникальных конструкций, требуемых исследователю. Однако легкость технологии изготовления и переделки лабораторного стекла в кустарных условиях – кажущаяся. Поэтому приобретение готовой посуды – много более актуальная задача, нежели обучение персонала азам стеклодувного мастерства.