Стекло – сообщение доклад по химии 9 класс

Производство стекла

История изготовления стекла. Изучение основ современных технологий получения стекла. Химические и физические способы обесцвечивания стекла. Теплоизоляционные и звукоизоляционные стекломатериалы. Виды кварцевого стекла, используемого в стекловарении.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

на тему: «Производство стекла»

1. История изготовления стекла 3

2. Применение стекла в быту и его обработка 4

4. Производство стекла 7

1. История изготовления стекла

История стекла уходит в глубокую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла необходимо минимум три компонента.

Изделия из стекла так же, как и из керамики, практически не подвергаются атмосферным воздействиям и хорошо сохраняются даже под слоем земли. Они донесли до нас бесценную информацию об уровне культуры и техники древних народов. Благодаря стеклу до нашего времени дошли величайшие художественные произведения различных эпох культуры человечества. Первый стекольный завод в России был построен в 1636 г. близ г. Воскресенска под Москвой.

В России изготовление стекла и смальты восходит к временам Киевской Руси. Художественные изделия с применением золочения изготовляются при дворе Алексея Михайловича(завод в подмосковном Измайлове, построенный в 1668). Новый уровень производства стекла был достигнут после постройки по личному распоряжению Петра I Императорского хрустального и стекольного завода в Москве, впоследствии переведенного в Петербург. Русское стекло и хрусталь на уровне последних мировых достижений выпускались с 18 века на заводах купцов Мальцовых — Дятьковском и Гусевском хрустальном. Здесь была также самостоятельно открыта и техника производства рубинового стекла.

Силикаты, соли кремниевых кислот. Примеры — каолинит Al4[Si4O10](OH)8, топаз Al2(SiO4)F2. Многие важные промышленные материалы — керамика, кирпич, цемент, бетон, огнеупоры, стекло — в основном состоят из силикатов.

Силикатные краски, краски на основе жидкого стекла. Применяются главным образом в строительстве для получения долговечных покрытий по штукатурке, кирпичу, бетону, камню.

2. Применение стекла в быту и его обработка

Главный потребитель стекла в настоящее время — строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное для остекления зданий и транспортных средств: автомашин, железнодорожных вагонов, трамваев, троллейбусов. Кроме того, стекло используют в качестве стенового и отделочного материала в виде пустотелых кирпичей, блоков из пеностекла, а также облицовочных плиток. Примерно треть производимого стекла идет на изготовление сосудов различного типа и назначения. Это прежде всего стеклянная тара — бутылки и банки. В большом количестве стекло расходуется на изготовление столовой посуды. Стекло пока незаменимо для производства химической посуды. В довольно большом количестве из стекла изготавливают вату, волокно и ткани для тепловой и электрической изоляции.

Относительная дешевизна стеклянных строительных материалов обусловливается широким распространением, а следовательно, доступностью и дешевизной сырья. Расплавленное стекло является удобным материалом для формования в изделия механизированным способом. Стекло хорошо поддается механической обработке. Это также снижает стоимость стеклянных изделий. Стекло пилят так же, как дерево, но для этого в кромку дисковой пилы зачеканивают алмазный или иной твердый порошок. Его можно сверлить обыкновенными стальными сверлами, применяя специальную смачивающую жидкость. Стекло колют на куски при помощи простого инструмента, напоминающего колун для дров, но действующим не ударом, а постепенно нарастающим усилием.» Стекло можно обрабатывать на токарном станке резцами из особо твердой стали, вытачивая фигурные колонки так же, как из дерева или металла. Стекло шлифуют и полируют, применяя обычные абразивные порошки, инструменты и методы, давно известные и широко используемые в металлообрабатывающем производстве. Стекло можно сварить из одного кварцевого песка, химическая формула которого SiO2. Однако для этого нужна очень высокая температура (выше 1700°С). Получение таких температур в печах промышленного типа связано с большими трудностями. Обычные печи, в которых используются твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся. Для плавления кварцевого песка применяют электрические печи специального устройства или горелки, в которых сжигается водород в токе кислорода. Расплавленный кварцевый песок представляет собой столь густую и вязкую массу, что из нее трудно удалить воздушные пузырьки и придать изделиям нужную форму.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2–3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200–300°). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент — известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой — СаСОз.

3. Состав стекла

химический стекло кварцевый песок

Стекло, твердый аморфный прозрачный в той или иной области оптического диапазона (в зависимости от состава) материал, полученный при переохлаждении расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды Si, B, Al, P и т. д.) и оксиды металлов (Li, K, Mg, Pb и т. д.). Наиболее распространено силикатное стекло.

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

Na2CО3 Na2 О+CО2

В результате в состав стекла входят оксиды SiО2, Na2О и СаО. 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, РbО, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема АlО3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Напри-мер, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием.

4. Производство стекла

Основным сырьем для производства стекла является сода. Сода – сырье относительно дорогое и имеющее огромный спрос со стороны различных отраслей народного хозяйства. Поэтому в качестве источника Na2O при варке стекла используют также природный минерал Na2SO. Однако в этом случае варка стекла требует более высоких температур. Кроме того, в шихту необходимо вводить уголь для восстановления серы в соответствии с уравнением

2Na2SO + С 2Na2O + 2SO2 + СО2

При варке стекла первым плавится оксид щелочного металла, после чего в этом расплаве начинают растворяться зерна кварца и известняка, вступая в химическое взаимодействие. Поэтому чем больше в стекле оксидов щелочных металлов, тем при меньших температурах оно плавится. В Древнем Египте, когда техника получения высоких температур была несовершенна, в стеклоделии преобладали рецепты с повышенным содержанием оксидов щелочных металлов (до 30 %) и малым содержанием извести (около 3–5%). В эллинистическую эпоху, с усовершенствованием техники получения высоких температур, содержание оксидов щелочных металлов снижается до 16–17 %, а извести повышается до 10 %. Естественно, что такие стекла стали более стойкими к воде. В настоящее время варка стекла проводится при температуре 1400–1500°С в течение нескольких часов. Процесс варки стеклоделы делят на три стадии: провар шихты, осветление (удаление «мошки» и «свилей»), студка — осторожное охлаждение.

Мошкой стеклоделы называют мелкие пузырьки газа, распределенные по всей массе стекла. Ее удаление из жидкой массы производят «бурлением» при помощи деревянной чурки или обыкновенного сырого картофеля. Помещенные в жидкое стекло, они дают обильное выделение газов, которые и очищают от мошки всю массу. Ее наличие в изделиях считается браком. Мошка особенно недопустима в оптических стеклах.

Стекольным свилем называют нитеобразные потоки, подобные тем, которые можно наблюдать в процессе растворения сахара в воде при медленном перемешивании. Свиль — это видимая граница двух соседних участков стекольной массы. Наличие свилей свидетельствует о плохой перемешанности стекольной массы при варке, т. е. о его низком качестве.

Охлаждение стекла, а точнее изделия из него проводят медленно, чтобы избежать в нем напряжений. При быстром охлаждении стекла поверхностные слои тела затвердевают и могут иметь температуру, близкую к комнатной, а внутренние части, вследствие низкой теплопроводности, могут иметь температуру до 1000 °С. Поскольку внутренние части при охлаждении сжимаются, а наружные уже не уменьшаются в размере, в них возникают высокие поверхностные сжимающие напряжения. Внутренние слои, наоборот, испытывают высокие растягивающие напряжения. Такое стеклянное тело называют «закаленным». Закаленное стекло обладает высокой механической прочностью. Однако у него есть и недостатки. При нарушении поверхностного слоя (например, нанесение царапины), т. е. при нарушении сжимающих и растягивающих сил, закаленное стекло разлетается вдребезги.

При медленном охлаждении стеклянного тела растягивающие и сжимающие напряжения не возникают. Такое стекло называют «отожженным». Мелкие изделия, например столовая посуда, отжигаются (охлаждаются) в течение нескольких часов. Крупные и прецизионные изделия, например линзы астрономических объективов диаметра 1 м и более, отжигаются в течение нескольких месяцев.

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS * 3CdSe — в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших — фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом — зеленый. Оксид марганца (II) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом–сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Бутылочное стекло низкого сорта, как правило, имеет окраску, которая зависит от присутствия в нем ионов Fe 2+ и Fе3+. Стекольное сырье трудно очищается от железа и поэтому в дешевых сортах оно всегда присутствует. Ионы Fe2+ хорошо поглощают лучи света с длиной волны примерно 600 ммк (желтые и красные) и, следовательно, окрашивают стекло в дополнительный голубой цвет. Ионы Fe3+ поглощают лучи с длиной волны 500 ммк (синие и фиолетовые), окрашивая стекло в желтоватый цвет. Важно отметить, что ионы Fe2+ в области видимого света имеют удельное поглощение, примерно в 10 раз большее, чем ионы Fe3+. Поскольку в стекле одновременно содержатся как ионы Fe2+, так и ионы Fe3+, они и придают стеклу зеленоватую окраску (бутылочный цвет).

Существуют химические и физические способы обесцвечивания стекла. В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe3+. Для этого в шихту вводят окислители — нитраты щелочных металлов, диоксид церия СеО2, а также оксид мышьяка (III) Аs2Оз и оксид сурьмы (III) Sb2Oз. Химически обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т. е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, — это оксиды никеля, кобальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диоксид марганца МпО2 обладает свойствами как химического, так и физического обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцветным, но его светопропускание понижается. Таким образом, следует различать светопрозрачные и обесцвеченные стекла, поскольку эти понятия различны.

Окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают.

Одним из важнейших свойств стекла является прозрачность. Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность путем его «глушения». Это процесс, в результате которого стекло становится непрозрачным. Вещества, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют нерастворившиеся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. Эти частицы обычно прозрачны, но их показатель преломления отличается от показателя преломления стекла. Поэтому падающий на них луч отклоняется от прямолинейного направления и стекло перестает быть прозрачным. В далеком прошлом в качестве глушителей стекла использовали костяную муку, содержащую фосфат кальция Са3(РO4)2, а также оксиды олова SnO, мышьяка Аs2O3 и сурьмы Sb2О3. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na3[AlF6], плавиковый шпат CaF2 и другие фторидные соединения.

Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.

1. Качалов Н. Стекло. М., 1959.

2. Шелковников Б. Русское художественное стекло. Л., 1969.

3. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. – М., 1999.

4. Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 год.

Популярная химия

Главное меню

Стекло – один из самых древних и универсальных по своим свойствам материалов, известных человеку.

Со стеклом человек познакомился очень давно. Найденные археологами фаянсовые украшения, относящиеся к периоду первой династии фараонов, говорят о том, что в Египте стекло было известно ещё 5 тысяч лет назад. Обнаруженная при раскопках в Месопотамии цилиндрическая печать из стекла относится к периоду династии Аккада, то есть имеет возраст более 4 тысяч лет. Изделия из стекла, найденные в Японии и Индии, произведены примерно 2 тысячи лет назад. Но единого мнения о времени и месте появления стекла у учёных нет.

Как же появилось стекло?

Одна из легенд гласит, что финикийские купцы готовили пищу на песчаном берегу во время стоянки. Очаг они сложили не из камней, а их кусков африканской соды. Топливом служила солома. Проснувшись утром, они обнаружили на пепелище слиток из стекла.

Русским мастерам секреты стеклянного производства были знакомы более тысячи лет назад. В те времена щёлочь, песок и известь были сырьём для получения стекла. В качестве щёлочи использовали золу растений или соду.

Химический состав стекла

Стёкла бывают естественными и искусственными. Естественное стекло может образоваться, например, при извержении вулкана или при попадании молнии в залежи кварцевого песка. Но в природе так мало возможностей для образования естественного стекла, что для своих нужд человечество давно научилось получать искусственное стекло.

Стекло – аморфное тело, получаемое переохлаждением расплава, который состоит из различных окислов.

В зависимости от того, какой окисел является основным компонентом, различают силикатные стёкла (SiO2), боратные (В203), фосфатные (Р205) и комбинированные (боросиликатные и др.).

Силикатное стекло

Наиболее распространено силикатное стекло. Основная его составная часть – двуокись кремния (SiO2). На 70-75% стекло состоит из неё. Получают двуокись кремния из кварцевого песка. Окись кальция (CaO) – второй компонент стекла, придающий ему химическую стойкость и блеск. В давние времена источником окиси кальция служили морские раковины или зола деревьев, так как люди не были знакомы с известняком. Кроме этих двух компонентов, в состав стекла входят оксид натрия (Na2O) и оксид калия (K2O), которые необходимы для плавки стекла. Источниками оксидов служат сода (Na2CO3) и поташ (K2CO3). Если стекло состоит только из кремнезёма высокой чистоты, оно называется кварцевым.

Физические свойства стекла

По физическим свойствам стёкла подразделяются на обычные, жаростойкие и цветные.

Обычные стёкла

Известны три группы обычных стёкол: иззвестково-натриевое, известково-калиевое и известково-натриево-калиевое.

Известково-натриевое , или содовое, стекло применяется для выпуска оконных стёкол, посуды.

Высокая термостойкость известково-калиевого, или поташного, стекла позволяет применять его в производстве аппаратуры и высококачественной посуды.

Известково-натриево-калиевое стекло обладает высокой химической стойкостью. Наиболее часто применяется в производстве посуды.

Хрупкость – основной недостаток обычных стёкол. Для расширения области применения обычного стекла его закаливают и получают закалённое стекло, которые называется сталинит. Из обычного стекла создают также триплекс – многослойное стекло.

Жаростойкие стёкла

Жаростойкие стёкла называют огнеупорными, термостойкими. Они применяются в изделиях, которые эксплуатируются в особых условиях. К жаростойким стёклам относятся боросиликатное стекло, лабораторное стекло и ситаллы.

Высокая антикоррозийная стойкость боросиликатного стекла и его теплостойкость позволяет использовать это стекло для создания специальных установок в химическом машиностроении. Из такого стекла получается также прекрасная жаростойкая кухонная посуда. Такая же высококачественная посуда может быть изготовлена и из лабораторного стекла. А ситаллы успешно используются в машиностроении.

Цветные стёкла

После застывания стеклянная масса имеет голубовато-зелёный или желтовато-зелёный оттенок. Но если ввести в шихту различные оксиды металлов, которые в процессе варки стекла изменяют его структуру, то после остывания стекло сможет выделять определённые цвета из проходящего через него светового спектра.

Такие стёкла применяются для изготовления художественных изделий, витражей, посуды.

Стекло соединило в себе две стихии: огонь и лёд. Огонь помогает стеклу появиться на свет. На лёд стекло становится похожим, когда застывает в форме какого-нибудь изделия.

Современным людям невозможно представить свою жизнь без стекла. Оно окружают нас повсюду: дома, в транспорте, на работе и на отдыхе. Невозможно назвать хотя бы одну отрасль промышленности, в которой стекло не использовалось бы.

Стекло: структура, свойства, применение

Главная > Реферат >Физика

СТЕКЛО: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

Стекло является самым широко применяемым материалом в быту, строительстве, на транспорте благодаря своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к активным химическим реагентам, относительной дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых в практике.

Человеку с древнейших времен известны природные стекла (янтарь, стекла вулканического происхождения), а вырабатывать стекла он научился несколько тысяч лет назад. Производство стекла совершенствовалось на протяжении веков, но долгое время этот процесс определяло искусство мастеров, опыт которых передавался из поколения в поколение. В настоящее время наряду с ручным трудом в стеклоделии применяются механизированные методы формования стеклоизделий, которые обеспечивают массовый выпуск продукции. В народном хозяйстве ориентировочно можно выделить следующие основные области применения стекла: строительная промышленность, производство стеклотары, стеклоаппаратов, химической посуды; электровакуумная промышленность, использование стекла в качестве декоративного материала, оптическая промышленность и приборостроение.

Больше половины всего выплавляемого стекла перерабатывается на листы для остекления зданий. Широкое применение в строительстве нашли изделия из стекловолокнистых материалов (стеклянная вата, маты, жгуты и др.), которые используются в качестве тепло- и звукоизоляторов. Они не гниют и не плесневеют, обладают малым объемным весом, огнестойкостью и вибростойкостью [1].

Около трети всей стекольной продукции – сосуды самого разнообразного типа, фасона и назначения. Замечательные декоративные свойства стекла (способность воспринимать различные окраски, передавать игру света, разнообразие в переходах от кристальной прозрачности через все степени замутнения до полной непрозрачности) обусловили существование особой группы изделий, объединяемых общим названием “художественное стекло”. Сюда относится художественная столовая посуда, монументальные стеклянные изделия (барельефы, торшеры, вазы, люстры и др.) и разнообразные отделочные материалы (плитки и листы для облицовки стен, полов зданий, карнизы, фризы и др., использование стекла в витражах). Одной из важных отраслей художественного стеклоделия является производство смальт (непрозрачных стекол) широкого ассортимента. Эти стекла используются при создании монументальных стенных панно в технике мозаичной живописи, родственной технике витража [2].

В виде стеклоэмалей, непрозрачных тонких стекловидных слоев различных цветов, стекло используется как защитное покрытие, предохраняющее металлические изделия от разрушения и придающее им внешний вид, удовлетворяющий эксплуатационным и эстетическим требованиям. Стеклоэмали применяются при изготовлении химической и пищевой аппаратуры, посуды, изделий санитарной техники, труб, вывесок, облицовочных плиток, ювелирных изделий [3] .

Оптическая промышленность и оптическое стекло позволили создать современные точнейшие оптические приборы во всем разнообразии их типов и назначений (обычные очки, микроскопы, телескопы, фото- и киноаппараты и др.).

Особо чистое кварцевое стекло используется для изготовления волоконных световодов при создании волоконно-оптических линий связи, позволяющих передавать большие объемы информации. Отдельный класс стекол образуют так называемые лазерные стекла. Это многокомпонентные стекла различной природы (силикатные, фосфатные, фторбериллатные, боратные, теллуритные и др.), активированные неодимом. Лазеры могут быть миниатюрными, как, например, используемые в медицине, и могут представлять собой мощные системы, применяемые в термоядерном синтезе. Лазеры применяются также в научных исследованиях, геодезии, при точной обработке металлов [4].

В ходе дальнейшего изложения будут дополнительно приведены еще некоторые примеры применения стекла как материала.

Из краткого обзора областей применения стекла очевидно, что необходимо изготавливать стекла, разные по свойствам: особо химически стойкие, особо прочные механически, обладающие определенными коэффициентами термического расширения, заданными оптическими и электрическими константами и др. Поэтому неудивительно, что исследователи прилагают много усилий для постижения природы стекла, выяснения влияния разнообразных факторов на его различные свойства.

В России становление науки о стекле и промышленного стеклоделия связано с именами выдающихся ученых М.В. Ломоносова и Д.И. Менделеева. М.В. Ломоносов первым в мировой практике стеклоделия обратил серьезное внимание на взаимосвязь свойств стекол и их химического состава. По его инициативе в 1754 году была отстроена первая стекольная фабрика. Заслугой Д.И. Менделеева являются предвидение полимерного строения SiO2 и развиваемые им представления о химической природе стекла, которое он рассматривал в общем контексте разработки таких фундаментальных понятий химической науки, как определенное-неопределенное соединение, раствор, сплав и т.д.

СТЕКЛООБРАЗНОЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЯ

Обычно понятие “стекло” определяется не просто как материал, а как некоторое особое состояние твердого тела, стеклообразное состояние, противопоставляемое кристаллическому. Известно, что одно и то же вещество может быть газообразным, жидким и кристаллическим. Для каждого такого состояния характерна своя группа специфических признаков. Стекло же не может быть полностью отнесено по совокупности признаков ни к одному из них. Рассмотрим вещества, находящиеся в указанных агрегатных состояниях, с точки зрения взаимного расположения частиц (атомов, ионов, молекул), образующих вещество, и их взаимодействия между собой. При очень высоких температурах многие неорганические вещества существуют в виде газа. В газе частицы вещества располагаются и движутся хаотически. При низком давлении, например атмосферном, взаимодействия между частицами чрезвычайно слабы. При понижении температуры газ конденсируется в жидкость, которая при дальнейшем снижении температуры кристаллизуется. В жидкостях и кристаллах частицы располагаются несравненно более компактно, между ними действуют значительные по величине силы, которые создают известную упорядоченность в расположении атомов или молекул: в кристаллах почти идеальную, в жидкостях – существенно менее полную. Основной особенностью кристаллов является то, что их можно получить путем повторения элементарной ячейки во всех трех направлениях. Элементарная ячейка состоит из некоторого числа атомов (ионов, молекул), строго определенным образом расположенных друг относительно друга. Такое повторение элементарной ячейки называют дальним порядком. В жидкостях нельзя выделить такой элементарной ячейки. Для жидкости можно с уверенностью говорить о существовании ближнего порядка, то есть о ближайших соседних частицах, окружающих центральную. Таким образом, для жидкости характерен ближний порядок, но нет дальнего. Мы воспользуемся здесь широко применяемым определением стекла: стекло – это такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Стекло неравновесно по отношению к кристаллическому состоянию, которое может реализовываться при том же составе и при тех же внешних условиях. Отличие стекла от кристаллов состоит в отсутствии периодичности строения, в отсутствии дальнего порядка в структуре.

Кроме традиционного пути получения стекол – охлаждения расплава, стали широко применяться и другие способы получения стекол. Сюда относятся стеклообразные пленки, получаемые напылением из газовой фазы; “метамиктные стекла”, образующиеся под воздействием ударных давлений и при бомбардировке кристаллов нейтронами; стекла, получаемые по зольгель-технологии. В этой связи неудивительно, что разные исследователи дают различные определения стекла, отличные от приведенного нами. При этом они руководствуются выборочными признаками стеклообразного состояния. За основу принимаются, например, структурные признаки, способ получения стекла, тип химической связи и т.д. Терминологическая дискуссия по этому вопросу ведется уже давно, и она далека от завершения, что, безусловно, свидетельствует о сложности объекта исследования [4].

Приведенное выше определение стекла, связанное с традиционным способом его производства и с общими сведениями о его структуре, привело к двум различным направлениям в развитии теории стеклообразного состояния. А.А. Лебедев предположил, что структуру стекла образуют субмикроскопические кристаллы – кристаллиты, расположенные друг относительно друг друга хаотическим образом [6]. Согласно кристаллитной гипотезе стекло является химически однородным.

Исследование стекол методом рентгеноструктурного анализа явилось качественным скачком в понимании природы стеклообразного состояния [6]. Согласно полученным данным было показано следующее: 1) кристаллиты содержат 1 – 2 элементарных ячейки, да и то искаженных, то есть терялся смысл самого понятия “кристаллит”, 2) высказано предположение о химически неоднородном строении стекла. Исторически кристаллитная гипотеза сыграла большую роль в понимании природы стеклообразного состояния, но ее пригодность для описания большинства стеклообразных веществ оказалась невелика.

Наряду с кристаллитной гипотезой получили развитие представления шведского ученого В. Захариасена [6], который на основе успехов кристаллохимии силикатов высказал предположение, что структуру оксидных стекол образуют элемент-кислородные полиэдры, аналогичные таковым в кристаллах, но их сочленение не имеет строгого порядка и периодичности, как в кристаллах. Было установлено, что рентгенограммы кварцевого стекла лучше всего интерпретируются в рамках модели непрерывной беспорядочной сетки тетраэдров SiO4 . Атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, и отражает ближний порядок в структуре стекла. Для сравнения на рис. 1а, б схематично даны структура кристаллического кварца и структура стеклообразного кварца в виде беспорядочной сетки. Поскольку на рисунке представлена схема в двумерном изображении, каждый атом кремния окружен только тремя атомами кислорода. Понятно, что в реальном тетраэдре один атом кремния и три атома кислорода не могут находиться в одной плоскости. Поэтому схема дает несколько искаженную картину действительных представлений В. Захариасена. Тем не менее она правильно отражает основные идеи его подхода. Как показали многочисленные рентгеновские и нейтронографические (основанные на изучении рассеяния нейтронов стеклом) исследования, наличие неупорядоченной сетки подтверждается применительно к структуре однокомпонентных стекол, таких, как B2O3 , SiO2 , As2O3 , Si, B, и некоторых других. Исследования поведения стеклянных электродов в растворах электролитов также позволили высказать определенные суждения о ближнем порядке в стеклах. На базе экспериментального материала по изучению поведения электродов из разных стекол в растворах электролитов и его теоретического осмысления автором был предложен метод изучения элементов структуры стекла по типу комплексных ионов, таких, например, как [AlO4/2]1 – , [BO4/2]1 – [7].

Позже ионообменные процессы нашли широкое применение в градиентной оптике, в производстве стеклянных электродов и в производстве рН-метров, которые можно встретить на многих предприятиях и в лабораториях в качестве средства контроля и измерения кислотности среды и определения содержания в ней щелочных металлов.

Однако для стекол, содержащих два или более компонентов, характерна химическая неоднородность. Так, при введении в SiO2 оксида натрия в результате взаимодействия оксидов, несмотря на сохранение координации атомов кремния относительно кислорода, непрерывность кремнекислородной сетки нарушается за счет частичных обрывов связей Si-O-Si, соединяющих тетраэдры между собой. Появляются так называемые немостиковые атомы кислорода (рис. 1в). В бездефектном кварцевом стекле существуют только мостиковые атомы кислорода (рис. 1б). Для таких сложных стекол гипотеза неупорядоченной сетки Захариасена становится недостаточной, и для определения их общей структуры мало знать только ближний порядок; необходимо определить их строение на расстояниях, превышающих межатомные, так называемый средний порядок.

Результаты исследования стекол структурно-чувствительными методами (ЯМР – ядерный магнитный резонанс, ЭПР – электронный парамагнитный резонанс, инфракрасная и рамановская спектроскопии и др.) хорошо интерпретируются в предположении существования в стеклах структурных группировок, аналогичных, но несколько искаженных по отношению к имеющимся в соответствующих кристаллах [7]. Например, предполагается, что стеклообразный борный ангидрид в основном построен из бороксольных колец, образованных тремя борокислородными треугольниками BO3 . В щелочноборатных стеклах в зависимости от отношения M2O / B2O3 , кроме бороксольных колец, предполагается образование диборатных, триборатных, пентаборатных группировок, в которых атом бора может быть окружен как тремя, так и четырьмя атомами кислорода (рис. 2). Наличие таких группировок и относится к среднему порядку.

К сожалению, диапазон размеров указанных выше группировок составляет 10 – 12 ангстрем и является наиболее трудным для структурного анализа. Поэтому в настоящее время неясно, каков средний порядок и какова его роль в организации структуры стекла. При этом кристаллитная гипотеза и гипотеза непрерывной неупорядоченной сетки являются лишь отправными точками для поиска компромисса при описании структуры реальных стекол. В этой связи часто используются определенные модельные представления о структуре стекла. Рассмотрим одно из них, основанное на теории идеальных ассоциированных растворов, в соответствии с которой структура расплавов и стекол представляется состоящей из структурно-химических группировок, подобных, но несколько искаженных по отношению к имеющимся в соответствующих кристаллах. Это наряду с результатами исследований структурно-чувствительными методами позволило автору совместно с сотрудниками на основе исследования термодинамических свойств стекол и расплавов рассчитать количественные соотношения этих структурно-химических группировок [7].

Предельным случаем химически неоднородного стекла являются стекла ликвационной природы. При охлаждении ряда стеклообразующих расплавов образуются стекла, состоящие из стекол разного состава, отделенных друг от друга поверхностями раздела, как бы стекло в стекле. Одна составляющая структуры обогащена легко растворимыми компонентами стекла (щелочные оксиды, оксид бора) и является химически нестойкой, а другая – нерастворимыми (оксиды кремния и алюминия) и является химически стойкой.

Окончательное доказательство существования таких стекол было получено в результате исследования рассеяния ими рентгеновских лучей под малыми углами [6]. Варьирование химического состава стекол, режимов отжига и последующей обработки разными растворителями позволило получать пористые стекла с размером пор от нескольких десятков до 1000 ангстрем. Пористые стекла широко применяются как адсорбенты и как “молекулярные сита”, которые пропускают мелкие молекулы и не пропускают более крупные. Молекулярные сита были использованы, например, при получении противогриппозных вакцин. При введении в поры каких-либо неорганических соединений и последующей термообработке при 1000 – 1200?С получаются разнообразнейшие материалы, называемые импрегнированными кварцоидами. Они представляют собой массивное, во многих случаях совершенно прозрачное стекло, в котором уже нет пор. Это стекло обладает особыми свойствами, определяемыми составом введенных в поры веществ. Возможности применения пористых стекол так разнообразны, что для их подробного изложения потребовалась бы отдельная публикация.

Другим примером применения явления метастабильной ликвации является изготовление облицовочных плиток, “стекломрамора” и других строительных материалов.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТЕКЛОВАНИЕ

В настоящее время известно, что в стеклообразное состояние можно перевести вещества различной природы. Это и расплавы ряда чистых оксидов и их смесей в бесчисленных вариантах, и солеобразные расплавы – халькогенидные, галогенидные, нитратные и др. В стеклообразном состоянии легко могут быть получены и многие органические вещества. Стекла легко образуются водными растворами многих солей и их смесей. В последнее десятилетие стали известны металлические стекла, полученные особо быстрым охлаждением сплавов разных металлов. Таким образом, в стеклообразном состоянии могут находиться вещества самого разного химического типа, с самыми разными видами химических связей – ковалентных, ионных, металлических – и разнообразными физико-химическими свойствами.

Несмотря на разнообразие стекол, многие их структурные и физико-химические свойства являются специфическими именно для веществ в стеклообразном состоянии. С этой целью рассмотрим более подробно температурную границу между жидким и кристаллическим состояниями. При медленном охлаждении стеклообразующего расплава он начинает кристаллизоваться при температурах, меньших его температуры плавления Tm . Однако при достаточно высоких скоростях охлаждения кристаллизация часто начинается только при существенно более низких температурах, и жидкое состояние еще сохраняется в той области температур, где стабильным является кристаллическое состояние. Максимальная степень переохлаждения зависит от ряда факторов, но при прочих равных условиях она тем больше, чем выше скорость охлаждения расплава. При повышении степени переохлаждения жидкость становится все менее термодинамически устойчивой и кристаллизация становится все более энергетически выгодной. В этой связи представляется необходимым понять, каким же образом все-таки получается стекло.

Структурные изменения свойственны любым жидкостям, находящимся как в стабильном (T > Tm), так и в метастабильном состояниях (T

«Стекло» сообщение по химии. Доклад

«Стекло» доклад по химии расскажет Вам много полезной информации об этом универсальном материале. Также информация о стекле поможет подготовиться к занятию и углубить свои знания.

Стекло: сообщение по химии

Стекло является самым древним и универсальным по свойствам материалом, которое известно человеку. Об этом свидетельствуют найденные фаянсовые украшения, которые относятся к периоду правления первой фараоновой династии в Египте. О стекле здесь было известно 5 000 лет назад. При археологических раскопках в Месопотамии обнаружили цилиндрическую стеклянную печать, относящуюся к династии Аккада. Ее возраст около 4 000 лет. Также подобные изделия находили в Индии и Японии. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению, где и когда появилось стекло.

Как появилось стекло? Легенда

Согласно легенде финикийские купцы, после длительного плаванья, остановились на песчаном берегу, чтобы приготовить пищу. Они сложили из кусков африканской соды очаг для огня. В качестве топлива была взята солома. Когда купцы проснулись утром, чтобы плыть дальше, то обнаружили на своем пепелище небольшой слиток из стекла. Русские мастера овладели секретом производства стекла больше 1000 лет назад. Тогда сырьем для материала служили песок, щелочь и известь. Иногда вместо щелочи использовали соду или золу из растений.

Химический состав стекла

Стекла бывают искусственными и естественными. Естественное стекло образуется в ходе извержения вулкана или когда молния попадает в залежи кварцевого песка. Но этот процесс настолько редкостное явление, что для своих нужд человек научился получать искусственное стекло.

Этот материал является аморфным телом, которое получается путем переохлаждения расплава, состоящего из разнообразных окислов. В зависимости от основного компонента, различают боратные (В203), комбинированные, фосфатные (Р205) и силикатные стекла (SiO2). Самым распространенным считается силикатное стекло. На 70-75% оно состоит из двуокиси кремния (SiO2). Ее получают из кварцевого песка. Второй компонент, придающий стеклу химический блеск и стойкость – это окись кальция. Раньше его добывали из золы деревьев или морских раковин, а сегодня люди знакомы с известняком. Также в состав материала входят оксид калия (K2O) и оксид натрия (Na2O), благодаря которым плавится стекло. Если стекло преимущественно состоит из высокой чистоты кремнезема, то оно именуется кварцевым.

Виды стекол

По физическим свойствам выделяют обычные, жаростойкие и цветные стекла. Немного о каждом виде.

• Обычные стекла

Обычные стекла бывают известково-натриевые, известково-калиевые и известково-натриево-калиевые. Из них изготавливают оконные стекла, посуду. Они обладают высокой термостойкостью и химической стойкостью. Их основной недостаток – хрупкость. Для расширения области применения их в производстве стекла закаливают и получают многослойное стекло – триплекс.

• Жаростойкие стекла

Их еще называют термостойкими или огнеупорными. Их используют для изготовления особых изделий – жаростойкой посуды, установок для химического машиностроения. К ним относят лабораторное стекло, боросиликатное стекло и ситаллы. Жаростойкие стекла характеризуются высокой антикоррозийной стойкостью, теплостойкостью.

• Цветные стекла

В такие стекла после их застывания (когда они имеют желтовато-зеленый или голубовато-зеленый оттенок) добавляются разные оксиды металлов. В процессе варки они изменяют структуру стекла и его цвет. Из таких материалов делают посуду, художественные изделия, витражи.

Как изготавливают стекло?

В промышленности стекло производится в процессе варки. Сырье имеет название шихты. Стеклодувы доводят его до высоких температур и расплавляют. После нагревания нужно расплавленный материал охладить с особой температурой и скоростью для того, что оно застыло, так как надо. Самая важная задача состоит в том, чтобы не дать ему закристаллизоваться. Иначе стекло не будет таким ровным и гладким. Готовое стекло обладает пределом прочности, упругостью, плотностью, твердостью, хрупкостью, теплопроводностью и своей температурой плавления.

Надеемся, что сообщение по химии на тему «Стекло» помогло Вам подготовиться к занятию. А сообщение о стекле Вы можете расширить через форму комментариев ниже.

Все о производстве стекла

Стекло представляет собой аморфный материал, который получается в результате охлаждения расплава. Для данного вещества характерно находиться как в жидком состоянии, так и в твердом.

При нагревании стекло не плавится, а размягчается, переходя в пластическое состояние и затем только в жидкое. Также оно кристаллизуется при соблюдении определенных температурных режимов.

Если сравнивать с агрегатным состоянием, то стекло находится между жидкими и кристаллическими веществами. Благодаря упругим особенностям стекло приближается к твердым телам, а отсутствие в нем кристаллографической симметрии делает его схожим с жидкими телами.

Изделия производимые из стекла

Изделия из стекла могут быть:

• прозрачные и непрозрачные;
• цветные и бесцветные;
• люминесцированные;
• поглощающие либо отталкивающие ультрафиолетовые лучи и т.п.

Самым распространенным стеклом считается неорганическое. Оно славится своими высокими механическими, химическими и тепловыми характеристиками. Производство стекла данного типа завоевало большую популярность в строительной отрасли.

Несмотря на тот факт, что стекло очень хрупкое и чувствительное к механическим повреждениям, сопротивление сжатия у него на уровне с чугуном. Для того, чтобы стекло стало более прочным, его упрочняют при помощи закалки, ионного обмена, химической и термической обработки. Это позволяет устранить микротрещины, которые образуются на поверхности стекла при воздействии на него окружающей среды.

Технологии производства стекла в России

Технология производства стекла основывается на таких процессах, как:

• подготовка сырья;
• формирование шихты;
• варка стекла;
• охлаждение;
• формирование изделия;
• отжиг и обработка.

Этапы производства стекла

К основным компонентам при изготовлении стекла относятся такие вещества, как: кремнезем, SiO2 и Na2CO3. Двуокиси кремния в промышленном стекле содержится порядка 40-80 процентов, а в кварцевом – 96-100%. Во время стекловарения очень часто в качестве кремнезема используют кварцевый песок. При производственной необходимости его могут дополнительно обогатить.

Для осветления используют такие вещества, как сульфат, хлорид натрия, нитрат аммония и другие. Прежде чем приступить к варке стекла, все компоненты тщательно просеиваются, сушатся и тщательно перемешиваются до получения однородной массы (порошка). Если есть необходимость, то их дополнительно измельчают.

Следующим этапом идет помещение шихты в печь для варки стекла. После того, как она нагрелась, из нее испаряются гигроскопические и химически связанные частички воды. На этапе силикатообразования происходит разложение всех компонентов. Изначально они выглядят как спекшийся конгломерат.

С ростом температуры в печи начинают плавиться отдельные силикаты. Растворяясь, они образуют непрозрачную массу. Данный этап завершается при достижении температуры отметки в 1200ºС, когда остатки шихты уже растворились и расплав стал прозрачным.

На этом производство стекла в России не завершается. Стеклообразование – это процесс растворения зерен кварца в силикатном расплаве. В результате образуется однородная стекломасса. Данный процесс протекает намного медленнее, нежили силикатообразование, и занимает до 90 процентов времени провара шихты. В процессе варки стекломассы при температуре 1500-1600 градусов из нее удаляются остатки газов.

Производство стекла в России включает еще один этап – осветление. Тут, для ускорения процесса, добавляют осветлители, которые еще и снижают поверхностное натяжение стекломассы. При помощи огнеупорных мешалок весь расплав тщательно перемешивается. Также, через него могут пропускать сжатый воздух или газ.

Параллельно с осветлением идет еще и процесс гомогенизации. На этом этапе идет усреднение полученной стекломассы по составу при ее перемешивании.

Производство стекла в России завершается таким этапом стекловарения, как охлаждение (студка). При этом выдерживается та вязкость стекломассы, которая в дальнейшем позволит сформировать готовую продукцию. В основном, это температура порядка 700-1000ºС. На данном этапе самое главное очень медленно понижать температуру.

Производство любого стекла определяется установленными технологическими нормами. Формирование же готовых изделий из полученной стекломассы происходит механическим способом (прессовка, прокатка, выдувание и т.п.) на специальном стеклоформующем оборудовании.

Следующим этапом идет отжиг. Тут выдерживается определенная температура, при которой стекло немного мягкое. Это позволяет снять напряжение в стекле, которое появляется при быстром охлаждении.

Компании по производству стекла на выставке

На выставке стекла, которая состоится уже этим летом в ЦВК «Экспоцентр», вы сможете увидеть продукцию от сотни мировых компаний. Например, таких как:

• Binder+CO AG (Австрия).
• Домановский производственно-торговый комбинат (Беларусь).
• AKW APPARATE+VERFAHREN GMBH (Германия).
• IMPIANTI NOVOPAC SRL (Италия).
• BRINOLLI, АЛЬФА ГЛАСС, АССОЦИАЦИЯ СТАНКОТОРГОВЫХ КОМПАНИЙ «КАМИ» и многие другие (Россия).
• HENRY F. TEICHMANN, INC (США).
• TEK METAL PROFIL SAN. TIC. LTD. STI (Турция).
• MSC&SGCC (Франция) и т.д.

На данной выставке вы сможете не только узнать все о технологиях производства стекла зарубежных компаний, но и заключить выгодные контракты. Все представленное оборудование отвечает всем международным стандартам и имеет соответствующие сертификаты качества.

Заводы по производству стекла

На Российском рынке существует множество предприятий, которые занимаются изготовлением продукции из стекла. Одной из них является «Борский завод» (ОАО «БЗС»).

Данный завод по производству стекла был основан еще в прошлом столетии, более 75 лет назад. Предприятие расположено в Нижегородской области и специализируется на выпуске автомобильных стекол.

Порядка 85 процентов всех автомобилей России оснащены продукцией от данного завода. Высокое качество стекла от «БЗС», которое получается при использовании нового современного немецкого оборудования, уже много раз получала дипломы на выставках. На каждом этапе производства осуществляется компьютерная проверка качества стекла.

ОАО «Салаватстекло» – это еще один крупный завод по производству стекла. Выпускает он:

Данная компания ежегодно принимает участие в различных выставках и занимает там призовые места. К примеру, в 2012 году данный завод по производству стеклаполучил награду за лучший товар Башкортостана.

Саратовский стекольный завод на сегодняшний день является одним из масштабных предприятий России по производству стекла. Его продукция поставляется во многие страны мира (до 30). На площади в 50 гектаров размещается высокоточное профессиональное оборудование. Данный завод один из первых начал производство листового стекла по технологии «Флоат». В нынешнее время на данном предприятии выпускается листовое стекло толщиной от 3 до 12 миллиметров марок М1, М4 и М7. Объемы производства составляют порядка 700 тон за сутки.

ООО «Пилкингтон Гласс» – это компания NSG Group, которая является крупным мировым поставщиком плоского вида стекла. В основе всех процессов изготовления заложена технология «Флоат-пресс», которая применяется там еще с 1952 года.

Основное направление данного предприятия – это остекление различных зданий и сооружений. К его продукции относится: шумоизоляция и теплоизоляция стекол, защита от солнечных лучей, самоочищение и декорирование. Данная компания поставляет свою продукцию не только по всей России, но и в такие страны, как Казахстан, Беларусь и Украина.

Кроме этих компаний существует еще множество других, не менее известных в России предприятий по изготовлению стекла. Назначение их продукции очень разное и охватывает огромную область применения стекла.

Производство листового стекла

Листовое стекло изготавливается из двух основных ингредиентов – это карбонат натрия и кварцевый песок. Ранее, при изготовлении данной продукции использовался метод вертикального вытягивания. Но он финансово и технологически уже устарел.

Производство листового стекла сегодня – это «Флоат-метод». Основывается он на размещении стекломассы в специальной ванне, где находится расплавленное олово.

В промышленных масштабах производство листового стекла началось еще несколько десятилетий тому назад. Популярность данного типа продукции поддерживается благодаря новым современным и инновационным технологиям, которые обеспечивают непревзойденное качество.

Типы листового стекла

Листовое стекло может быть изготовлено следующих типов:

• термостойкое;
• огнестойкое;
• теплозащитное;
• закаленное;
• ударопрочное;
• ламинированное и т.д.

Это позволяет применять его в различных отраслях, но самым основным является строительство и автомобилестроение. Высочайший рост автомобильного рынка способствовал и увеличению производства листового стекла. Стоит отметить, что в данной отрасли стекло просто незаменимо.

Производство лобовых стекол

Производство лобовых стекол – это не только надежная защита салона автомобильного транспорта от встречного воздуха, дождя и пыли, но еще и достойная безопасность.

Современные технологии позволяют изготавливать данную продукцию таким образом, что при аварии оно причиняет минимальный ущерб пассажирам. Лобовые стекла, изготовление которых усовершенствуется каждый день, обладают еще и отменными аэродинамическими особенностями.

Материалы для изготовления лобовых стекол

«Триплекс». Такие лобовые стекла основываются на трехслойной структуре: стекло-пленка из полимера-стекло. Средняя прослойка не дает стеклу разлетаться при ударе. Все осколки удерживаются за счет пленки, которая выступает в качестве армирующего материала.

Производство лобовых стекол «Сталинит» основывается на особой процедуре закалки. Это способствует образованию внутреннего напряжения на уране кристаллической структуры.

Такие лобовые стекла производства очень прочные. В момент удара стекло рассыпается на множество мельчайших осколков, которые также не наносят серьезных повреждений. Но в качестве лобовых стекол их используют крайне редко.

Технология изготовления лобовых стекол

Технология производства лобовых стекол основывается на следующих процессах: первым делом идет разметка по конфигурации и геометрическому размеру. Но осуществляется только лишь надрез. Затем по этому надрезу движется специальная горелка, которая нагревает стекло до определенной температуры. Это приводит к тому, что оно лопается вдоль всей линии надреза.

Далее идет процесс обработки кромок при использовании специальных абразивных лент. Потом лобовое стекло моется мыльным раствором для того, чтобы устранить остатков пыли. Затем оно покрывается специальным раствором, который не дает двум стеклам слипаться.

Следующим шагом идет проверка качества и устранение возможных дефектов. Затем идет соединение двух стекол вместе и придание им правильной конструкторской формы на специальном загибочном оборудовании.

Каждая форма относится к каждой марке автомобиля. Вся эта конструкция отправляется в печь, где нагревается до температуры порядка 760 градусов. Лобовое стекло становится пластичным, что позволяет приданию ему необходимой кривизны.

Затем стекло медленно охлаждается. После окончательного затвердевания между этими двумя заготовками укладывается прозрачная пленка. Все вышеуказанные процессы полностью автоматизированы. Это дает возможность получать стекла с одинаковыми свойствами.

Урок химии по теме «Стекло: его состав, свойства» (9 класс)

учитель химии МОУ СОШ №4 п. Песковка

Урок химии по теме

«Стекло: его состав, свойства»

Дидактическая цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового учебного материала.

Цели по содержанию:

Образовательная: способствовать формированию знаний о составе и свойствах стекла, подвести учащихся к идее зависимости свойств веществ от их состава и строения

Развивающая: продолжать развивать умения сравнивать, делать выводы о наличие взаимосвязей между составом и свойствами веществ.

Воспитательная: воспитывать культуру межличностного общения при работе в группе, чувство патриотизма при ознакомлении с достижениями российских ученых.

Методы: объяснительно – иллюстративный, частично – поисковый.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Средства обучения: 1. Кузнецова. И. М., Гара : 9 класс: Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Под ред. . – 4-е изд., перераб. – М.: Вентана – Граф, 2008 – 288с.: ил.. 2. Мультимедийная презентация. 3. Задания для работы в группах. 4. Коллекции «Стекло».

(Слайды 1,2) Мы начали сегодня урок с изображения и изображений красивых предметов нашего быта. Как вы думаете, если у вас было бы плохое настроение и вам подарили бы эти предметы, то какое воздействие это на вас оказало? Почему?

Для того, чтобы ремесленник и художник могли создать такую красоту они должны обладать очень многими практическими знаниями, в том числе о свойствах стекла. Без развития науки невозможно было бы появление и многих произведений искусства, в том числе и таких прекрасных как на слайде.

II. Объявление темы урока, целеполагание

(Слайд 3). Тема урока: «Стекло: его состав и свойства».

III. Актуализация знаний

(Слайд 4). Опишите, пожалуйста, физические свойства стекла:

ü tпл (оконного стекла) = 425 – 600˚С,

Стекло обладает свойствами твердых веществ, но

• имеет структуру жидкостей,

• при охлаждении расплава его вязкость увеличивается очень быстро и частицы не успевают перестроится и образовать кристаллическую решетку

Поэтому, стекло – вещество аморфного строения. Что значит аморфное строение?

Почему у стекла нет определенной температуры плавления и плотности?

О чем нам это говорит? Вывод: стекло – это смесь веществ.

IV. Изучение нового материала. Осознание и осмысление.

(Слайд 5). В таблице представлен состав различных видов стекла в %

Давайте посмотрим и попытаемся ответить на вопросы:

§ Какие существуют наиболее распространенные виды стекла? (листовое (оконное), стеклоизделия (бутылочное, ламповое, зеркальное, оптическое), строительно – техническое)

§ Какое вещество является основой стекла? Т. е. присутствует в составе любого стекла? (Слайды 6,7, 8).

§ Благодаря каким свойствам именно это вещество является основой стекла?

§ Почему не варят стекло из чистого оксида кремния?

§ С какой целью в стекло добавляют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов?

(Слайд 9). Давайте подведем некоторые итоги.

Состав стекла (зафиксируйте это в тетради):

1. Основа – SiO2 (tпл = 1728˚С)

2. Обязательные компоненты

(оксиды щелочных металлов понижают tпл):

ü оконное стекло – Na2O, CaO, Al2O3

ü хрустальное стекло – K2O, PbO

ü лабораторное стекло – Na2O, Al2O3, B2O3

ü оптическое стекло – BaO, Al2O3, B2O3

3. Вещества, придающие особые свойства:

PbO – высокое светопреломление,

BaO, TiO2 – термическую устойчивость,

B2O3 – устойчивость к перепадам температуры, защиту от отпотевания

4. Вспомогательные компоненты:

ü осветлители:As2O3, KNO3,

ü обесцвечиватели: Sb2O3, MnO2, GeO2,

С древних времен стекла окрашивали, добавляя в расплав соединения металлов, чаще всего оксиды. Например, в современном производстве используют:

зеленый – FeO, Fe2O3,

оливково-коричневый – V2O3, V2O5,

фиолетовый и сиреневый – NiO и Mn2O3,

Окраска стекла зависит не только от вида оксида, но и от его количества.

Например оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее. Оксид меди (II) в натрий-кальцевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый.

Окраску стеклу придают и чистые металлы в мелкораздробленном состоянии. Так, золото и медь придают красивый красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином. Порошок серебра окрашивает стекло в желтый цвет. Селен в виде порошка придает розовую окраску, а в виде соединения с кадмием (CdS*3CdSe) – красный (селеновый рубин).

Старинная легенда гласит: «…много сотен лет назад финикийские купцы плыли по морю и вышли на остров отдохнуть и запастись едой. Для приготовления пищи на песчаном берегу, они быстро сложили очаг. За неимением камней для устройства очага мореплаватели воспользовались глыбами соды. Когда костер остыл, в золе купцы обнаружили маленькие прозрачные блестящие кусочки стекла. Это было первое стекло, полученное человеком…»

Как вы думаете, могло ли такое быть на самом деле? Почему?

(Слайд 10). Согласно новейшим археологическим данным стекло было впервые получено человеком около 6 тыс. лет назад.

В гробнице египетской царицы Хатшепсут, жившей в 3,5 тыс. лет назад были найдены бусины из зеленоватого стекла. Во времена Тутанхамона и Нефертити из стекла делали не только бусы, но и кольца, кубки, сосуды и другие изделия. По египетской технологии стекло варили из трех основных компонентов: кварцевого песка, извести и соды. Такое стекло содержало до 30 % оксидов щелочных металлов и только 3-5 % извести. Такое стекло было плохо устойчиво к воде и достаточно хрупкое.

На Русь стекольное производство пришло из Византии. Многие храмы 10-11 веков украшали мозаики. Это стекло было калиево-свинцово-силикатным. Татаро-монгольское нашествие прервало развитие стекольного производства на несколько веков. Возрождается оно только в 16 веке – открываются два казенных завода: в Измайлове и на Воробьевых горах в Москве. (Слайд 11) Большой вклад в развитие стеклоделия внес . Он заинтересовался получением смальт – цветного стекла, которое использовалось для создания мозаичных картин. Задача эта вполне подходила характеру и вкусам Ломоносова: в ней переплеталось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного стекла.. В 1752 г с разрешения императрицы Елизаветы Петровны Ломоносов открывает стекольный завод в Усть-Рудице под Петербургом. В своем доме на Мойке Ломоносов создал первую из задуманных им мозаик – «Полтавскую баталию», из смальт, полученных по собственной новаторской технологии. К середине 19 века в России работало уже 153 стекольных завода.

(Слайд 12). Во второй половине 17 века практически одновременно на трех заводах в Богемии (Южная Чехия) было изобретено твердое калиево-кальциевое силикатное стекло. Это стекло получалось совершенно чистым, прозрачным, прочным и его можно было обрабатывать резанием. Для повышения коэффициента светопреломления и усиления блеска в него добавляли свинцовый сурик (Pb3O4). Богемский хрусталь быстро приобрел известность, и к 1690-м годам в Богемии работало уже свыше 70 стекольных заводов.

(Слайд 13). Задания для работы по группам

(Слайд 14,15). Вариант № 1

1. Прочитайте текст.

2. Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах.

3. Выберите, кто будет устно отвечать на вопрос.

4. Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

В Древнем Египте в 4 тысячелетии до н. э. многие изделия из глины покрывались глазурью, именно её специалисты считают предшественницей первого стекла. Глину смешивали с речным песком (SiO2) и содой (Na2CO3) и небольшим количеством извести (CaCO3). Смесь тщательно перемешивали, увлажняли, формовали из неё фигурки и обжигали в печах. Оксиды натрия и кальция выступали на поверхности, сплавлялись с оксидом кремния и образовывали стекловидную корочку. Эта корочка и была первым стеклом.

1. Какие вещества образуются при варке стекла? (дать им химическое название).

Химические процессы, происходящие при изготовлении стекла (Т=1200-1300 С)

Сырьё: песок SiO2, сода Na2CO3 или поташ K2CO3, известь CaCO3 сплавляются

Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2↑ K2CO3 + SiO2 → K2SiO3 + CO2↑

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2↑

Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 → Na2O *CaO *6SiO2

1. Прочитайте текст.

2. Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах.

3. Выберите, кто будет устно отвечать на вопрос.

4. Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Стекла, изготовлявшиеся в Египте, Месопотамии и Финикии существенно отличались от современных. Древнейшее стекло было непрозрачным, содержало много пузырьков и имело зеленоватый оттенок, который придает ему примесь оксида железа (II). С незапамятных времён для получения бесцветного стекла мастера использовали минерал пиралюзит, содержащий оксид марганца (IV) MnO2, который называли «стекольным мылом».

На современных предприятиях для получения бесцветного стекла в состав шихты (смеси, из которой получают стекло) вводят оксид марганца (IV) MnO2 или нитрат калия KNO3. В процессе варки эти соединения разлагаются с выделением кислорода, который взаимодействует с оксидом железа (II).

1. Какую роль выполняют оксид марганца и нитрат калия с точки зрения протекающих в расплаве реакций?

Химические процессы, происходящие при обесцвечивании стекла:

2KNO3 → 2KNO2 + O2↑

2MnO2 → 2MnO + O2↑

4FeO + O2 → 2Fe2O3

(Слайд 17). Вариант № 3

1. Прочитайте текст.

2. Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах.

3. Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

4. Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Уже в 17 веке в европейских стеклодувных мастерских широко использовался метод, основанный на травлении стекла плавиковой кислотой (HF). Во второй половине 19 века большую известность в деловых кругах приобрел французский мастер Эмиль Галле, разработавший технологию создания многослойных, украшенных цветным рельефным рисунком стеклянных ваз. Растительные и пейзажные мотивы в этой технологии создавались путем травления и удаления слоев стекла по специально разработанному рисунку.

1. Почему фтороводородную кислоту называют также плавиковой?

В какой таре можно хранить плавиковую кислоту?

Химические процессы, происходящие при травлении стекла

SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O

Na2SiO3 + 6HF → SiF4↑ + 2NaF + 3H2O

CaSiO3 + 6HF → SiF4↑ + CaF2 + 3H2O

Изучив состав и свойства стекла, какой более общий вывод можно сделать?
От чего зависят свойства веществ?

Вывод: Свойства веществ зависят от их состава и строения.(запишите в тетрадь)

Домашнее задание: найдите материал об истории производства зеркал.

Каким образом нанося тонкий слой металла на поверхность стекла?

Как поступали в древности?

1. Прочитайте текст.

2. Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах.

3. Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

4. Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Первые металлические зеркала из бронзы и серебра получили распространение у народов Древнего Востока в III тысячелетии до н. э. В начале нашей эры в Римской Империи появились маленькие стеклянные зеркала с оловянной основой. Вновь появились зеркала только в 13 веке. Начиная с 15 века, лучшие зеркала производились в Венеции. Их отражающая поверхность изготавливалась из оловянной амальгамы (т. е. сплава со ртутью). Для получения зеркал на поверхность стекла наносили сплав олова и ртути. Затем, предмет нагревали, при этом слой олова прочно сплавлялся со стеклом. Способ покрытия стекла тонким слоем серебра был обнаружен только в 1846 году. Понадобилось почти 10 лет, чтобы французский химик Птижан и знаменитый немецкий ученый Юстус Либих разработали простой способ нанесения металла на стеклянную поверхность.

1. Почему изготовление зеркал в 16-19 веках было очень опасным для здоровья производством?

2. Какие реактивы в качестве восстановителя серебра вы бы предложили, если бы оказались на месте изобретателя?

3. Напишите уравнение реакции, соответствующей ответу на второй вопрос.

1. Прочитайте текст.

2. Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах.

3. Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

4. Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Ещё в 17 веке изготовление стекла во многих европейских странах превращается в самостоятельную отрасль производства. Важнейшим достижением в стеклоделии стало изобретение стеклоплавильных печей новой конструкции. Варка стекла проходила в специальных печах. В 1615 г английские мастера начали применять для нагрева печей каменный уголь, что позволило повысить температуру варки стекломассы. Одной из важнейших проблем для организации производства стекла были поиски сырья, прежде всего соды. Открытие сделал французский химик-технолог Николя Леблан. Он предложил получать из поваренной соли (NaCl) сначала глауберову (Na2SO4), а затем, прокаливая её с углем и мелом, получать соду (Na2CO3).

1. Почему французское стекло в 17 веке называли «стекло из папоротника» ?

2. Составьте уравнения химических реакций, отражающих способ получения соды по Леблану (NaCl → Na2SO4 → Na2CO3) ?

V. Закрепление изученного материала

1. Рассчитайте массу оксида кремния (IV), карбоната кальция и карбоната натрия, которые потребуются для получения стекла состава Na2O *CaO *6SiO2 массой 10 кг.

2. Рассчитайте массу поташа (массовая доля K2CO3 80%), мела (массовая доля CaCO390%) и песка (массовая доля SiO2 95 %), необходимых для приготовления стекла состава

К2O *CaO *6SiO2 массой 100 кг.

3. Осуществите цепочку превращений

Н2SiO3 SiO2 Si Na2SiO3 стекло Na2O *CaO *6SiO2

VI. Подведение итогов урока.

(Слайд 18, 19). Еще раз обратитесь к прекрасным произведениям рук человека и на высказывание в его стихотворении «О пользе стекла».

Вернитесь к приему ЗХЗ.

Изучив состав и свойства стекла, какой более общий вывод можно сделать?
От чего зависят свойства веществ (Свойства веществ зависят от их состава и строения.(запишите в тетрадь)

VII. Домашнее задание: стр. 164 – 165, подготовить сообщения на тему «Керамика», «Цемент, бетон, железобетон», « о пользе стекла».

1. Габриелян . 9 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М.: Дрофа, 2007.

2. Габриелян книга учителя. Химия. 9 класс.. – М.: Дрофа, 2002.

3. Кузнецова. И. М., Гара : 9 класс: Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Под ред. . – 4-е изд., перераб. – М.: Вентана – Граф, 2008 – 288с.: ил..

4. Кузнецова по химии (9 класс: (для учащихся общеобразовательных учреждений)/ , . – М.: Вентана – Граф, 2010.

5. Кукушкин вокруг нас. – М.: Высшая школа, 1992.

6. Хомченко задач и упражнений для средней школы. – М.: Новая волна, 2006.