化學專題 化學實驗室安全

 

鑑於高中化學教師對化學實驗室安全問題之關切,因此,於2000年冬季化學專題部份,以此為主題,邀請高中教師投稿,提供各人曾經經歷之實驗意外事件,作為其他教師之教學參考,希望能拋磚引玉,獲得更大的迴響。今將北區四位教師之文稿(依投稿先後順序)及本系蔡蘊明教授之評論彙整如下:

 

實驗室意外

Xraylee

實驗室意外

沈慧英

鹼金屬與醇

張金珠

定量取液器

周芳妃

評論

蔡蘊明

 

 

實驗室意外案例

作者:Xraylee

 

以下是有關鈉與鉀金屬實驗的意外故事,與大家分享,希望有助於大家教學:

故事一

實驗名稱:鹼金屬性質()

幾年前,一位老師帶學生上「鹼金屬」的觀察實驗。有位女學生為了把金屬鈉從瓶中拿出,用手直接將鈉條從試藥瓶中拿出來,因為鈉保存在石油液中,所以手沾到油而油膩膩的,這位女學生習慣性的便拿著鈉條放在水龍頭下用水去洗,由於鈉條急速與水反應因而溫度上升,情急之下她不得不急忙鬆手,鈉條因此被水沖入水槽下方的水管內。當時恰巧在實驗室四樓上課,只聽到連續相隔約五秒的兩聲爆炸聲,直覺上便連想到是樓下的實驗室出了狀況,待走出教室向樓下觀察時,果然見到一群學生由實驗室衝出,挾雜著尖叫與哭喊聲,這個印象至今令人難忘。

現場經過該老師處理及筆者協助安撫學生情緒後,除了一位學生眼睛被爆炸濺出的水滴濺到眼睛稍感不適外,所幸沒有其他任何人因此受到傷害。該生經老師緊急用水沖洗眼睛後並無大礙,但為了慎重起見老師仍堅持立刻送醫檢查,經醫師給予施點眼藥水後,該生第二天正常到校。

 

故事二

實驗名稱:鹼金屬性質()

鹼金屬的危險性絕對比其外觀看起來的還要危險,因為事發後數年筆者自己差一點也肇禍。由於上述經驗,筆者對於鹼金屬一直特別小心,實驗時均是自己親自切割鉀粒再分發給學生實驗,從不讓學生碰藥品。但縱使如此還是發生過一次嚴重意外。原以為鉀金屬切成比5 mm3 還小的方塊放入水中應無危險,但實際的情形是;一張實驗桌的特殊蒙皮被爆裂的鉀粒燒出一個方圓大約10 cm直徑的大洞,至於燒杯、錶玻璃、玻璃鐘罩就不說了。當時只能採取少量澆水的方式處理,所幸因鉀粒並不大,不久後反應便停下來,經大量清水沖洗稀釋其鹼液後,雖然沒造成人員傷害,但學生心中已受到驚嚇。以上是筆者自己的經驗。

檢討與建議:

  1. 故事一中之女學生平時表現優良,而老師授課亦有提示應注意事項。故事二中的學生在上課前也經過老師特別強調注意實驗安全,但意外仍然發生,可見老師自己仍須非常小心才是。

  2. 筆者實驗時的設備如圖,但當時全被燒破,可見鉀粒的威力。

  3. 鹼金屬的實驗蠻有趣,學生頗好奇,但以往教材並未特別說明實驗時應切割至什麼樣的體積,建議老師最好還是仔細的將金屬盡可能的切得愈小愈好,以免造成的反應太激烈。

  4. 參考國外意外事故報導,發現他們實驗時都會帶上護眼的眼鏡,建議我們也應在這方面多多加強,本校也已採購使用。

 

 

.

實驗室意外案例

作者:沈慧英

 

事件一:

學生進行高中化學實驗第一冊,實驗四、二氧化碳及氮(:國立編譯館)實驗,取亞硝酸鈉和氯化銨均勻混合,置於硬試管內,用酒精燈緩緩加熱,以排水集氣法收集氮氣。當氣泡冒出變快時,未及時移走火源,反應大量放熱,反應劇烈,導致橡皮塞及藥品噴出,可達12公尺遠,常易傷人。

處理:

先關閉火源,清理藥品。

建議:

實驗前務必叮嚀同學要注意氣泡冒出速率,冒出速率由緩慢而有加快的趨勢時,立即移開酒精燈,以免發生意外,若氣體不再冒出時,再以酒精燈加熱,如此重複處理。

 

事件二:

溫度計或玻璃管要塞入橡皮塞時,沒有墊抹布或未戴手套,用力不當導致溫度計或玻璃管破裂,傷及虎口。

處理:

為傷者擦藥;提醒學生要將溫度計或玻璃棒塞入橡皮塞時,務必先將溫度計或玻璃棒沾水再塞入,而且要墊抹布或戴棉布手套。

 

事件三:

本生燈點火時,因瓦斯閥卡住,導致火焰非常高,差點燒到頭髮。

處理:

關閉瓦斯開關,檢查所有本生燈的空氣閥與瓦斯閥,若有卡住以鉗子旋開,上潤滑油;若始終無法旋開,可能要更換一個本生燈。

 

事件四:

有學生以刀片破壞本生燈的瓦斯橡皮管,導致瓦斯外洩。

處理:

關閉瓦斯總開關,檢查所有的橡皮管線是否漏氣,而本生燈的管柱內也要小心,避免異物塞住。

 

事件五:

添加酒精燈時,酒精不慎沾到外緣,點火時燙傷。

處理:

添加酒精時,應使用漏斗,避免直接傾倒酒精而溢出,燙傷時立即沖水、冰敷。

 

事件六:

學生以鑷子插入插座內,導致短路而本身亦被燒傷(起水泡)

處理:

沖水、冰敷、擦燙傷藥。

(此事件只適合提供老師參考,,學生不宜)

事件七:

做鹼金屬與水反應的實驗,在水中放入小粒鈉時,濺起的液體從眼鏡框旁噴入眼內。

處理:

以洗眼器沖洗眼睛,看眼科醫師,做較危險的實驗時,最好戴安全眼鏡。

 

鹼金屬與醇

作者:張金珠

 

實驗內容:

高級中學化學實驗手冊第四冊,實驗十一 醇、醛、酮

 

意外事件發生始末:

此實驗是作醇的性質試驗,取甲醇3 mL,加米粒大金屬鈉一粒,作用產生氫氣。在實驗說明時,都會提醒同學注意鈉的使用:

(1) 應避免與水接觸,取用時不可用手,應用鑷子。

(2) 實驗時切取大小適當(如米粒大)的鈉粒,否則反應劇烈,容易發生危險。

(3) 未反應完全的鈉,應以酒精處理,待其完全作用後,再倒入水槽。

實驗後有同學將鈉粒帶出實驗室,隨後丟棄在廁所的垃圾桶內,沒多久鈉燃燒起來,整個塑膠材質的垃圾桶也快速燃燒,其他同學趕緊報告教官。大家一時沒想到是鈉起火燃燒,就用一般取水滅火,當然產生氫氣燃燒更劇烈。

 

緊急應變原則:

  1. 化學老師趕至,以砂土覆蓋很快將火熄滅。

  2. 再將整個垃圾桶殘留物,放入一個大水槽中,以確定鈉是否完全作用掉。

建議防範獲改善措施:

  1. 加強「有些物質起火燃燒不適宜用水撲滅」的觀念。如一般油類、有機物、鈉等化學物質的起火燃燒不適宜用水滅火。

  2. 實驗室或家裡隨時準備砂土包是需要的。

 

使用定量取液器所發生的實驗室意外事件

作者:周芳妃

 

數年前,本校化學科教師參加台大化學系所主辦的研習活動,在普化實驗室中學到定量取液器(dispensette)的使用方法,發現這種儀器可以大大提高取用溶液的安全性,也能避免試劑的浪費,有效節省試劑用量。因此本校老師向學校提出預算申請,向台灣默克公司購入一批BRAND廠牌10 mL25 mL規格的定量取液器。採購後,該公司告知我們此型定量取液器儘量避免使用於鹽類水溶液,以免取液器內的活塞或控制閥因鹽類結晶而阻塞。

 

本校的定量取液器平日主要使用於有機溶劑與各種酸的試劑,使用情況一直很良好。但是後來在硝酸性質的實驗中,當學生取用濃硝酸時,濃硝酸卻突然大量從取液器中噴出,使學生整個手部被濃硝酸淋到。

 

經急救處理後,學生幸無大礙。我們就向台灣默克公司反應,該公司馬上將取液器拿回去免費維修。後來公司才告訴我們原先購買的型號不能使用於70%濃硝酸,因為濃硝酸會使取液器內控制閥膨脹堵住,使試劑瓶內氣壓過大,造成試劑噴出,但這問題是原先BRAND廠牌沒有注意到的問題。

 

這兩年BRAND廠牌發展四種類型定量取用器,其中一種有機型就是來解決濃硝酸的問題。因此目前本校重新採購的定量取液器就有兩種:一為傳統型(型號Disp.III),另一為有機型(型號Disp.Organic)。這些類型都附有適用試劑規格表(Chemical compatibility list),可以依據試劑性質選用正確的取液器。

 

編者按:

台大化學系普通化學實驗室因學生人數多,為控制並節省實驗藥品取液量,廣泛使用此一定量液體分注器。BRAND廠牌分注器在分注出口附有一蓋子,如附圖所示,若蓋子未打開,分注唧筒可拉起(吸液)但無法壓下(排液)。一日學生實驗剛開始,助教尚不及將蓋子取下,學生即已開始使用,因蓋子未開,液體壓不出來,於是學生用力硬壓,造成試劑自分注唧筒中間噴出,該生剛好未依實驗室規定戴眼鏡,眼睛高度又恰與分注器齊高,試劑隨即噴到眼睛,幸經在場教師協助緊急沖水處理而無大礙。可見學生進行實驗,絕對不能心存僥倖,意外隨時可能發生,教師應全程照護指導,學生應確實遵守安全規定。

 

評  論

台大化學系蔡蘊明教授

(作者曾任本系安全委員會召集人)

 

鹼金屬是活性很高的族類,當它們與水作用時呈劇烈的放熱反應,同時會產生氫氣,加上空氣中的氧氣,因此極易產生燃燒的現象,如果附近還有易燃物存在時,其後果是可以想像的。常見的鋰,鈉與鉀的活性又以鉀金屬最高,當鉀金屬暴露在潮濕的空氣中時,即使是空氣中的水氣都足以與鉀反應而發生上述的燃燒現象。在有機化學的研究實驗室裡常使用鈉金屬來去除某些溶劑中的水,在本人的實驗室中,為了安全,我都很少讓學生操作了,更遑論交由國中或高中生去使用鈉。因此,當我看到上述的故事,不由得捏了一把冷汗,所幸故事中並無重大的人員傷亡。最近我也聽到學生提及在他弟弟的國中就有學生偷偷取得鈉,然後故意丟入學校的抽水馬桶中,導致抽水馬桶的爆炸,像這樣的故事大家也多少有所耳聞,因此我認為如果一定要用這種危險的實驗來讓學生瞭解鈉的活性,絕對不應讓血氣方剛的國中或高中生親自來做,而應由教師親自做給學生看,否則安全堪慮外,同時難以掌控這類危險物品的流向。在執行這樣的實驗時,操作者與旁觀者皆應戴上安全眼鏡以防萬一。至於鉀金屬,能不碰最好別碰。如果老師們覺得一定要做這樣的實驗,我倒認為其實使用在比較上活性較低一些(仍然極高)的鋰金屬或許是較佳的選擇。鋰金屬買來時通常是細條狀的,大約是和滑鼠與電腦連接用的線一般粗細,可用剪刀輕易的剪成很小的顆粒。另外從上述的故事中也提醒了我們,在學生進行化學實驗之前必須先教授一些化學安全的知識,例如任何的化學藥品都不應該以赤手觸摸,正確方法是用藥匙取用固體,吸管取用液體,處理像是鋰或鈉金屬時可藉用鑷子來夾取。沒有經驗的國中或高中生,常會習慣性的把在實驗室裡的化學用品,當成是家裡的柴米油鹽一樣的心態使用,所以上述的一位同學把鈉條拿到水龍頭下沖洗的行為模式並不意外。即使在大學裡的普通化學實驗及有機化學實驗課程中,也常可看見學生有時情急之下,不自禁的用手去抓取化學藥品。因此如果我們從國中開始接觸化學實驗時,就灌輸它們一些安全的概念,到了大學就比較不會有問題了。最後要提醒一下,與稀釋濃硫酸的道理一樣,把水倒到鈉金屬上與將鈉金屬丟入水中兩種做法,以前者最為危險,因為水接觸到鈉時會立刻劇烈作用,產生的熱無法立即被少量的水吸收,將會噴濺得很厲害,如果是將小塊的鈉丟入水中,至少部份的熱會被大量的水吸收,雖然很危險,但至少比前者好些。總之,進行鹼金屬的實驗時,應以戒慎恐懼的心來操作,不可掉以輕心。