实验室化学药品的缓冲式保护

李旭娃

摘要：试剂瓶封闭不严，是造成很多化学药品发生变化的主要原因。气体流动的量越多，化学药品变化的程度就越大。针对气体的流动，设置了限制气体流动的缓冲区，引入了缓冲式保护措施。无论是自身易分解的化学药品还是由外部气体引起变化的药品，都可以采取缓冲式保护。

关键词：化学药品；缓冲式保护；化学品保质

文章编号：1005–6629（2016）3–0070–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

天津港爆炸案告诫人们，对于化学品必须要进行科学的管理和保护。

很多化学药品在长久放置过程中会发生变化（主要是变质）。化学药品的变化，常常伴随着变色、结块、形成液体、出现沉淀等现象。

化学药品的变化受光照、温度、封闭等多种因素的影响。光照和温度的影响一般不难解决，而封闭不严的影响则是一个较难解决的问题。在此，在原有的避光、防高温等防护措施的基础上，只针对封闭不严的问题，探究化学药品的保护。

试剂瓶封闭不严，会造成瓶外气体进入瓶内引发化学药品的变化。瓶内气体流出瓶外时，往往因气体有毒有害而污染环境。所以，化学药品的保护，既要防止瓶外气体流入，又要防止瓶内气体流出。

变化了的化学药品会造成诸多不良影响。（1）不能再根据所取药品的质量（或体积）准确地计算物质的质量分数、物质的量、物质的量浓度等。（2）会影响实验效果，甚至导致实验失败，使师生们得不到理想的、期盼的结果。在学生形成对化学科学的情感态度的过程中起消极作用。（3）不仅会降低其使用价值，甚至报废，造成环境污染，而且浪费资金、消耗资源，甚至可能会产生更为严重的后果。

化学药品的变化非常复杂，但归纳起来具有下列特点：（1）化学药品的变化一般是通过与有关气体的平衡关系引发的。（2）其变化具有缓慢性、持续性。（3）瓶内气体引发的变化主要是化学药品自身的分解、挥发，使气体不断流出瓶外，使总质量不断向着减少的方向进行。（4）瓶外气体引发的变化，主要是空气中的水蒸气、氧气、二氧化碳等进入瓶内，使总质量不断向着增大的方向进行。

在化学药品的使用过程中发现，只有蜡封的试剂瓶其保护作用最好。但实际上，不论是购置还是配发的药品，蜡封包装的很少。管理人员常常认为有密封带的原有包装只要不打开就一定是严密的，也就不再去考虑其再保护的问题，从而使化学药品在不知不觉中不断地、不同程度地发生着变化。所以，易变化的（特别是新购买或配发的）化学药品，必须进行再保护。

对于一种化学药品，购买或配发的往往不止一瓶。而在使用过程中总是先打开一瓶，将其使用完后再使用其余试剂瓶中的。对于放置待用的化学药品，一般采取蜡封式保护。下面只讨论已经打开的试剂瓶，正处于频繁使用阶段（或放置待用，但因某种原因而不便蜡封）的化学药品的保护。

实验1 （2014年10月30日开始）取两个125mL的集气瓶，分别编为1号、2号，各放入2粒绿豆大小的白色无水氯化钙，使颗粒靠着瓶壁。1号瓶敞口，2号瓶用塑料膜扎封。对于2号瓶扎封的具体操作方法是：将一个足够大的单层薄塑料膜铺展，从中间折叠4次，变为16层，使每次折叠结果接近正方形（即不要折叠成条形）。将16层塑料膜覆盖在瓶口，将瓶口周围部分沿瓶颈下压，使其瓶颈区域各处都能被16层塑料膜覆盖，紧靠瓶颈。然后用长粗线绳将瓶颈处的各层塑料膜紧紧缠绕多圈，扎紧。放在室内，观察氯化钙颗粒的变化。

1号瓶至第2天，颗粒变小且下部有液体出现。至第8天时颗粒消失，全部变为液体（此时段内空气很潮湿）。至第49天左右，其液体全部变为晶体（在干燥空气中生成了CaCl2·6H2O）。至第75天左右，晶体的形状和颜色明显发生了变化（即在干燥空气中水合晶体表面发生了风化）。至第128天左右，因空气潮湿又全部变为液体，此液体一直持续，至2015年7～9月间空气干热，但仍以液体存在（其中出现了很少量的无色晶体）。而2号瓶中在6个月之内一直是固体颗粒，只是表面逐渐变得潮湿，白色逐渐趋于无色，颗粒稍有变大现象。6个月之后，发现颗粒与瓶底之间有液体出现，且不断增多，固体颗粒逐渐变小，以至浸没于液体中变为无色晶体。至2015年8月下旬，無色晶体完全消失。

2 实验现象分析

无水氯化钙放入空气中，在潮解时先生成CaCl2·2H2O，再生成CaCl2·6H2O。CaCl2·6H2O既有潮解性，又有风化性。在其表面存在着平衡关系H2O（l） CaCl2·6H2O H2O（g）。在一定温度时，当空气中水蒸气压强P（水）等于其临界值P（0）时，CaCl2·6H2O既不潮解也不风化。当P（水）>P（0）时，平衡左移，液态水增多，CaCl2·6H2O潮解，以致完全变为液体。当P（水）

由实验现象可知，1号瓶中的无水氯化钙基本上随着空气湿度的变化而变化。而2号瓶中的无水氯化钙虽然也经历了空气湿度的不同时段，相对来说变化很慢，共经历了近10个月，才第一次完全变成了液体，达到了与放置8天的1号瓶中相同的状态。使无水氯化钙完全变为液体的时间延长了将近38倍。

这充分说明多层薄塑料膜扎封时，可以在很大程度上阻止水蒸气向瓶内外的流动。

实验2 取2个125mL的集气瓶、1个与集气瓶开口相当的试剂瓶。各装入2.4g无水硫酸镁，分别编为1号、2号、3号。1号瓶敞口，2号瓶（试剂瓶）去掉内盖、拧紧外盖，3号瓶扎封，如图1。分别称其质量后放于室内。

无水硫酸镁是一种很好的干燥剂，与空气中的水蒸气接触时，会吸收水蒸气生成水合硫酸镁，其结晶水数目为1～7。所以，无水硫酸镁与空气接触时质量会增大。

放置至50天再称其质量，求得质量增重依次为2.0g、0.7g、0.2g。充分说明，试剂瓶加外盖后使气体流通的速率在很大程度上受到了限制，但阻止气体的作用仍然比扎封的小。

试剂瓶一般配有内盖和外盖。

在外盖的内侧有螺纹，在瓶颈的外侧也有螺纹，这两种螺纹相互配合，起固定作用。在瓶颈的下部有一个圆环形的棱，当拧紧外盖时，外盖口与棱紧密接触，阻止气体流通。但由于外盖口与棱都是硬质固体，而且接触面小、切合程度小，阻止气体的流通作用小。

常见的内盖是坚韧的塑料制成的，形状类似于圆柱，其上部有一个向外伸展且垂直于側面的圆环形短檐，内部是圆柱形的凹陷。其整体表面光滑，如图2。内盖外壁与瓶颈内壁紧贴，此处才是接触面积大、切合程度高、阻止气体流通最关键、最有效的部位。

受上述实验的启示，对于一个配套完整的试剂瓶，如果用多层薄塑料膜覆盖外盖及瓶颈，在外盖口下的瓶颈处如上扎封，就会协助外盖很有效地阻止气体流通，其作用肯定会远远大于单独的外盖作用和单独的扎封作用。这样，在内盖与瓶颈（内壁）之间、外盖与瓶颈（外壁）之间，形成了阻止气体流通的两道关卡（扎封是对外盖作用的加强），使瓶外气体难以进入到内外盖之间，而进入到内外盖之间的气体又难以进入瓶内。同时，使瓶内气体难以流出到内外盖之间，而流出到内外盖之间的气体又难以流出到瓶外。也就是说，两道关卡之间形成了一个抑制气体流通的缓冲区。该缓冲区能进一步使瓶内化学药品得到保护，故将这种保护作用叫做缓冲式保护。

缓冲式保护主要从气体流通的路径着手，来限制气体的流通。

上述实验不仅验证了水蒸气流通的情况，而且也验证了其他气体流通的情况，不仅验证了气体流入的情况，而且也验证了气体流出的情况。因此，不论是瓶内气体流出引发的变化，还是瓶外气体流入引发的变化，也不论是水蒸气、氧气、二氧化碳中任何一种气体引发的变化，还是其中的几种气体共同引起的变化，都可以通过缓冲式保护使其在很大程度上得到限制。

凡易变化的化学药品，都可以采取缓冲式保护。

缓冲式保护中所用的塑料膜（如薄塑料袋）和线绳，是生活中常用的物品，价廉易得，其操作过程也简单、安全。

从理论上来说，一层塑料膜与多层塑料膜阻挡气体的作用是相同的。但实际上，所用塑料膜有未发现或看不见的小孔，或使用过程中被弄破等原因，会产生漏气问题。折叠成多层可以在很大程度上弥补这种缺陷。更重要的是松软的多层塑料膜会形成一定的弹性，塑料膜越多，弹性越大，会被捆绑得越严密。所以，多层塑料膜扎封的效果会更好。

在缓冲式保护中，应该用软质薄塑料膜，不宜用厚塑料膜或玻璃纸，否则容易在瓶颈外壁与塑料膜之间形成缝隙。

参考文献：

[1]北京师范大学等编.无机化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，1981：740.