實驗室化學藥品的緩沖式保護

李旭娃

摘要：試劑瓶封閉不嚴，是造成很多化學藥品發(fā)生變化的主要原因。氣體流動的量越多，化學藥品變化的程度就越大。針對氣體的流動，設置了限制氣體流動的緩沖區(qū)，引入了緩沖式保護措施。無論是自身易分解的化學藥品還是由外部氣體引起變化的藥品，都可以采取緩沖式保護。

關鍵詞：化學藥品；緩沖式保護；化學品保質

文章編號：1005–6629（2016）3–0070–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

天津港爆炸案告誡人們，對于化學品必須要進行科學的管理和保護。

很多化學藥品在長久放置過程中會發(fā)生變化（主要是變質）。化學藥品的變化，常常伴隨著變色、結塊、形成液體、出現沉淀等現象。

化學藥品的變化受光照、溫度、封閉等多種因素的影響。光照和溫度的影響一般不難解決，而封閉不嚴的影響則是一個較難解決的問題。在此，在原有的避光、防高溫等防護措施的基礎上，只針對封閉不嚴的問題，探究化學藥品的保護。

試劑瓶封閉不嚴，會造成瓶外氣體進入瓶內引發(fā)化學藥品的變化。瓶內氣體流出瓶外時，往往因氣體有毒有害而污染環(huán)境。所以，化學藥品的保護，既要防止瓶外氣體流入，又要防止瓶內氣體流出。

變化了的化學藥品會造成諸多不良影響。（1）不能再根據所取藥品的質量（或體積）準確地計算物質的質量分數、物質的量、物質的量濃度等。（2）會影響實驗效果，甚至導致實驗失敗，使師生們得不到理想的、期盼的結果。在學生形成對化學科學的情感態(tài)度的過程中起消極作用。（3）不僅會降低其使用價值，甚至報廢，造成環(huán)境污染，而且浪費資金、消耗資源，甚至可能會產生更為嚴重的后果。

化學藥品的變化非常復雜，但歸納起來具有下列特點：（1）化學藥品的變化一般是通過與有關氣體的平衡關系引發(fā)的。（2）其變化具有緩慢性、持續(xù)性。（3）瓶內氣體引發(fā)的變化主要是化學藥品自身的分解、揮發(fā)，使氣體不斷流出瓶外，使總質量不斷向著減少的方向進行。（4）瓶外氣體引發(fā)的變化，主要是空氣中的水蒸氣、氧氣、二氧化碳等進入瓶內，使總質量不斷向著增大的方向進行。

在化學藥品的使用過程中發(fā)現，只有蠟封的試劑瓶其保護作用最好。但實際上，不論是購置還是配發(fā)的藥品，蠟封包裝的很少。管理人員常常認為有密封帶的原有包裝只要不打開就一定是嚴密的，也就不再去考慮其再保護的問題，從而使化學藥品在不知不覺中不斷地、不同程度地發(fā)生著變化。所以，易變化的（特別是新購買或配發(fā)的）化學藥品，必須進行再保護。

對于一種化學藥品，購買或配發(fā)的往往不止一瓶。而在使用過程中總是先打開一瓶，將其使用完后再使用其余試劑瓶中的。對于放置待用的化學藥品，一般采取蠟封式保護。下面只討論已經打開的試劑瓶，正處于頻繁使用階段（或放置待用，但因某種原因而不便蠟封）的化學藥品的保護。

實驗1 （2014年10月30日開始）取兩個125mL的集氣瓶，分別編為1號、2號，各放入2粒綠豆大小的白色無水氯化鈣，使顆?？恐勘凇?號瓶敞口，2號瓶用塑料膜扎封。對于2號瓶扎封的具體操作方法是：將一個足夠大的單層薄塑料膜鋪展，從中間折疊4次，變?yōu)?6層，使每次折疊結果接近正方形（即不要折疊成條形）。將16層塑料膜覆蓋在瓶口，將瓶口周圍部分沿瓶頸下壓，使其瓶頸區(qū)域各處都能被16層塑料膜覆蓋，緊靠瓶頸。然后用長粗線繩將瓶頸處的各層塑料膜緊緊纏繞多圈，扎緊。放在室內，觀察氯化鈣顆粒的變化。

1號瓶至第2天，顆粒變小且下部有液體出現。至第8天時顆粒消失，全部變?yōu)橐后w（此時段內空氣很潮濕）。至第49天左右，其液體全部變?yōu)榫w（在干燥空氣中生成了CaCl2·6H2O）。至第75天左右，晶體的形狀和顏色明顯發(fā)生了變化（即在干燥空氣中水合晶體表面發(fā)生了風化）。至第128天左右，因空氣潮濕又全部變?yōu)橐后w，此液體一直持續(xù)，至2015年7～9月間空氣干熱，但仍以液體存在（其中出現了很少量的無色晶體）。而2號瓶中在6個月之內一直是固體顆粒，只是表面逐漸變得潮濕，白色逐漸趨于無色，顆粒稍有變大現象。6個月之后，發(fā)現顆粒與瓶底之間有液體出現，且不斷增多，固體顆粒逐漸變小，以至浸沒于液體中變?yōu)闊o色晶體。至2015年8月下旬，無色晶體完全消失。

2 實驗現象分析

無水氯化鈣放入空氣中，在潮解時先生成CaCl2·2H2O，再生成CaCl2·6H2O。CaCl2·6H2O既有潮解性，又有風化性。在其表面存在著平衡關系H2O（l） CaCl2·6H2O H2O（g）。在一定溫度時，當空氣中水蒸氣壓強P（水）等于其臨界值P（0）時，CaCl2·6H2O既不潮解也不風化。當P（水）>P（0）時，平衡左移，液態(tài)水增多，CaCl2·6H2O潮解，以致完全變?yōu)橐后w。當P（水）

由實驗現象可知，1號瓶中的無水氯化鈣基本上隨著空氣濕度的變化而變化。而2號瓶中的無水氯化鈣雖然也經歷了空氣濕度的不同時段，相對來說變化很慢，共經歷了近10個月，才第一次完全變成了液體，達到了與放置8天的1號瓶中相同的狀態(tài)。使無水氯化鈣完全變?yōu)橐后w的時間延長了將近38倍。

這充分說明多層薄塑料膜扎封時，可以在很大程度上阻止水蒸氣向瓶內外的流動。

實驗2 取2個125mL的集氣瓶、1個與集氣瓶開口相當的試劑瓶。各裝入2.4g無水硫酸鎂，分別編為1號、2號、3號。1號瓶敞口，2號瓶（試劑瓶）去掉內蓋、擰緊外蓋，3號瓶扎封，如圖1。分別稱其質量后放于室內。

無水硫酸鎂是一種很好的干燥劑，與空氣中的水蒸氣接觸時，會吸收水蒸氣生成水合硫酸鎂，其結晶水數目為1～7。所以，無水硫酸鎂與空氣接觸時質量會增大。

放置至50天再稱其質量，求得質量增重依次為2.0g、0.7g、0.2g。充分說明，試劑瓶加外蓋后使氣體流通的速率在很大程度上受到了限制，但阻止氣體的作用仍然比扎封的小。

試劑瓶一般配有內蓋和外蓋。

在外蓋的內側有螺紋，在瓶頸的外側也有螺紋，這兩種螺紋相互配合，起固定作用。在瓶頸的下部有一個圓環(huán)形的棱，當擰緊外蓋時，外蓋口與棱緊密接觸，阻止氣體流通。但由于外蓋口與棱都是硬質固體，而且接觸面小、切合程度小，阻止氣體的流通作用小。

常見的內蓋是堅韌的塑料制成的，形狀類似于圓柱，其上部有一個向外伸展且垂直于側面的圓環(huán)形短檐，內部是圓柱形的凹陷。其整體表面光滑，如圖2。內蓋外壁與瓶頸內壁緊貼，此處才是接觸面積大、切合程度高、阻止氣體流通最關鍵、最有效的部位。

受上述實驗的啟示，對于一個配套完整的試劑瓶，如果用多層薄塑料膜覆蓋外蓋及瓶頸，在外蓋口下的瓶頸處如上扎封，就會協助外蓋很有效地阻止氣體流通，其作用肯定會遠遠大于單獨的外蓋作用和單獨的扎封作用。這樣，在內蓋與瓶頸（內壁）之間、外蓋與瓶頸（外壁）之間，形成了阻止氣體流通的兩道關卡（扎封是對外蓋作用的加強），使瓶外氣體難以進入到內外蓋之間，而進入到內外蓋之間的氣體又難以進入瓶內。同時，使瓶內氣體難以流出到內外蓋之間，而流出到內外蓋之間的氣體又難以流出到瓶外。也就是說，兩道關卡之間形成了一個抑制氣體流通的緩沖區(qū)。該緩沖區(qū)能進一步使瓶內化學藥品得到保護，故將這種保護作用叫做緩沖式保護。

緩沖式保護主要從氣體流通的路徑著手，來限制氣體的流通。

上述實驗不僅驗證了水蒸氣流通的情況，而且也驗證了其他氣體流通的情況，不僅驗證了氣體流入的情況，而且也驗證了氣體流出的情況。因此，不論是瓶內氣體流出引發(fā)的變化，還是瓶外氣體流入引發(fā)的變化，也不論是水蒸氣、氧氣、二氧化碳中任何一種氣體引發(fā)的變化，還是其中的幾種氣體共同引起的變化，都可以通過緩沖式保護使其在很大程度上得到限制。

凡易變化的化學藥品，都可以采取緩沖式保護。

緩沖式保護中所用的塑料膜（如薄塑料袋）和線繩，是生活中常用的物品，價廉易得，其操作過程也簡單、安全。

從理論上來說，一層塑料膜與多層塑料膜阻擋氣體的作用是相同的。但實際上，所用塑料膜有未發(fā)現或看不見的小孔，或使用過程中被弄破等原因，會產生漏氣問題。折疊成多層可以在很大程度上彌補這種缺陷。更重要的是松軟的多層塑料膜會形成一定的彈性，塑料膜越多，彈性越大，會被捆綁得越嚴密。所以，多層塑料膜扎封的效果會更好。

在緩沖式保護中，應該用軟質薄塑料膜，不宜用厚塑料膜或玻璃紙，否則容易在瓶頸外壁與塑料膜之間形成縫隙。

參考文獻：

[1]北京師范大學等編.無機化學（下冊）[M].北京：人民教育出版社，1981：740.