Правила безопасной работы в лаборатории

Техника безопасности кажется списком запретов, который надо вызубрить. На самом деле каждое правило — короткий вывод из опыта, часто печального, и, если понять причину, запоминать нечего.

«В пробирку берут 1–2 мл раствора». Пробирка на 10 мл, а наливают в неё пятую часть. Причина двойная. Во-первых, при встряхивании и тем более при нагревании жидкость поднимается, и полная пробирка выплеснется на руки. Во-вторых, признак реакции — осадок, газ, изменение цвета — прекрасно виден и в двух миллилитрах, а вещества расходуется в пять раз меньше. На экзамене это ещё и вопрос времени: осадок в маленьком объёме формируется быстрее.

«Отверстие пробирки направляют от себя и от соседей». Жидкость при нагревании может перегреться: закипеть не сразу, а разом, целым пузырём пара, и выбросить содержимое струёй на десятки сантиметров. Направление отверстия решает, куда эта струя пойдёт. По той же причине пробирку прогревают всю целиком, покачивая над пламенем, а не держат неподвижно донышком в огне.

«Твёрдые вещества берут шпателем или ложечкой». Причин снова две: не навредить себе (щёлочь разъедает кожу, соли свинца и бария ядовиты) и не испортить реактив — на пальцах всегда есть жир и соли, и запас вещества в склянке после такого «отбора» становится непригодным.

«Излишек реактива обратно в склянку не возвращают». Ровно по второй причине: пипетка или пробирка уже могли соприкоснуться с другим веществом, и одна капля постороннего испортит всю склянку. Излишек сливают в отдельную ёмкость для отходов.

«Склянку держат этикеткой к ладони». Если капля стечёт по стенке, она попадёт не на этикетку, а на ладонь, с которой её видно и легко смыть. Испорченная этикетка — это склянка с неизвестным содержимым, а неизвестное вещество в лаборатории опаснее любого известного.

«Нюхают, направляя пары к себе движением руки». Концентрированные пары аммиака, хлора, оксида серы(IV) обжигают слизистую. Ладонью подгоняют к носу малую порцию воздуха над сосудом — этого достаточно, чтобы определить запах, и мало, чтобы получить ожог. Наклоняться над пробиркой и вдыхать полной грудью нельзя никогда.

«Пробовать на вкус запрещено». Здесь исключений нет вовсе. Это самый частый неверный вариант в задании 16, и появляется он почти в каждом варианте — в формулировке вроде «для определения наличия кислоты раствор следует понюхать и попробовать на вкус». Кислоту определяют индикатором, а не языком.

«После работы руки моют с мылом». Даже если ничего не пролилось: мельчайшие количества реактивов остаются на пальцах всегда.

Это правило чаще других попадает в задание 16, причём обычно в перевёрнутом виде: «при разбавлении серной кислоты воду приливают к кислоте». Такое суждение неверно, и понимать, почему, важнее, чем помнить мнемонику.

При смешивании концентрированной серной кислоты с водой выделяется очень много теплоты — это сильно экзотермический процесс гидратации. Если лить кислоту в воду, тяжёлая кислота (её плотность около 1,8 г/см³, почти вдвое больше, чем у воды) опускается вниз и перемешивается со всем объёмом воды; теплота распределяется по большой массе, и раствор просто заметно нагревается.

Если лить воду в кислоту, лёгкая вода остаётся сверху, и вся теплота выделяется в тонком поверхностном слое. Этот слой мгновенно вскипает, и кипящая концентрированная кислота разбрызгивается вверх — прямо в лицо тому, кто наливает.

Отсюда школьная присказка, которую стоит держать в голове: «Сначала вода, потом кислота — иначе случится большая беда». И техника: кислоту приливают тонкой струёй по стеклянной палочке, непрерывно перемешивая, небольшими порциями, давая раствору остыть.

То же правило распространяется на любое смешивание с сильным тепловым эффектом: твёрдую щёлочь тоже добавляют в воду малыми порциями при перемешивании, а не наоборот.

И о первой помощи, потому что это тоже часть техники безопасности. При попадании любого реактива на кожу его в первую очередь смывают большим количеством проточной воды и сообщают учителю. Чем раньше и обильнее промывание, тем меньше последствий; искать «нейтрализатор» раньше, чем смыта основная масса вещества, — потеря времени. Пролитую на стол кислоту засыпают песком или содой, а не вытирают тряпкой.

Отдельно про нагревание и огонь: спиртовку зажигают спичкой, гасят только колпачком (задувать нельзя — пламя может уйти внутрь), и одну спиртовку никогда не зажигают от другой. Легковоспламеняющиеся жидкости — спирт, бензин, ацетон — нагревают не на открытом огне, а на водяной бане.

В задании 16 регулярно спрашивают не только правила, но и способы разделения смесей. Разбирать их удобно через оборудование.

Пробирка — для опытов в малых объёмах. Штатив с лапкой и кольцом — чтобы закрепить пробирку или колбу. Спиртовка — источник нагрева. Шпатель и ложечка — для сыпучих веществ. Воронка с бумажным фильтром — для фильтрования. Выпарительная чашка — для выпаривания. Делительная воронка — для разделения несмешивающихся жидкостей. Мерный цилиндр — для отмеривания объёма. Стеклянная палочка — для перемешивания и для направления струи при переливании.

Теперь — способы разделения. Все они физические: вещества в смеси сохраняют свои свойства, и именно на различии свойств разделение и строится.

• • Отстаивание — по разной плотности: песок в воде оседает, масло всплывает.
• • Фильтрование — по размеру частиц: нерастворимое твёрдое остаётся на фильтре, раствор проходит.
• • Выпаривание — по разной летучести: вода испаряется, растворённая соль остаётся.
• • Дистилляция (перегонка) — тоже по летучести, но собирают пар, превращая его обратно в жидкость. Так опресняют морскую воду.
• • Действие магнита — по магнитным свойствам: железные опилки притягиваются, сера нет.
• • Делительная воронка — для несмешивающихся жидкостей: вода и растительное масло, вода и бензин.

Главная ловушка задания: фильтрованием нельзя выделить растворённое вещество. Поваренная соль, растворённая в воде, пройдёт сквозь фильтр вместе с водой — её выделяют выпариванием. И зеркальная ловушка: мел в воде не растворяется, поэтому его отделяют именно фильтрованием, а не выпариванием.

Протокол опыта: разделение смеси поваренной соли и речного песка.

Цель. Разделить смесь двух твёрдых веществ, одно из которых растворимо в воде, а другое нет.

Что берём. Смесь соли и песка; стакан с водой; стеклянную палочку; воронку; бумажный фильтр; второй стакан; выпарительную чашку; спиртовку; штатив.

Что делаем. 1) Смесь высыпают в стакан с водой и перемешивают палочкой — соль растворяется, песок нет. 2) Бумажный фильтр складывают вчетверо, раскрывают конусом и вкладывают в воронку, смачивают водой, чтобы он прилип к стенкам. 3) Смесь выливают в воронку по стеклянной палочке, следя, чтобы уровень жидкости был ниже края фильтра. 4) Прозрачный фильтрат собирают во второй стакан. 5) Фильтрат переливают в выпарительную чашку и осторожно нагревают на спиртовке, пока вода не испарится.

Что наблюдаем. На фильтре остаётся влажный песок. Сквозь фильтр проходит прозрачный бесцветный раствор. При выпаривании на дне чашки появляются белые кристаллы.

Вывод. Смесь разделена: песок остался на фильтре, поваренная соль выделена из фильтрата выпариванием. Оба вещества сохранили свои свойства, значит смесь действительно была смесью, а не соединением: химических превращений здесь не происходило.

Формулировка задания 16 звучит так: «о правилах безопасной работы с веществами в лаборатории и в быту». Вторая половина не для красоты — кодификатор выделяет безопасное использование веществ в повседневной жизни отдельным элементом, и суждения про дом в вариантах встречаются.

Не смешивать бытовые средства. Самая частая домашняя авария — соединение хлорсодержащего отбеливателя со средством, содержащим кислоту (например, средство для удаления известкового налёта). Гипохлорит натрия NaClO в кислой среде выделяет хлор — ядовитый жёлто-зелёный газ с резким запахом, тот самый, отравления которым случались в закрытых ванных комнатах. Правило простое: два разных чистящих средства не смешивают никогда, даже если кажется, что «будет сильнее».

Не нагревать закрытые ёмкости. Баллончик, аэрозоль, плотно закрытая банка при нагревании становятся сосудом с растущим давлением. Это относится и к лаборатории: пробирку с реакционной смесью никогда не затыкают наглухо.

Проветривать. Пары растворителей, ацетона, красок, уксусной эссенции тяжелее воздуха и скапливаются внизу. Работать с ними при закрытых окнах нельзя, а рядом с открытым огнём — тем более: пары многих растворителей горючи.

Хранить в исходной таре с этикеткой. Перелитая в бутылку из-под воды жидкость — причина большинства бытовых отравлений детей. Это то же самое правило, что и лабораторное «этикетка к ладони, склянка подписана»: неизвестное вещество опаснее известного.

Уксусная эссенция и сода. Реакция CH₃COOH + NaHCO₃ = CH₃COONa + H₂O + CO₂↑ безобидна и знакома каждому по выпечке, но проводить её в закрытой ёмкости нельзя: выделяющийся углекислый газ создаёт давление. Заодно это пример того, что «домашняя химия» подчиняется тем же уравнениям, что и школьная.

Средства бытовой химии — это концентрированные растворы. Средство для прочистки труб содержит щёлочь, средство от ржавчины — кислоту, и работать с ними надо в перчатках. Щёлочь опаснее кислоты для глаз: она проникает в ткани глубже, поэтому защита глаз — не перестраховка.

Общий вывод, который стоит унести из урока: правила лаборатории и правила кухни — одни и те же, потому что вещества одни и те же. Отличается только то, что в кабинете рядом стоит учитель, а дома — нет.

Формат линии 16 постоянен: даны четыре суждения, надо выбрать два верных и записать их номера в порядке возрастания. Один первичный балл, и берётся он почти всегда, если действовать по порядку.

Приём первый: проверяй каждое суждение вопросом «что случится, если сделать именно так». Правило техники безопасности всегда защищает от конкретной неприятности; если неприятность придумывается — суждение верное, если нет — ложное.

Приём второй: ищи перевёртыш. Неверные суждения в этой линии чаще всего получены из верного правила заменой на противоположное: «воду в кислоту» вместо «кислоту в воду», «отверстием к себе» вместо «от себя», «обратно в склянку» вместо «в отдельную ёмкость». Узнаваемое правило, сказанное наоборот, — почти наверняка ложный вариант.

Приём третий: помни абсолютные запреты. Пробовать на вкус — нельзя никогда. Брать реактивы руками — нельзя. Нюхать, наклоняясь над сосудом, — нельзя. Любое суждение, разрешающее что-то из этого, ложно без дальнейших рассуждений.

Приём четвёртый: проверь, что верных ровно два. Если насчитали три или одно, значит где-то ошиблись, и перечитать надо самое сомнительное суждение. Это бесплатная самопроверка, которая занимает пять секунд.