如何预防、缓解化学试剂变质？

如何预防、缓解化学试剂变质？

化学试剂在存储期间是否变质，受内外两大因素的影响。内在因素源自试剂本身的化学结构，决定了其固有的理化特性；而外在因素则涉及试剂所处的环境状况。

为了确保试剂得到妥善保管，首要任务是深入理解试剂结构与性质之间的内在联系；其次，需营造一个适宜试剂存储的外部环境条件。

1.化学试剂变质的原因

环境条件主要包括贮存时的温度、光照状况以及所处的介质。介质通常指的是空气及其所含的杂质。在贮存室内，除了空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气之外，还常常混有各种挥发性试剂释放到空气中的蒸气，例如氯化氢、硝酸、硫化氢、二氧化硫、溴、碘、乙烯、甲醛等。此外，空气中还悬浮着尘埃，这些尘埃既包含无机物也包含有机物，甚至可能带有各种微生物。

化学试剂在特定的温度、光照和介质条件下，会逐渐经历变化乃至变质。这一过程既包含物理变化，也包含化学变化。物理变化会导致化学试剂的损耗，而化学变化则可能使试剂完全丧失效用。导致化学试剂发生变化的原因，大致可以归纳如下：

a.挥发

试剂挥发是导致挥发性试剂损耗、浓度变化及规格降低的最普遍因素。挥发性试剂的典型特征是分子量相对较小且沸点较低。在无机试剂中，常见的挥发性物质包括浓盐酸、浓硝酸以及发烟硫酸等；而在有机试剂领域，则包括碳原子数较少的液态化合物，例如甲醇、乙醇、石油醚以及汽油等。

b.升华

一类具有升华性质的试剂，通常是那些升华热较低的分子晶体。在实验室环境中，这类试剂可以分为两类：一类是在室温下就能升华的试剂，例如碘和萘；另一类则需要受热条件才能升华，如硫和氯化汞。这类试剂的升华不仅会导致其质量减少，还可能对空气造成污染。

c.潮解和稀释

化学试剂中，能够发生潮解的并不多，它们大多是易溶性化合物。这些化合物的特点通常是阴离子半径远小于阳离子半径，或者阴阳离子半径相近但阳离子所带电荷较多。当这类试剂吸收水分并在其表面形成饱和溶液后，如果产生的水蒸气气压低于空气中的水蒸气分压，潮解过程就会持续进行，直至试剂完全溶解成溶液。例如，氢氧化钠和碱石灰就是典型的易潮解试剂，而在有机物中，醋酸钠和醋酸铵也较易潮解。

稀释现象则是指试剂溶液因吸收空气中的水分而导致浓度降低的现象。其发生原因与潮解相似，都是由于外界的水蒸气分压高于试剂内部的水蒸气分压。常见的易发生稀释现象的试剂包括浓硫酸、正磷酸以及乙二醇等。

d.风化

风化的发生原因与潮解正好相反，它是由于结晶水合物的水蒸气分压高于周围环境中的水蒸气分压所导致的。当空气越为干燥时，风化的速度会相应加快。

实验室中常见的易风化剂有：Na₂CO₃·10H₂O、Na₂SO₄·10H₂O、CuSO₄·5H₂O、MgSO₄·7H₂O、ZnSO₄·7H₂O等。发生风化虽未波及试剂的化学性质，但使试剂外观改变，质量减少。

e.浓缩和析晶

在环境变得干燥的情况下，试剂溶液的水蒸气压会高于外界空气中的水蒸气压，从而导致溶液中的水分蒸发，引发浓缩和析晶现象。这一现象在各种固体溶质的试剂中都可能出现，尤其是那些浓度较高的溶液。尽管浓缩和析晶对试剂瓶内物质的性质影响不大，但它们会改变试剂的浓度、规格和外观。此外，对于某些熔点较低的有机物，如在外界温度显著下降时，也会发生析晶现象，冰醋酸就是一个较为明显的例子。

f.水解

容易水解的盐类试剂大都具有共价键，凡是强酸和弱碱和弱酸和弱碱所生成的盐，遇水都会发生不同程度的水解。实验室中一些金属元素的卤化物很容易水解，如：TiCl₄、AlCl₃、FeCl₃、SnCl₂等，它们是带电荷高、半径小的阳离子化合物或是非惰气型的阳离子化合物。此类试剂可因易吸水水解而变质，易水解的有机物是含有酰基的化合物，如：酯、酰卤等物质。

g.分解

分解反应同样是导致试剂损耗和变质的一个重要因素。试剂的分解速度往往与环境温度紧密相连，温度越高，分解速度通常就越快。一般来说，易于分解的二元化合物其化学键的键能相对较低，键能越低，分解的倾向就越大，比如碘化合物相较于溴化物就更容易分解。此外，有些分解反应还与试剂的含水量有关，例如硫酸氢铵，其含水量越高，且温度越高时，分解速度也会相应加快。而像硝酸盐、高锰酸盐这类含氧酸盐，则通常需要在受热条件下才会发生分解。

h.氧化和还原

一般而言，那些标准电极电位较低、具备还原性的试剂更容易被氧化，它们的名称中往往包含“低”或“亚”这样的字眼。此外，还有一些活泼的金属和非金属单质、过氧化物以及特定的有机试剂，例如硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、亚硫酸、无水亚硫酸钠、锌粉、还原铁粉以及乙醛等，都属于这一类别。还原性越强的试剂，越容易因为氧化而发生变质，这主要是空气中的氧气以及具有氧化性的杂质所导致的结果。

相比之下，标准电极电位较高的试剂，在其固态形式下，通常在空气中表现出较高的稳定性，如高锰酸钾和重铬酸钾等。但以溶液存在时就易和空气中的一些还原性杂质，如H₂S，SO₂等作用而变质，如：KMnO₄，K₃Fe(CN)₆等溶液。

i.非氧化——还原反应

并非所有试剂的变质都涉及元素价态的变化，也就是说，非氧化还原反应同样可以导致试剂失效。在实验室中，这样的例子屡见不鲜。例如，生石灰会因吸收水分而转变为熟石灰，进而再吸收二氧化碳而失去效用；氢氧化钠和氢氧化钾固体也会因吸收二氧化碳而混入杂质，若长时间暴露于空气中，它们会完全转化为相应的碳酸盐。此外，氧化镁、氧化钡以及氢氧化钡等试剂，同样需要防止它们与空气中的二氧化碳发生反应。

j.聚合和缩合

有机物质中，若其分子结构含有不饱和的双键或叁键，则容易发生聚合反应。例如，甲醛溶液常常会聚合生成白色的三聚甲醛，而氰化钾试剂也同样易于聚合。另一方面，由电荷高且半径小的中心离子所形成的含氧酸盐溶液，可能会因为缩合作用而析出多酸盐的沉淀。例如，钼酸铵溶液就能缩合生成四钼酸铵的沉淀。值得注意的是，虽然三聚甲醛在经过加热处理后能够重新释放出甲醛气体，但并非所有试剂的聚合或缩合反应都是可逆的。一旦发生这类反应，许多试剂往往会因此变质失效，且无法恢复。

k.光化学反应

光能作为一种能量形式，同样能够促使某些试剂发生反应并导致变质。一个典型的例子就是光能引发分解反应，使得银盐发生分解。此外，光能还能触发氧化反应，比如苯甲醛在光照条件下，容易被空气中的氧气氧化成苯甲酸，而苯胺则会由无色转变为棕色。另外，像碘化汞、硫酸汞以及亚铁氰化钾等物质，也容易发生光化学反应。

l.霉变

霉变是指化学试剂中霉菌生长繁殖的现象。空气中的尘埃携带着大量的菌类微生物，这些微生物在适宜的温度条件下就能迅速繁衍。实验室中的碳水化合物、酯类以及蛋白质类试剂，还有那些含有氮、硫、磷的有机试剂，为菌类的生长提供了丰富的营养和适宜的环境。只要这些试剂的密封不严，与空气有所接触，就有可能发生霉变。

化学试剂因上述各种原因而发生的变化，有的可以通过颜色、形态、气味或数量的增减来察觉，但有的变化则需要通过专门的实验方法才能判断。例如，要确定无水酒精中是否含有水分，就必须使用专门的试剂标准和检验方法来进行测定。因此，科学地贮存各类化学试剂是一项需要细致用心的工作，其中蕴含着丰富的知识和技巧。

2.如何预防、缓解化学试剂变质？

为了确保化学教学、科研活动以及化工生产的顺利进行，同时减少试剂的损耗并延缓其变质过程，我们通常会采取以下一系列的方法与措施：

a.密封

这是一种广泛采用的标准方法。选择试剂瓶的材质及其密封性能时，需充分考虑试剂的具体特性。例如，对于具有高度腐蚀性的“三酸”（即硫酸、盐酸和硝酸）以及液溴，推荐使用配备磨砂玻璃塞或带有塑料衬垫的螺旋盖玻璃瓶进行存储；而氢氟酸由于其特殊性，则需密封保存在银质或塑料容器中，以此类推。

密封措施适用于那些易于挥发、升华、潮解、稀释、风化、水解以及可能发生氧化还原反应或霉变的各类化学试剂。对于某些极易分解并产生气体的试剂，通常不宜实施完全密封，而应适当留出空间，以避免因内部压力过高导致容器破裂。除了常规的密封手段外，还可以采取额外的保护措施，如蜡封或使用自制的硝罗酊进行封口，这类方法特别适用于如三氯化铝、五氧化二磷等特定试剂。

b.隔离

对于那些易与空气或水发生反应的试剂，如高度活泼的金属和非金属元素，应当被隔离存储在对其相对稳定的液体介质或惰性气体环境中。例如，钾、钠等金属通常被浸没在机油中以实现油封，而黄磷则通过浸没在水中进行水封。这种隔离技术统称为液封法，其中机油封存称为油封，水封存则称为水封。值得注意的是，水封方法同样能有效减少某些易挥发试剂的损耗，如在液态溴和二硫化碳试剂瓶上方覆盖一层水，可以显著降低其挥发量，从而减轻空气污染。

在实验室环境中，无机试剂与有机试剂种类繁多，且各自具有独特的化学性质，因此应实施合理的分类存储策略。具体而言，应将有机物与无机物分开存放，普通化学品与危险化学品分隔管理，同时确保氧化剂与易燃物质、还原剂、易分解的物质以及易挥发的酸碱分别隔离。这些分类措施不仅有助于防止药品间的相互干扰，还能在意外情况下防止药品间的不当反应，从而有效规避更大的安全风险。

c.避光

为了有效保护试剂免受光照影响，通常选用具有优异遮光性能的深棕色试剂瓶进行存储。这些试剂应当被放置在光线难以触及的暗处，或是配备有遮光设施的专用试剂柜内。另外，一种可行的保护措施是使用照相用的黑色厚纸严密包裹试剂瓶，这种方法特别适用于对光照极为敏感的试剂，例如浓硝酸、碘化钾、碘化钠以及氯化汞等，它们的存储便常采用这样的包裹方式。

d.低温

通常，普通的挥发性试剂会被存放在阴凉的地方，例如浓硝酸、浓盐酸和氨水等就是如此安置的。而对于某些特定的生化试剂，如酶试剂等，为了确保其稳定性和活性，则需要将它们贮存在水箱或冰箱中。

e.通风

尽管用于存放化学试剂的容器通常都保持密封状态，但仍有可能出现泄漏、溢出或气体逸出的情况。尤其在夏季高温条件下，这种情况更容易导致爆炸性混合气体的形成。因此，化学试剂的贮藏室必须具备良好的通风条件，应当安装专业的排风扇，并且需要定期开启以确保室内空气流通。

f.适时

针对某些特定试剂，尤其是那些极易变质失效的，我们必须采取恰当的管理措施，确保它们能够适时配制、及时使用，并在使用后得到妥善处理。

例如，氢硫酸溶液、氯水、溴水和碘水等极易氧化的试剂，最好是现用现配，以保证其效用；在进行银镜反应时，所配制的硝酸银溶液、氨水和乙醛溶液也应及时使用，以免效果打折；硫酸亚铁溶液配制完成后，需加入一些还原铁粉以防止其氧化；而淀粉、蔗糖和蛋白质的溶液，在使用后应立即清洗试剂瓶，预防霉变发生。

在配制上述试剂时，不仅要关注配制的时机，还要根据实际需求合理确定配制数量，避免过量导致资源浪费。

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