Городская сессия научного общества учащихся.

Секция – «химия».

Тема: «Художественная ценность,

получение и свойства стекла»

ВЫПОЛНИЛ:

РУКОВОДИТЕЛЬ:

Лапина Виктория Ивановна,

учитель химии,

МАОУ «Кадетская школа № 4

г. Горно-Алтайска» Р.А.

г. Горно-Алтайск

2012 год

Содержание:

1. Введение …………………………………………………………………..2

2. Истории развития стеклоделия ………………………………………….3 - 5

3. Строение, состав, классификация, свойства и применение стекол …..5 - 7

4. Производство стекла ……………………………………………………..7 - 9

5. Экспериментальная часть

а) Опыты с жидким стеклом………………………………………………9

б) Получение стекла в лабораторных условиях …………………….…..9 - 10

6. Вывод ………………………………………………………………………11

Литература.

Приложения.

Введение.

Предметом моего изучения и исследования является стекло.

Стекло для нас стало уже таким обычным материалом, что его свойств и сложности получения мы почти не осознаем. Мы воспринимаем его только как твердую прозрачную толщу. Между тем оно — результат сложных химических и физических процессов. Для физика стекло представляет собой переохлажденную жидкость с высокой степенью вязкости, что придает ему характер твердой массы; оно поэтому не относится к веществам твердого агрегатного состояния. Для мастера-стекольщика именно это свойство стекла представляет наибольший интерес: оно позволяет придавать изделиям из стекла любую, даже самую замысловатую форму. Просвечиваемость и сильный блеск стекла делают его материалом с единственными в своем роде свойствами, по которым в этом отношении с ним не сравниться ни один другой. Стекло воспевали многие писатели и поэты. (Приложение № 4) Одним из первых о нём написал восторженные строки М. В. Ломоносов:

Пою перед Тобой в восторге похвалу,

Не камням дорогим, не злату, но стеклу.

В «Письме о пользе стекла» (1752 г.) он в поэтической форме рассказал о рождении, свойствах и применении стекла –

Из чистого стекла, мы пьём вино и воду

И видим в нем пример бесхитростных сердец.

Кого льзя видеть сквозь, тот подлинно не льстец.

Мною, впервые рассмотрено стекло, с позиции уникального химического вещества, на занятиях факультативного курса «Химия вокруг нас», где мною было подготовлено сообщение по теме: «История стекла», а моими одноклассниками по другим темам, связанным с этим удивительным веществом. Познакомившись с интересными фактами и узнав о возможности получить стекло в условиях школьной лаборатории, выбрал тему для научного общества учащихся. И так тема моего исследования – «Художественная ценность и свойства стекла». Тема актуальна, в связи с широкой областью применения этого вещества, его художественной ценности.

Целью работы является: изучить историю, строение, свойства, классификацию, области применения стекла, его художественную ценность. Получить лёгкоплавкое стекло в лаборатории.

Задачи:

изучить литературу по данной теме, обобщить собранные сведения;
подобрать коллекцию изделий из стекла;
получить лёгкоплавкое стекло;
проделать опыты с жидким стеклом;
сделать вывод;
выступить с докладом на НОУ;
в рамках недели химии подготовить и провести час общения по теме: «Ценность стекла», для учащихся 7-х классов.

История развития стеклоделия.

Где изобрели стекло, точно сказать нельзя. Достоверно, однако, что египтяне уже в третьем тысячелетии до нашей эры знали стеклянную глазурь, применяя ее на предметах из глины и камня. Древнейшая сохранившаяся вещь такого рода - чаша Тутмоса III, изготовленная около 1450 года до н. э. (ныне хранится в Мюнхене). Довольно часто в раскопках встречаются бальзамарии (флаконы для благовоний).

Существенный сдвиг в выработке стекла произошел в I веке до н. э., когда в Сирии, тогда важнейшем центре стекольного производства, была изобретена стеклодувная трубка. Появилась техника выдувания стекла.

Позднее важнейшим производителем стекла стала Византийская империя. Возникают новые формы, новые техники. С приходом арабов стекло начинают расписывать эмалевыми красками и золотом.

После падения Константинополя, в 1204 году, Венеция послужила местом убежища для византийских стеклодувов, расширивших ее производство в основном за счет стеклянной мозаики. В середине XIII столетия здесь появляется стеклянная бижутерия и тонкое полое стекло. Незадолго до конца столетия начинается экспорт венецианского стекла, производство оконных стекол и стекол для очков.

Богемское стекло начинает свою историю в XIII-XIV веках. На территории нынешней Баварии устраиваются так называемые «гуты». Эти заводы, расположенные в лесистых горных местностях, производили так называемое «лесное» стекло, которое из-за содержания в разноокрашенном песке железа и других примесей по преимуществу было зеленым. Возникают новые бытовые формы.

Родина цветной обшивки окон и живописи на стекле — Франция. Самое раннее известие о них касается витражей в монастыре Сен-Реми.

Родиной стеклянной бижутерии считают Древний Египет. Из Византии и римских колоний производство бус пришло в остальную Европу, в частности в Венецию, которая в XVIII веке становится важнейшим центром этой продукции. Затем в Богемии расцветает производство галантерейных изделий из стекла, включая бисер и стеклярус.

Стекло в России

Ранней весной 1630 года, в царствование Михаила Фёдоровича, в Москву приехал швед Юлий Койет. Он должен был научить русских мастеров отливать пушки. Оказалось, что он хорошо знает и стекольное ремесло. Койет взялся построить стекольный завод в России.

В те времена в России почти не знали стекла. Даже в царском дворце окна были слюдяные. Ели из медной или оловянной посуды. Беднота обходилась Деревянными плошками.

Предложение Койета оказалось кстати.

Подходящее место нашли в Московском уезде, недалеко от города Воскресенска. Здесь и построили завод — несколько сосновых изб с плавильными печами и трубами. На заводе стали делать аптекарскую посуду: колбы, банки, реторты, бутылки.

Стоила такая посуда очень дорого. За ту цену, какую платили за большую стеклянную банку, можно было купить телёнка.

При Алексее Михайловиче построили второй завод — в селе Измайлове, близ Москвы. Это был уже государственный казённый завод. Выделывал он не аптекарскую посуду, а сулеи (бутылки и графины), оловенники (кувшины), ставцы, кружки, братины, рюмки, стаканы, лампадки и мухоловки.

Гордостью Измайловского завода была отлитая им саженная рюмка. Чудо-рюмка - выше самого высокого человека - была хитро украшена стеклянными нитями. Могла она вместить два ведра вина.

При Петре I и Елизавете построили ещё несколько стекольных заводов. Появились уже русские мастера-стеклодувы. Иностранцы неохотно делились с ними своим опытом, старались не открывать им своих секретов. К счастью, среди русских нашлись изобретатели, которые не только самостоятельно открыли старинные секреты стеклоделия, но и улучшили его.

Первым из этих изобретателей был Ломоносов.

Однажды у графа Шувалова Ломоносов увидел привезённый из Италии мозаичный портрет и Ломоносов решил сам взяться за составление мозаики.

Ему пришлось начать всё сызнова, как будто никто до него мозаики не делал. Современем все секреты были открыты.

Первой мозаикой Ломоносова была икона, сделанная им из четырёх тысяч стеклянных кубиков. Затем он сделал мозаичные портреты Елизаветы и Екатерины II.

После этого он взялся за огромную — в сорок два квадратных метра — мозаичную картину «Полтавская баталия». Этой картиной хотели украсить стену Петропавловского собора.

Почти пять лет, работал Ломоносов над «Полтавской баталией» и закончил её незадолго до своей смерти. А затем картину постигла очень странная участь. В собор её не повезли. Никто о ней не заботился. Огромная картина пропала без вести.

Прошло более полутораста лет. И вот однажды, приводя в порядок подвалы Академии наук, рабочие наткнулись на какие-то большие, очень тяжёлые ящики. Их было много. Открыли один из них,— в нём оказался кусок мозаики, изображавший голову петровского солдата. В остальных ящиках также лежали куски мозаики. Это была разрубленная на куски «Полтавская баталия». Куски мозаики осторожно извлекли из ящиков, соединили их, выпавшие кусочки стекла заменили новыми. Сейчас великолепная стеклянная картина, напоминающая нам о славных боевых делах русской армии, возвращена к жизни.

Талантливых людей в России всегда было много. А вот машин, различных приспособлений, облегчающих и ускоряющих труд, было мало. В России умели до революции делать только посуду, бутылки и оконное стекло. Много зеркального стекла выписывали из-за границы. Об оптическом стекле нечего и говорить; его совсем не умели варить. Нам пришлось много потрудиться для того, чтобы наверстать упущенное.

Стеклоделие было ещё недавно ремеслом. Теперь оно стало настоящей наукой. Но это вовсе не значит, что теперь стекольщику уже не нужно мастерство, не нужен талант. Наоборот, талант, искусство в этом деле теперь ещё нужнее, чем прежде.

Всего труднее, конечно, сделать стёкла для большого телескопа. Это как бы высший, самый строгий экзамен для стекольщиков.

В первые, в нашей стране, удалось отполировать стёкла сотруднику Оптического института по фамилии Даксутов, для пулковского телескопа.

Специальная комиссия устроила самое строгое испытание даксутовским стёклам: их сравнили с подобными же стёклами, какие делают у Цейса (знаменитая германская оптическая фирма). И каково же было удивление, когда они оказались ничуть не хуже, а даже лучше цейсовских стёкол.

Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. А уж листовое стекло - вещь почти современная. Технология его изготовления была разработана в XX веке.

Строение, состав, классификация, свойства и применение стёкол.

Стеклами называются твердые тела, их рассматривают как переохлажденные жидкости с большой вязкостью, которая затрудняет перемещение структурных элементов, мешает образованию правильной кристаллической решетки. В выяснении строения стекол, в частности силикатных, ведущую роль играли советские ученые. Наиболее обоснованной представляется в настоящее время теория, впервые высказанная А.А. Лебедевым, о наличии в твердом стекле очень малых участков с правильным кристаллическим строением - кристаллитов кварца, однако остальная часть стекла является аморфной. Ионы металла без какой-либо четкой последовательности располагаются в пустотах силикатной сетки, поэтому стекло, в противоположность кристаллу, не обладает определенной температурой плавления, а в процессе нагревания размягчается постепенно, превращаясь в подвижную жидкость (теплота затрачивается только на нагревание).

Важнейшие свойства стекла, обусловливающие его применение,— высокая прозрачность для лучей света, значительная механическая прочность, а также стойкость к воздействию химических реагентов наряду с низкой теплопроводностью. Хрупкость стекла может быть устранена термической обработкой.

Свойства стекла зависят от природы и количественного соотношения окислов. Кислотные окислы придают стеклу высокую механическую, термическую и химическую стойкость. Окислы щелочных металлов снижают вязкость расплавленного стекла, механическую и химическую стойкость, твердость; наоборот, окислы щелочноземельных металлов повышают вязкость и химическую стойкость. Наиболее широко применяются стекла, в состав которых входят только окислы натрия, кальция, магния и кремния. Введение окиси калия, вместо окиси натрия, а также окиси свинца вместо окислов кальция и магния придает стеклу блеск и большую прозрачность, увеличивает коэффициент преломления (хрусталь и оптические стекла). В стекле для химической посуды снижают содержание окислов щелочных металлов и заменяют частично двуокись кремния на окись бора и окись алюминия, что повышает химическую и термическую стойкость.

Жидкое стекло (концентрированные растворы силикатов натрия и калия) получают сплавлением оксида кремния (IV) со щелочами или карбонатами.

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2

Песок сода жидкое стекло углекислый газ

Пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и тканей плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций.

Типичные стёкла получают введением третьего компонента - известняка CaCO3, необходимого для того, чтобы стекло было не растворимым в воде. Процесс получения обычного стекла выражается уравнением:

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = 2CO2 + Na2O • CaO • 6SiO2

Сода известняк песок типичное стекло

Типичные стёкла подразделяются на:

Оконное и бутылочное;

Оптическое (с высоким показателем преломления, используется для изготовления оптических линз и декоративного стекла);
Лабораторное (с низким коэффициентом теплового расширения, используется для изготовления лабораторной и кухонной посуды);
Биостекло (совместимое с костной тканью, используется как покрытие для хирургических имплантантов).
Оптическое стекло используется в оптических приборах: фотоаппаратах, микроскопах, очках, лупах.

Фотохромное стекло при облучении ультрафиолетовым светом темнеет, после прекращения действия света опять просветляются. Это боросиликатные стекла с равномерным включением кристалликов галогенидов серебра. При ярком солнечном освещении такие стекла темнеют вследствие протекания реакции разложения галогенида серебра, приводящей к освобождению чистого серебра, но в помещении, в тени или в сумерках катионы серебра снова соединяются с галогенид-анионами, образуя прозрачные соли серебра. Стекло опять пропускает свет.

Помимо утилитарного применения (в солнцезащитных очках) такие стекла — отличный материал для запоминающих устройств компьютеров.

Согласно другой классификации различают следующие стёкла:

Содовое стекло можно легко плавить, оно мягкое, легко поддается обработке, чистое и светлое.
Поташное стекло, напротив, более тугоплавкое, твердое и не такое пластичное, но зато обладает сильным блеском. Зола (с примесями железа) придавала этому стеклу зеленоватый цвет. А так как именно лес давал сырье для изготовления этого стекла, его называли еще лесным стеклом. На 1 кг поташа шла тонна древесины.

Свинцовое стекло, получаемое заменой оксида кальция оксидом свинца, довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжелое. Отличается оно сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света. Эго - хрустальное стекло.
Цветное стекло. Сплавленная из обычных материалов стеклянная масса бесцветна, с легким желтовато-зеленым или голубовато-зеленым отливом, вызываемым различными минеральными примесями. Окрашивают стекло, добавляя те или иные оксиды металлов либо до, либо во время плавки.

Кроме того, стекло бывает – витражное, тонированное, узорчатое, зеркальное, многослойное, закаленное, тепло-сберегающие, огнестойкое, термостойкое, армированное, бронестекло, ударопрочное, пеностекло и некоторые другие виды. (Приложение 5).

Из стекла производят - стеклопакеты, блоки стеклянные, трубы стеклянные, теплоизоляционные материалы из стекловолокна, конструкционные материалы на основе стекловолокна, плитки стеклянные, стекло-кристаллит.

Производство стекла.

Состав и приготовление шихты.

Для получения стекол используют материалы, которые в зависимости от их роли делятся на главные (стеклообразователи) и вспомогательные. К первым относятся двуокись кремния - SiО2 (в виде бесцветного кварцевого песка или кварца), сода (Na2CО3) или сульфат натрия (Na2SО4), поташ (К2CО3), мел или известняк (CaCО3), коалин, магнезин, доломит, глет (РbО), борная кислота (Н3ВО3) или бура и т. д. Вспомогательными материалами называются вещества, применяемые для изменения свойств стекломассы. К ним относятся глушители, осветлители (обесцвечиватели), вещества создающие восстановительную или окислительную среду в расплаве, и т. д. В шихту вводят также измельченный стекольный бой и красители. Важнейшие красители и глушители стекла и примерные нормы их введения указаны в таблице № 1 (Приложение 1).

Исходные материалы сушат, дробят, размалывают и просеивают. Песок предварительно промывают для удаления глинистых материалов и окиси железа. Все составные части шихты смешивают.

Варка стекла

Варкой стекла называется процесс расплавления шихты до создания однородной стекломассы. При варке стекла происходят сложные физико-химические процессы. Они начинаются до расплавления шихты и протекают за счет диффузии в твердой фазе, так как отдельные компоненты ее находятся в тонкодисперсном состоянии и имеют большую поверхность соприкосновения.

При нагревании шихты (из Na2CО3, CaCО3, MgCО3 и SiО2) частично образуются двойные соли:

*MgCО3 + Na2CО3 = MgNa2(CО3)2 (t = 250°C); *CaCО3 + Na2CO3 = CaNa2(CО3)2 (t = 400°C)

Они вступают в реакции с двуокисью кремния:

*MgNa2(CО3)2 + 2 SiО2 = MgSiО3 + Na2SiО3 + 2CО2; * CaNa2(CО3)2 + 2SiО2 = CaSiO3 + Na2SiO3+ 2CО2

Стекло, исходными компонентами шихты которого являются кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбонаты натрия и кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

*СаСО3 = СаО + СО2; * Na2CO3 = Na2О+ СО2

В результате в состав стекла входят оксиды SiО2, Na2О и СаО (условная формула стекла - Na2O • CaO • 6SiO2). Они образуют сложные соединения - силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты. В стекло вместо Na2О с успехом можно вводить К2О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя эти оксиды и их количество, получают стекло с заданными свойствами. В таблице № 2 (Приложение 1) приведен состав (в %) некоторых типичных промышленных стекол.

Небольшая добавка к шихте плавикового шпата CaF2 ускоряет процесс варки стекла.

После окончания химических реакций расплавленная стекломасса еще не совсем однородна и содержит пузырьки воздуха, двуокиси углерода, двуокиси серы и др. При дальнейшем нагревании стекломассы (с 1200 до 1500°С) вязкость ее уменьшается, вследствие диффузии выравнивается состав (гомогенизация) и удаляются пузырьки газов (осветление).

Варят стекло преимущественно в ванных печах непрерывного действия. Главная часть печи — горизонтальный бассейн (ванна) прямоугольной формы длиной до 40 м, шириной до 10 м и высотой до 1,5 м, выложенный из высоко глиноземистых, содержащих окись циркония, огнеупорных брусьев и перекрытый сводом из динасовых плит. Стекловаренные печи относятся к числу пламенных печей; в них сырье и стекломасса нагреваются сверху пламенем сгорающего газа, проходящего поперек движения стекломассы.

Для изготовления бутылочного и листового стекла применяются также печи с электрическим обогревом.

В горшковых печах стекло варят в горшках из огнеупорных материалов при нагревании топочными газами. Такие печи используют лишь для изготовления специальных сортов стекла.

Изготовление стеклянных изделий.

Для формования изделий применяют различные способы: вытягивание, прокат, выдувание, прессование, отливку. Формование облегчается тем, что вязкость стекломассы при охлаждении возрастает постепенно. Это позволяет найти оптимальные условия для каждого способа.

Листовое оконное стекло является главным продуктом стекольной промышленности. Его производят непрерывным машинным способом — вытягиванием листа с поверхности расплавленной стекломассы. (Приложен. №3)

Прокатом готовят листовое полированное стекло. Стекломасса по шамотному желобу (сливу) поступает в пространство между полыми металлическими валками, охлаждаемыми изнутри водой и вращающимися навстречу друг другу. После шлифования и полирования оно применяется для остекления витрин, кабин автомашин и т. д. и для изготовления зеркал. Подвергая листовое стекло нагреванию и быстрому охлаждению потоком воздуха (закалка), получают безопасное закаленное стекло. Механическая прочность его значительно больше, чем до закалки, оно применяется для остекления кабин автомашин и самолетов.

Выдуванием готовят химическую и тарную посуду (бутылки, банки и др.), а также колбы для электроламп. Изготовление стеклоизделий выдуванием в настоящее время полностью производится машинным способом — автоматическим выдуванием сжатым воздухом па прессовыдувных машинах.

Прессованием изготовляют различные изделия: банки, стаканы, изоляторы, бусы, пуговицы и т. д. Необходимое количество расплавленной стекломассы помещают в чугунную пресс-форму; при опускании пуансона (керна) стекломасса равномерно распределяется в пространстве между ним и внутренней поверхностью пресс-формы и затвердевает.

Метод отливки стекломассы в соответствующие стальные формы применяется для изготовления различных архитектурно-строительных и художественных изделий, стекла для оптических приборов.

К числу ценных и важных стеклоизделий относится волокно, которое идет на изготовление стеклянных тканей, пряжи, ваты и т.д. Стекловолокно образуется из тонких струек стекломассы, падая вниз, они вытягиваются и затвердевают, превращаясь в тонкие волокна (2-30 мк), которые собираются в одну нить.

Экспериментальная часть.

№ 1. Опыты с жидким стеклом.

Огнезащитные свойства силиката натрия.

Разбавим силикатный клей водой в отношении 1:1, пропитаем в полученном растворе кусочки различной ткани и древесные лучинки и хорошо высушим. Внесём в пламя образцы обработанного и необработанного материала и сравните их способность к возгоранию.

№ 2. Получение стекла в лабораторных условиях.

Цель работы:

Изучить сущность химических и физико-химических процессов варки стекла.
Получить 30 г. легкоплавкого стекла, (по 10 г. разного цвета).

Оборудование, материалы:

Муфельная электропечь, спиртовка, тигли, тигельные щипцы, железная проволока, весы химические, сито.

Кварцевый песок, борная кислота, оксид свинца (!), прокалённые оксиды металлов (красители).

Для того чтобы ознакомиться с сущностью производства стекла, в лабораторных условиях получают легкоплавкие свинцово-борные, свинцово-бор-силикатные стекла. Состав некоторых легкоплавких стёкол представлен в таблице №3 (Приложение № 1).

Формула легкоплавкого свинцово-борного стекла – ²/3К2О * 3В2О3 * 2PbO

Выбираем первый вариант состава стекла, производим расчет шихты, необходимой для получения 10 г стекла, с учетом состава исходного сырья.

В качестве сырья берём борную кислоту (Н3ВO3), учитываем, что она содержит 56,45% В2О3 и 43,55% Н2О. Поташ (К2CO3) содержит 68% К2О.

Дано:

m (см) = 10 г

w(К2О) = 8,6%

w(РbО) = 62%

w(B2O3) = 29,2%

w(B2O3 в Н3ВО3) = 56,45%

w(К2O в К2CO3) = 68%

___________________

Найти:

m (К2О)

m (РbО)

m (B2O3)

Решение.

10 г – 100% х1 = 10 ∙ 8,6 : 100 = 0,86 (г) (К2О)

х1 г – 8,6%

0,86 г – 68% х2 = 0,86 ∙ 100 : 68 = 1,26 (г) (К2CO3)

х2 г – 100%

10 г – 100% х3 = 10 ∙ 62 : 100 = 6,2 (г) (РbО)

х3 г – 62%

10 г – 100% х4 = 10 ∙ 29,2 : 100 = 2,92 (г) (B2O3)

х4 г – 29,2%

2,96 г – 56,45% х5 = 2,96 ∙ 100 : 56,45 = 5,17 (г) (Н3ВО3)

х5 г – 100%

Аналогичным способом рассчитываются масса ускорителя и красителей. В качестве ускорителя варки стекла в шихту можно ввести 0,1г. фторида кальция. В качестве красителя, например оксид железа (Fe2O3) массой ≈0,02г.

Расчётные данные представлены в таблице № 4 (Приложение № 1).

Вычисленные количества сырьевых материалов взвешиваем на технохимических весах с точностью до 0,01 г.

Взвешенную смесь сырьевых веществ, тщательно перемешиваем и аккуратно переносим в фарфоровый тигель. Помещаем тигель в муфельную печь, нагреваем его до тех пор, пока не произойдут все реакции стеклообразования. После этого, усиливая нагревание, даём возможность стекломассе осветлиться и приобрести однородность.

Для проверки готовности стекла делаем пробу на провар. Для этого в стекломассу погружаем металлическую проволоку, а затем, быстро удаляя ее, вытягиваем стеклянную нить. Если нить не имеет утолщение — узелков, значит, стекломасса проварилась.

Когда стекло будет сварено, берём тигель щипцами и каплями выливаем стекломассу на металлическую пластинку. (Приложение № 2).

Для получения окрашенного стекла, пользуясь приведенной выше таблицей важнейших красителей и глушителей стекла, выбираем нужный окисел металла, рассчитываем его количество и взяв навеску, высыпаем в приготовленную шихту. Взвешиваем полученное стекло. Рассчитываем потери.

Дано:

mтеор(стекла) = 30 г

mпракт(стекла) ≈ 24 г

________________

Найти: w(потерь)

Решение.

30 г – 100% х1 = 24 ∙ 100 : 30 = 80%

24г – х1%

w(потерь) = 100% - 80% = 20%

Результаты эксперимента:

- Получена ткань, пропитанная раствором силиката натрия, устойчивая к воспламенению.

- Выплавлено ≈ 24 г. стекла (светло-желтого, тёмно – фиолетового и чёрного цветов), потери составили ≈ 20%.

Вывод.

Проведённый эксперимент позволяет убедиться в том, что стекло представляет собой переохлажденную жидкость с высокой степенью вязкости, что придает ему характер твердой массы.

Для мастера-стекольщика именно это свойство стекла представляет наибольший интерес: оно позволяет придавать изделиям из стекла любую, даже самую замысловатую форму. Светопроницаемость и сильный блеск стекла делают его материалом с единственными в своем роде свойствами, по которым в этом отношении с ним не сравниться ни один другой.

Стекло это не только широко применяемое оконное или бутылочное стекло, но это и оптическое, лабораторное стекло необходимые науке и медицине; это цветные стекла для изготовления витражей, бижутерии, посуды, сувениров, многие из которых стали настоящими произведениями искусства. Например, знамениты хрустальные изделия Российского города – Гусь хрустальный; по всему миру знамениты витражные изделия марки «Тифани», картины из цветных стёкол хранятся в музеях всего мира. (Приложение № 5).

Мы все в той или иной мере являемся коллекционерами стекла. Советы коллекционерам по уходу за стеклянными изделиями - приложение № 6.

Изучение свойств, получение стекла не возможно без методов современной химии. Как сказал более 200 лет назад М. В. Ломоносов – «Широко распространяет химия руки свои в дела человеческие… Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются пред очами нашими успехи её прилежания». Химия – фундаментальная наука, как важнейший инструмент познания окружающего мира, развития материальной и духовной сфер жизни современного общества вносит существенный вклад в формирование научного мировоззрения человека. Химия проникает во все области народного хозяйства, искусства. Современность показывает, что химическая наука не стоит на месте. Каждый день приносит новые открытия, новые технологии, новые достижения.

Литература

Белоцветов В.Б., Бесков С.Д., Ключников Н.Г.. Химическая технология. М. 1989 г.

Николаева М.В., Кузьмина Р.Ф., Кусаинова К.М. «Стекло – современный конструкционный материал» // научно-методический журнал «Химия в школе» № 4, 2004 г., стр 48 – 54.

Логинов Н.Я., Ключникрв Н.Г.. Практикум по химической технологии. М. 1963 г.

4. Ломоносов М.В. «Письмо о пользе стекла» // Сочинения. – М.: Современник, 1987 г., стр. 134 – 144.

5. Парменов К.Я., Сморгонский Л.М., Цветков Л.А. Книга для чтения по химии. Часть 2. М. «Просвещение», 1971 г.

Ширшина Н.В.. Сборник элективных курсов. В. «Учитель», 2005 г.

Приложение № 1

Таблицы.

Таблица 1. Важнейшие красители и глушители стекла

и примерные нормы их введения.

п/п

Красители

Количество

окисла в (%)

Окраска стекла

FeO

0,2 – 0,3

Зелёная, голубая

Fe2O3

0,3 – 0,5

Желто - зелёная

CoO

0,003 – 0,1

Синяя

NiO

0,2 – 0,3

Фиолетовая

CuO

0,1 – 2,0

Голубая до синей

Cu2O (CuO с восстан-ми)

0,1 – 2,0

Красная, рубиновая

Cr2O3

0,01 – 0,1

Зелёная

MnO

0,01 – 0,03

Жёлтая

MnO2

0,01 – 0,03

Пурпуроно - фиолетовая

Ag⁺ (в виде солей)

0,1 – 0,3

Жёлтая

Au³⁺ (в виде солей)

0,001 – 0,003

Красная, рубиновая

0,1 – 0,5

Красная, рубиновая, розовая

1 - 2

Чёрная

Глушители

Криолит

5 - 6

Опаловое

Кремнефтористый натрий

5 - 6

Молочное, алебастровое

Плавиковый шпат (CaF2)

5 - 6

Фосфат кальция Ca3(РО4)2)

5 - 6

Двуокись олова (SnO2)

5 - 6

Тальк

5 - 6

Таблица 2. Состав (в %) некоторых типичных промышленных стекол.

Виды стекла

SiO2

В2О3

Аl2О3

К2О

Na2О

СаО

MgO

Рb3О4

ВаО

ZnO

Оконное

Бутылочное

Хрустальное

Лабораторное

Оптическое

Таблица 3. Состав легкоплавких свинцово-борных, свинцово-бор-силикатных

стёкол.

п/п

Состав (в %)

Температура

плавления стекла

(в °С)

К2О

РbО

B2O3

SiО2

8,6

62,0

84,0

29,2

11,5

4,5

402

484

87,5

75,0

11,4

15,0

11,4

15,0

488

500

Таблица 4. Расчётные данные:

Наименование

сырьевых

материалов

Состав

шихты

(в %)

Состав шихты для получения

10 г стекла в г.

Переходит в

стекло

(г)

угар (г)

Борная кислота (Н3ВО3)

29,2

(B2O3)

5,17

(Н3ВО3)

2,92

(B2O3)

2,25

(Н2О)

Поташ (К2CO3)

8,6

(К2О)

1,26

(К2CO3)

0,86

(К2О)

0,4

(СО2)

Оксид свинца (РbО)

6,2

Фторид кальция (СаF2) (ускоритель)

0,1

Красители:

Fe2O3

0,3 -0,5

0,03 – 0,05

MnO2

0,01 - 0,03

0,001 – 0,003

1 - 2

0,1 – 0,2

Приложение № 2

Получение стекла в лаборатории. Фото.

Приготовление шихты.

Варка стекла в муфельной печи.

Полученное стекло.

[pic]

Приложение № 3

Формирование изделий из стекла.

Рис.1

[pic]

Рис.1. Поперечный разрез лодочки Фото 1. Выдувание стекла

1-тело; 2-щель; 3 — стекломасса.

Рис.2. Рис.2 Изготовление листового стекла

[pic] вытягиванием:

А — разрез в направлении, перпендикулярном щели лодочки;

В — разрез в направлении по щели лодочки;

1— лодочка;

2 — лента стекла;

3—холодильник;

4 — асбестированные валики;

5—нажимное приспособление;

6 —вал, приводящий в движение валики.

Рис. 3. Схема изготовления листового

полированного стекла непрерывным прокатом:

1 - стекломасса;

3 и 4 - валки;

5 - лента стекла;

6 - печь для отжига;

7 - ролики для передвижения ленты стекла.

Фото 2. Изготовление листового стекла

прокатом

Рис.3

[pic] [pic]

Приложение № 4

Поэтические строки о стекле.

Стекло воспевали многие писатели и поэты.

Одним из первых о нём написал восторженные строки М. В. Ломоносов

Пою перед Тобой в восторге похвалу,

Не камням дорогим, не злату, но стеклу.

* * *

Из чистого стекла, мы пьём вино и воду

И видим в нем пример бесхитростных сердец.

Кого льзя видеть сквозь, тот подлинно не льстец.

* * *

Так в бисере Стекло, подобяся жемчугу,

Любимо по всему земному ходит кругу.

* * *

По долговременном теченьи наших дней

Тупеет зрение ослабленных очей.

…Одно лишь нам стекло в сей бедности отрада.

Оно способствием искусныя руки

Подать нам зрение умеет сквозь очки!

* * *

Во зрительных трубах Стекло является нам,

Колико дал Творец пространство небесам.

* * *

Коль много Микроскоп нам тайностей открыл,

Невидимых частиц и тонких в теле жил!

М. В. Ломоносов «Письмо о пользе стекла», 1752 г.

О стекле писали и зарубежные поэты. Например, Дж. Апдайк.

…А принц Стекло, Керамикой рождённый,

Кристально чист, хоть вовсе не Кристалл.

Его зеркальной гладью отражённый

Мгновенно бы нарцисс себя узнал,…

Дж. Апдайк, поэма «Танцы твёрдых тел», 1969 г

Приложение № 5.

Применение стекла (коллаж).

[pic] [pic] [pic]

Приложение № 6.

Советы коллекционерам.

*Антикварные изделия из стекла надо беречь от сырости, внезапной перемены температуры, от яркого солнечного света.

*Следует хранить их в специальных витринах.

*В случае повреждения изделий не стоит клеить их самим, лучше обратиться к реставратору музея.

*Изделия их хрустального стекла лучше мыть холодной водой, в этом случае оно не потеряет блеск.

*Некоторые немецкие и богемские стекла XVI - XVII веков тускнеют и покрываются трещинами, чешуйками. Причина - неправильный состав шихты. Отреставрировать такое стекло нельзя. Можно затормозить процесс, опустив изделие в 5% раствор НNО3, и снабдить затем, поверхность стекла чистой метакрелатовой пленкой.

Творческая работа учащегося по химии на тему Художественная ценность, получение и применение стекла