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化學試劑變質的原因

化學試劑在貯藏過程中是否變質是由因素決定的:第一是由試劑結構所決定的物理性質和化學性質;第二是促使試劑變質的環境條件。因此,如欲防止試劑變質,就應該了解試劑結構和性質之間的一般規律,并杜絕造成試劑變質的客觀因素。此處所指環境條件乃指試劑貯藏處的溫度、光照以及介質??諝庵谐顺R姷?O2 、 CO2 、水蒸氣以外,實驗室和貯藏室的空氣還有各種試劑揮發、擴散到空氣中的蒸汽,如 HCI 、 HNO3 、 NO2 、 H2S 、 SO2 、 Br2 等,以及由地面飛逸到空氣中的塵埃(有機物和無機物)的微生物等。

    試劑變質的過程可以是物理變化,也可以是化學變化。常見的試劑變質和損耗有:

    ⑴揮發

    指液態試劑或試劑溶液釋出試劑蒸汽的現象。這類試劑的分子量較小、沸點較低,在常溫容易蒸發。其水溶液稱為揮發性溶質的溶液。如液溴、鹽酸、硝酸、氨水以及低碳數(戊烷、二硫化碳、乙醚)的各類有機物質。液態試劑的揮發可造成試劑的損耗和空氣的污染,而試劑溶液的變化還使試劑的濃度規格發生變化。

    ⑵升華

    固態試劑不經液態直接變為氣態的現象叫升華。這類試劑的晶體為升華能較小的分子晶體。貯藏室中應該注意的是那些常溫下即可升華的試劑。如碘的升華會造成碘的損耗和空氣的污染。

    ⑶潮解

    固態試劑吸收水蒸氣變成溶液的現象叫潮解。這類試劑大多為可溶性化合物(陽離子半徑遠小于陰離子的化合物或陰陽離子半徑相近而陽離子電荷較低的化合物),當環境中水蒸氣壓力大于該化合物水化物的水蒸氣壓力時,試劑就吸收水蒸氣而溶解。例如, NaOH 、 AS2O5 、 CrO3 、 Na2S 、 FeCI36H2O 、硝酸銅、硫氰酸鹽等試劑很易潮解,從而影響試劑和規格。

    ⑷稀釋

    試劑溶液吸收水蒸氣變成稀溶液的現象叫稀釋。當環境中水蒸氣壓力大于試劑水溶液的蒸汽壓時,試劑水溶液就會吸收水蒸氣而稀釋。例如 H2SO4 、 H3PO4 等各種濃溶液皆會發生這種現象,稀釋現象也影響試劑的規格。

    ⑸風化

    含水晶體失去結晶水變為粉末物質的現象叫風化。這類試劑亦系可溶性化合物,但是當環境中水蒸氣壓力小于該含水晶體的水蒸氣壓力時,試劑晶體就失去結晶水而變為結晶水分子數較少的含水晶體或無水物質。例如, Na2CO3 · 10H2O 、 ZnSO4 · 7H2O 、 MnSO4 · 4H2O 、 Na2S2O3 · 5H2O 、 Na2SO4 · 10H2O 等試劑極易風化,從而影響試劑的規格。

    ⑹濃縮和析晶

    指試劑溶液逸出水蒸氣變成濃溶液甚至析出晶體的現象。當環境中水蒸氣壓力小于試劑水溶液的蒸汽壓力時,試劑溶液就會逸出水蒸氣而濃縮或析出晶體,各種試劑溶液皆有這種現象。濃縮或析晶也影響試劑的規格。

    ⑺水解

    指物質與水發生復分解反應。這類試劑大多為具有共價鍵且鍵的極性又比較大的化合物。例如強酸弱堿鹽、強堿弱酸鹽以及有機?;衔铮ㄈ珲?、酰鹵、酰胺等)、過渡元素鹵化物如 TiCl4 、 FeCl3 、非過渡元素鹵化物如 BeCI2 、 SnCI2 、 BiCI3 等,都非常容易水解,它們或是電荷高、半徑小的陽離子化合物,或是非

    稀有氣體型陽離子的化合物。這類試劑易吸收水分而變質。

    ⑻氧化

    指由低價態試劑變為高價態試劑的反應。標準電極電位低的低價試劑(常以低、亞字命名,如硫酸亞鐵、亞硫酸鈉,活潑金屬如 Na 、 K 、 Ca 、 Mg ,活潑非金屬如 P ,以及強還原性有機試劑等)已被空氣中的氧氣和具有氧化性的雜質所氧化,從而使試劑變質。

    ⑼還原

    指由低價態試劑變為高價態試劑的反應。標準電極電位高的高價態試劑以固態形式存在時,一般將在空氣中是比較穩定性的,但是以溶液形式存在時,就容易吸收空氣中的還原性雜質如 SO2 、 H2S 和有機塵埃等而變質。

    ⑽燃燒和爆炸

    發光、發熱的激烈化學反應叫做燃燒,迅速產生氣體的激烈叫做爆炸。燃燒和爆炸按其本質來說是一種激烈的氧化反應。強還原性物質黃磷(白磷)與空氣中的氧氣接觸時,碳化鈣、金屬鉀和金屬鈉氣體與空氣或氧氣的混合物氣體(達一定體積時)點火可以引起爆炸。若干固態試劑如苦味酸和三硝基苯在加熱或撞擊時,即可引起爆炸。試劑的燃燒和爆炸可以造成實驗室和貯藏室的重大事故。

    ⑾分解

    指一種物質變為幾種物質的反應。分解反應可因溫度升高而加劇。二元化合物的熱穩定性鍵能有關例如碘化物比溴化物不穩定。有些含氧酸鹽如硝酸鹽、氯酸鹽和高錳鹽在加熱時可放出氧而對易燃物發生危險,因此這些試劑應該與易燃物隔離貯藏。有的分解反應還可以因光照而加劇,如銀、高汞和亞汞的化合物。樹脂類試劑則由于冷凍或干燥破壞了其結構,失去其交換功能。分解反應是試劑變質的常見的原因之一。

    ⑿聚合和縮合

    小分子合并為大分子和反應叫聚合,如在合并成大分子的過程中放出小分子的叫做縮合。含有雙鍵或三鍵的有機物質容易發生聚合,例如甲醛溶液和氰化鉀等試劑會聚合。電荷高、半徑小的中心離子形成的含氧酸鹽的溶液則可因縮合而析出多酸鹽沉淀,例如鉬酸銨溶液可以析出四鉬酸銨沉淀。

    甲醛的聚合物聚甲醛可重新變為甲醛,而許多的試劑聚合和縮合卻往往是不可逆轉的變化。

    ⒀光化學反應

    光照可以加快化學反應地進行。前面所提到的銀鹽的分解是光化學分解反應。此外尚有光化學氧氣反應,如苯甲醛被空氣氧化成苯甲醛;在空氣中能進行光化學反應的尚有聯苯胺、鄰苯二酚、α - 萘酚等。

    ⒁失活

    指具有活性的生化試劑變為沒有活性的物質。例如酶試劑,這類試劑可因貯藏溫度過高或貯藏時間過長而失去活性。

    ⒂發霉

    指化學試劑中霉菌繁殖的現象。許多生化試劑如碳水化合物、酶類和蛋白質類試劑經及若干含氮、硫的無機試劑在一定濕度和溫度時,暴露在空氣中皆可發霉而變質。

    上述種種變化有時可借顏色、氣體、形態、的變化而察覺,而有的則須用實驗方法才能判別。而規格的輕微變化,只有用實際標準加以檢測才能確定。所以,妥善地保管和貯藏好試劑,是保證教學和科研正常進行的必要措施。

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