مقدمة
يحتوي مختبر الكيمياء العادي على معدات متنوعة تساعد في تحليل وخلط المواد الكيميائية والكواشف والاختبارات وإنتاج العديد من المركبات المهمة. ومن أهم هذه المعدات المختبرية بوتقات المختبر. في هذه المقالة، سنتناول خصائصها ووظائفها وتطبيقاتها بالأشعة السينية، ونوضح فائدتها في مختبر الكيمياء.
ما هي مختبرات بوتقة الاختبار؟
تشير أوعية المختبر إلى الأوعية المستخدمة في حرق وإذابة وخلط المركبات الكيميائية أو المواد المعدنية فوق موقد أو فرن بنسن.
تتمتع هذه الأوعية بنقاط انصهار عالية مما يجعلها قادرة على تحمل درجات حرارة عالية جدًا.
بفضل قوتها ومتانتها، يمكنها الاحتفاظ بالمواد بأمان طوال عملية الصهر. هذه الخاصية الفريدة تجعلها متميزة في صناعة السيراميك الحديثة.
تُعدّ بوتقات المختبرات أساسيةً لضمان سير العمل في مختبر الكيمياء بكفاءة، نظرًا لتعدد استخداماتها ومزاياها. وهي تتخذ شكل وعاء، مع أغطية وحوامل مناسبة. هذه الأغطية مُحكمة الإغلاق لمنع تسرب الغازات أثناء التجارب.
بفضل التقدم التكنولوجي، أصبحت هذه الأواني المعملية الآن تأتي بمواد وأشكال وأحجام وارتفاعات مختلفة لتناسب غرض الاستخدام الخاص بك.
المواد المستخدمة في بوتقات المختبر
يعد اختيار المواد المناسبة عندما يتعلق الأمر ببوتقات المختبر أمرًا ضروريًا لأي عمليات تنوي القيام بها في المختبر، وعلى هذا النحو، سننظر في مجموعة واسعة من المواد المستخدمة في إنتاج بوتقات المختبر والتي تشمل:
النيكل
يمكن استخدام النيكل عالي النقاء في صنع بوتقات مختبرية ذات أسطح مصقولة للغاية. تتحمل هذه البوتقات درجات حرارة تزيد عن 500 درجة مئوية، مما يجعلها مقاومة للمواد الكيميائية القوية مثل أحماض الهيدروكلوريك الغازية والكلور. إلا أنها تميل إلى أن تكون ذات مقاومة منخفضة لأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك والعضوية.
لذا، يجب أن نلاحظ أنه عند إجراء التجارب على المواد التي تحتوي على هذه المواد، لا يمكن استخدام بوتقات مادة النيكل.
الفولاذ الكربوني
هذه البوتقات رخيصة الثمن نسبيًا، ويمكن تشكيلها من فولاذ منخفض السبائك. تتحمل درجات حرارة تصل إلى ٥٠٠ درجة مئوية. مع ذلك، فهي عرضة للصدأ.
بولي تترافلوروإيثيلين (PFTE)
يمكن أن يخدم PFTE النقي غرض صنع بوتقات معملية خالية من الشقوق يمكنها تحمل درجات حرارة تتراوح بين 196 درجة مئوية و280 درجة مئوية
تعتبر مادة PFTE خاملة كيميائيًا، وبالتالي تضمن أن تكون أوعية المختبر ذات سطح نظيف وناعم.
بورسلين
تتحمل أوعية الخزف المختبرية درجات حرارة تصل إلى حوالي ١٠٥٠ درجة مئوية. كما أنها تتحمل التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة.
المواد الكيميائية، مثل الأحماض، لا تؤثر على هذه البوتقات الخزفية المختبرية نظرًا لتركيبها القوي. تُعد هذه البوتقات من أرخص البوتقات المتوفرة. ومع ذلك، فهي غير متوافقة مع الأملاح القلوية وفلوريد الهيدروجين.
البلاتين
وُجد أن البلاتين يتميز بالعديد من الخصائص الفريدة المرتبطة ببوتقات المختبرات اليوم. وهذا ما دفع المصنّعين إلى استخدامه في صنع بوتقات مختبرات قياسية تتحمل درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية. تتميز بوتقات البلاتين المختبرية بمقاومتها للصدأ نظرًا لطبيعتها الخاملة كيميائيًا.
الفولاذ المقاوم للصدأ
يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ من أكثر معدات بوتقات المختبر هشاشةً، باستثناء بوتقات البورسلين. وهو الأنسب لتطبيقات التبريد العميق.
أنواع بوتقات المختبر
تتوفر اليوم أنواع مختلفة من الأواني الفخارية، وهي:
-
وَردَة
تأتي هذه الأواني المختبرية بدون غطاء، وتظل غير مزججة.
-
شكل واسع
تتميز هذه البوتقات بجدران قصيرة ومنخفضة وضحلة. قطر سطحها الخارجي عريض، وقطر قاعدتها أصغر.
-
جوتش
من المعروف أن أوعية جوتش تحتوي على أقراص زجاجية مفتتة ذات قاع مثقوب جيدًا.
-
البيتومين
تتميز هذه الأنواع من البوتقات أيضًا بقاع مثقوب، وهي مُزججة من الداخل إلى الخارج، باستثناء سطح القاعدة الخارجي والحافة.
-
شكل عالي
تتميز البوتقات عالية الشكل بانتفاخ خارجي بارز قليلاً بجدران عالية، ومن هنا جاءت تسميتها. وتُشكل بفتحة قطرها يضيق كلما ضاقت نحو القاعدة.
-
قاع مسامي
تتميز هذه البوتقات بقرص مسامي مصبوب. يوفر هذا القرص عادةً مسامية مستقرة ومعدل تدفق ثابت.
وظائف بوتقات المختبر
تتمتع أوعية المختبر بوظائف متنوعة، ومنها:
-
التحليل الوزني: هذه عملية تتضمن قياس تغيرات الكتلة باستخدام وعاء البوتقة. وهي تقنية تحليلية تلعب فيها البوتقات دورًا رئيسيًا نظرًا لاستقرارها ومقاومتها للحرارة.
-
المواد الكيميائية المتفاعلة والتسخينية: تُعدّ درجات الحرارة العالية معيارًا للتفاعلات المختلفة في مختبر الكيمياء. لذلك، تُعدّ أوعية الاختبار المخبرية مفيدةً كحاويات مناسبة لحفظ المواد، مما يُمكّن من إجراء العديد من هذه التفاعلات والإجراءات التحليلية.
-
ذوبان المواد والمواد المعدنية: يتطلب ذوبان المعادن وبعض السبائك درجات حرارة عالية، والحاويات الوحيدة المناسبة لذلك بأمان هي بوتقات المختبرات. ويعود ذلك إلى امتلاكها درجات انصهار عالية جدًا.
تطبيقات بواقي المختبر
تُعدّ بوتقات المختبرات من المعدات الأساسية المستخدمة في مختلف القطاعات والصناعات. سنتناول بعضًا منها، وهي:
علم المعادن
يمكن استخدام أوعية المختبر في علم المعادن من أجل:
-
تنقية المعادن الثمينة
يمكن تنقية المعادن الثمينة، كالذهب والفضة، من خاماتها باستخدام بوتقات توضع في أفران شديدة الحرارة. بعد تنقية هذه المعادن، يمكن استخدامها لاحقًا في صناعة المجوهرات والإلكترونيات والجوائز الرياضية، وغيرها.
-
إنتاج سبائك أقوى
أتاحت بوادر الصهر المخبرية إنتاج سبائك ممتازة تُستخدم في العديد من صناعات الطيران والبناء والتشييد حول العالم. ويعود ذلك إلى قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية جدًا اللازمة لعملية صهر ودمج المعادن المختلفة.
مختبرات الكيمياء
لولا البوتقات، لما تمكّن العلماء من صهر أو خلط العناصر أو المركبات. تُعد أوعية البوتقات أساسية في:
-
التحليل البيئي
يمكن تحليل العينات البيئية بدقة باستخدام البوتقات في مختبرات الكيمياء. كيف؟ إنها الحاويات التي تُحفظ فيها هذه العينات. تُظهر تجارب مثل "الترسيب" أهمية البوتقات في الكيمياء.
-
تصنيع مواد جديدة
يمكن استخدام البوتقات لصهر وخلط عناصر ومركبات مختلفة لإنتاج مواد فائقة الموصلية أو شبه موصلة جديدة. تتميز هذه المواد بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية.
-
اكتشاف أدوية جديدة
تُستخدم البوتقات لتسخين وتفاعل مواد كيميائية مختلفة معًا، ولذلك، لها دورٌ رئيسي في اكتشاف أدوية وجزيئات جديدة. ولبلوغ هذه الاكتشافات الجديدة، يجب أن يكون العلماء قادرين على استكشاف العديد من الجزيئات الجديدة وتطوير أدوية مُحسّنة لمكافحة الأمراض الشائعة لدى البشر. تضمن البوتقات إمكانية خلط هذه المواد الكيميائية للحصول على هذه الاكتشافات الجديدة.
صناعة أشباه الموصلات
تُستخدم الأواني الفخارية في:
-
استكشاف خصائص أشباه الموصلات
درجات الحرارة العالية وأشباه الموصلات مترادفتان. لذا، لتحديد خصائص وقدرات مادة شبه موصلة، يلزم وجود بوتقات لتثبيت هذه المواد في مكانها أثناء الاختبارات والتحليلات التي يجريها العلماء.
-
تطوير السيراميك المتقدم
تُصهر المواد الخزفية المتطورة وتُشكل بشكل مثالي باستخدام بوتقات تُثبّتها في مكانها. تُستخدم هذه المواد الخزفية المتطورة لاحقًا في أغراض مثل الغرسات الطبية، والعوازل الكهربائية، وإنتاج الأجهزة الإلكترونية.
اتجاه السوق الحالي
نظراً للتوسع الصناعي وتزايد الطلب العالمي على بوتقات المختبرات، قُدِّر حجم السوق العالمية بنحو 1.2 مليار طن متري و4 أطنان في عام 2023، ومن المتوقع أن يصل إلى 1.8 مليار طن متري و4 أطنان بحلول عام 2032، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 4.61 طن متري و3 أطنان خلال الفترة المذكورة. ويُعدّ الطلب على المواد عالية الأداء في مختلف التطبيقات الصناعية العامل الرئيسي وراء النمو المزدهر لسوق بوتقات المختبرات.
صيانة أوعية المختبر
لقد أثبتنا أن أدوات المختبر جزءٌ أساسيٌّ من مختبر الكيمياء. هذا يعني ضرورة العناية بها وصيانتها بعناية بعد كل استخدام للحفاظ على أدائها العالي الجودة. إليك بعض النصائح للحفاظ على هذه المعدات المختبرية بالغة الأهمية:
-
قم بتنظيفها بالماء البارد لإزالة أي بقايا مثل بلازما الدم
-
نقع في مطهر جيد
-
قم بإزالة المواد السطحية باستخدام فرشاة ذات شعيرات غير كاشطة
-
انقع الأواني مرة أخرى لبضع دقائق
-
اشطفها ثلاث مرات بالماء منزوع الأيونات لإخراج أي بقايا من المنظفات
-
صفيها على رف
-
استخدم فرن الهواء الساخن أو احفظه في بيئة نظيفة ليجف في الهواء.
التعليمات
ما هي المدة التي يجب أن يتم فيها تنظيف بوتقة المختبر؟
يجب تنظيفه وحفظه دائمًا بعد كل استخدام في أي تجربة أو اختبار. هذا يساعد على الحفاظ على عمره الافتراضي وضمان فعاليته.
ما هو الكاشف؟
الكاشف هو مادة تستخدم لإنتاج تفاعل كيميائي.
هل هناك فرق بين المعدات والأجهزة؟
نعم، في حين أن المعدات هي الأشياء اللازمة للقيام بمهمة ما، فإن الأجهزة هي مجموعة الأشياء اللازمة لمهمة معينة.
خاتمة
في عصر التطور الصناعي الواسع في العالم العلمي، لا تزال أوعية الاختبار المخبرية أداةً مهمةً في إجراء الاكتشافات والتجارب الكيميائية الحديثة. وقد زادت أهميتها وتنوع استخدامها في مختبرات الكيمياء من قيمتها.