Das Minilabor

Das Minilabor ist ein Experimentiergeräte-System, mit dem auf besonders einfache und umweltschonende Weise gearbeitet werden kann.

Gegenüber dem herkömmlichen chemischen Arbeitsgerät ist das Minilabor im Maßstab stark verkleinert: Dadurch werden die Mengen an eingesetzten Chemikalien sehr gering, und auch die unvermeidlichen Abfallmengen beim Experimentieren werden drastisch reduziert. Darüber hinaus sind die beim Arbeiten mit Chemikalien auftretenden Gefahrenmomente durch die minimalen Substanzmengen weitgehend ausgeschlossen. Mit dem Minilabor können in verkleinerten Reaktionsgefäßen alle üblichen chemischen Arbeitsoperationen durchgeführt werden, um chemische Verbindungen herzustellen, zu reinigen, aus Untersuchungsmaterialien zu extrahieren, anzureichern und nachzuweisen.

Herkömmliche Laboratoriumsgeräte und Glasapparaturen erfordern in der Regel eine längere Einarbeitungszeit, wobei Schülerinnen und Schüler zunächst häufig Schwierigkeiten mit dem ungewohnten Umgang von Klammern, Muffen und Stativen und dem Aufbau von Reaktionsapparaturen aus Glas haben. Mit dem Minilabor hingegen können auch Ungeübte sofort erfolgreich experimentieren, da die Reaktionsapparaturen aus Glas durch die Verwendung von Außengewinden und Schraubkupplungen äußerst einfach aufgebaut werden können. Außerdem sind sie selbsttragend, so daß in der Regel beim Aufbau keine Klammern, Muffen und Stative benötigt werden. Neben den geringen manuellen Fähigkeiten und Fertigkeiten, die der Umgang mit dem Minilabor erfordert, ist auch der Zeitgewinn für den Aufbau von Reaktionsapparaturen gegenüber herkömmlichen Geräten äußerst vorteilhaft.

Das Minilabor wird in einem kleinen Koffer geliefert, der folgende Teile enthält (vgl.Abb.1): Reaktionsgefäße aus Borosilikatglas mit hoher chemischer- und thermischer Beständigkeit. Ihr Volumen beträgt 24 mL. Die mechanische Stabilität ist so groß, daß auch Arbeitsoperationen mit Unterdruck (z. B. Vakuumdestillation), geringem Überdruck (z.B. Erhitzen in geschlossenen Gefäßen) oder großer mechanischer Belastung (Zentrifugation) möglich sind.

1	Reaktionsgefäß 24mL	7	Refluxrohr groß	13	gebogenes Glasrohr 45°
2	Reaktionsgefäß 24mL mit Seitenarm 90°	8	Gewinderohr	14	Tropftrichter
3	Reaktionsgefäß 24mL mit Seitenarm 45°	9	Gewinderohr mit Seitenarm 90°	15	Absperrhahn
4	Reaktionsgefäß 4 mL	10	T-Stück	16	Thermometer
5	Kühlermantel	11	Y-Stück
6	Refluxrohr klein	12	gebogenes Glasrohr 90°

Abb.1: Glasteile des Minilabors

Zum Verbinden der Glasteile finden zweierlei Schraubgewinde (Typ "20" und Typ "13") Verwendung (vgl. Abb. 2). Sie werden mit Kupplungen verbunden, die aus Teflon bestehen (soweit sie mit Chemikalien in Berührung kommen können). Durch die Verwendung von Adapterkupplungen (Adapterkupplung "13", Adapterkupplung "20") können auch normale Glasrohre von 6 mm Durchmesser mit den Reaktionsgefäßen verbunden werden. Auch lassen sich mit Hilfe der Adapterkupplungen Thermometer in die Reaktionsräume einführen und sicher befestigen.

Für die Kühlung beim Erwärmen unter Rückfluß oder bei der Destillation reicht häufig die Luftkühlung aus (vgl. Abb. 3). Für noch intensivere Kühlung kann zusätzlich auch ein Kühlmantel mit Hilfe von Schraublochkappen und Dichtungen aufgeschoben werden (vgl. Abb. 3). Somit ist beispielsweise die klassische Destillation nach Liebig auch in kleinem Maßstab möglich. Alle Einzelteile des Minilabors sind in ihrer Verwendung so vielseitig, daß für die Ausführung von Versuchen häufig unterschiedliche apparative Aufbauten durch die Schülerinnen und Schüler realisiert werden können. Dies läßt eine Individualisierung von Versuchsaufbauten zu und fördert die Selbständigkeit bei einem forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahren.

1 Kupplung 13,13 5 Adapterkupplung 20 2 Kupplung 13,20 6 Schraublochkappe 13 3 Kupplung 20,20 7 Schraubkappe 20 4 Adapterkupplung 13 8 Schlaucholive

Abb. 2: Kupplungsteile des Minilabors

Zum Erwärmen von Reaktionsgefäßen werden Heizblöcke aus Aluminium verwendet, die durch Heizplatten oder Magnetheizrührer elektrisch beheizt werden können. Der Wärmetransport in miniaturisierten Reaktionsgefäße hinein verläuft sehr viel rascher als bei herkömmlichen Makrogeräten, da durch die Verkleinerung der Gefäßdimensionen die Oberfläche im Verhältnis zum Gefäßvolumen sehr groß wird. Umgekehrt ist aus den gleichen Gründen auch der Wärmetransport vom Inneren eines Reaktionsgefäßes in die Umgebung sehr hoch, so daß miniaturisierte Reaktionsgefäße sehr rasch abgekühlt werden können. Diese Umstände tragen zusammen mit der einfachen Handhabung dazu bei, daß sich Versuche mit dem Minilabor allgemein äußerst rasch durchführen lassen.

Abb. 3: Einfache Extraktionsapparaturen

Literaturhinweise:

1. M.Schallies. "Projekt Minilabor - Ausbildung in Experimentalchemie und Chemieunterricht auf neuen Wegen." In A.Abele (Hrsgb.): Neuere Entwicklungen in Lehre und Lehrerbildung. S. 181-185, Deutscher Studienverlag, Weinheim 1990.
2. M.Schallies. "Minilabor. Anleitung zum Experimentieren mit dem Minilabor". Schriftenreihe zur Lehrerbildung, Lehrerfortbildung und pädagogischen Weiterbildung Bd.17, Institut für Weiterbildung, Pädagogische Hochschule Heidelberg, Heidelberg 1991.

Bezugsquelle für das Minilabor:

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