Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Научный проект на тему "Стекло"

Научный проект на тему "Стекло"



Осталось всего 2 дня приёма заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)


  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:


Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа «Перспектива»

городского округа Власиха

Московской области




Школьная проектная работа


Номинация: проект


hello_html_m4f4efd14.gif



hello_html_m49cdf9b2.jpgРаботу выполнил:

Мкртчян Армен

ученик 8 «А» класса


Научный руководитель:

Лобузнова Елена Александровна

учитель химии













2015г.

Оглавление:


1. Введение.


§1.Введение ………………………………………………………………………….2-3

§2.История. …………………………………………………………………………………………..3-5



2. Виды стекол.


§3.Виды стекол (общ.) ……………………………………………………………….5-6

§4.Основные промышленные виды стекла ………………………………………6-7

§5.Основные виды стекол (Общепринятая классификация стекла по назначению) ………………………………………………………………………….................7-8

§6.Виды (классификация по химии.) …………………………………………….......8

§7.Стеклообразующие вещества …………………………………………………....8-9

§8.Строение стёкол. …………………………………………………………………9-10

3.Практическая часть.

§10.Получение легкоплавкого стекла ……………………………………………11-13

§11.Получение стекла с заранее заданными свойствами …………………......14-15


4.Выводы.

§12.Выводы ……………………………………………………………………………..16


5.Источники информации. ...............……………………………………17

Часть 1.Введение.

§1.Введение.


Сhello_html_7942a4b9.jpgтекло́ — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека.


Физико-химически — неорганическое вещество, твёрдое тело, структурно — аморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты) .


Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.).

Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим свойством для

всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол.


Гипотеза: возможно ли в школьной химической лаборатории выплавить стекло с заранее запланированными свойствами.

Объект исследования: легкоплавкое стекло, цветное стекло, предметом исследования являются: речной песок, кварц, оксид свинца(II), борная кислота, сульфаты никеля и кобальта.

Цель исследования: выплавить стекло с заранее заданными характеристиками.


Задачи проекта:


  1. Изучить и собрать фактический материал отражающий историю и современное представление о стекле;

  2. Выяснить какие вещества необходимы для получения стекла, изучение их свойств;

  3. Узнать при помощи каких химических реакций и при каких условиях можно получить стекло;

  4. Изучить качественный и количественный состав стекла;

  5. Практически получить легкоплавкое стекло и цветное стекло.

Механизм достижения целей:

  1. Поиск информации в различных источниках;

  2. Постановка эксперимента;

  3. Анализ и выводы.


§2.История стекла.

hello_html_7e80c632.jpgИстория стекла насчитывает 5 с половиной тысяч лет. В настоящее время считается, что родиной стекла является Месопотамия, хотя до недавнего времени основным центром возникновения стеклоделия считался исключительно Древний Египет.

hello_html_5cc517c6.jpgПрежде всего, следует признать, что не человек изобрел стекло. Стекло родила сама природа. Первое стекло образовалось из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность сотни миллионов лет назад. Правда, было оно не прозрачным, а вовсе даже мутным, почти черным. Это вулканическое стекло теперь называют обсидианом. Позднее человек стал изготавливать стекло сам. Первое упоминание о стекле, полученном руками человека, дошли до нас из описаний Плиния. В своих описаниях Плиний рассказал, будто однажды финикийские мореплаватели везли из Африки природную соду. Высадившись на берег на ночлег,  они принялись готовить пищу. Вокруг был один песок. Камней под рукой у них не оказалось, и они поставили котел на куски соды. Под воздействием высоких температур песок и сода расплавились, образовав стекло. Неизвестно, достоверно, этим или иным путем появилось на Земле стеклоделие, но в рассказанной Плинием легенде нет ничего невероятного.

Часть 2. Виды стекол.

§3.Основные виды стекол

(Общепринята классификация стекла по назначению):

строительное стекло;

тарное стекло;

техническое (кварцевое, светотехническое, стеклянные волокна);

сортовое.

1. СТРОИТЕЛЬНОЕ СТЕКЛО


hello_html_m1b462542.pngСтроительным стеклом называют изделия из стекла, применяемые для остекления световых проёмов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и др. частей зданий. К этой же категории относят тепло- и звукоизоляционные материалы (пеностекло и стекловата), а также стеклянные трубы. Строительное стекло подразделяют на листовое оконное стекло, полированное, витринное, армированное, узорчатое, цветное, профилированное, стеклоблоки, стеклопакеты, марблит, коврово-мозаичное, увиолевое стекло, стемалит и некоторые др. виды.

2.ТАРНОЕ СТЕКЛО

hello_html_m87d25e4.pngТарным стеклом называют стекло для изготовления стеклянной тары и упаковки. Стекло для тары может быть бесцветным, необеспеченным (полубелым), окрашенным в темно-зеленый, оранжевый и другие цвета. Стеклянная тара должна соответствовать установленной форме и допустимым отклонениям по массе и размерам, а также удовлетворять требованиям действующих ГОСТ и ТУ. В основном стеклянную тару получают выдуванием и пресс-выдуванием стекломассы на полуавтоматах и на автоматах.

3.ТЕХНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО

hello_html_m352c013d.pngСтекло, используемое в промышленности (напр., производстве контрольно-измерительной аппаратуры, агрегатов, автомобилей и т.д.).





4.СОРТОВОЕ СТЕКЛО

hello_html_m56683dec.pngСортовое стекло - изделия из бесцветных, хрустальных и окрашенных стекол, употребляемые в быту, культурно-бытовых учреждениях и т.д. Различают следующие виды: бытовая посуда, посуда для напитков, художественно-декоративные изделия.

 

Формуются сортовые стекла методами прессования и выдувания. Для декоративной отделки иллюстрируют, протравливают кислотами и т.д.



§4. Виды (классификация по химии.).

hello_html_m11ffb6ef.pngВ зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными фторидными, сульфидными и т. д. Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2 O*CaO*6SiO2.


hello_html_7ab897da.png Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула — SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка.


Оптическое стекло — применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

hello_html_5a6fcc9f.png

Химико-лабораторное стекло — стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.

Часть 3.Свойства стекол.

§5. Строение стёкол.

Стекло — неорганическое изотропное вещество, материал, известный и используемый с древнейших времён. Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан — вулканическое стекло), но в практике — чаще всего, как продукт стеклоделия — одной из древнейших технологий в материальной культуре. Структурно — аморфное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело. В практике присутствует огромное число модификаций, подразумевающих массу разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой, химическими и физическими свойствами.

Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела, сохраняя способность обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное (данное определение позволяет наблюдать, что фигурально к стёклам, в расширительном значении, относят все вещества по аналогии процесса образования и ряда формальных свойств, так называемого стеклообразного состояния — на сём она исчерпываться, поскольку материал, как известно, прежде всего характеризуется своими практическими качествами, которые и определяют более строгую детерминацию стёкол как таковых в материаловедении).

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине — универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например, прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие) и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества (например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.). Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами.

В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях.

Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

§6. Химические свойства стекла.

Стекло представляет собой твердый раствор, полученный в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов и окислов металлов и обладающий механическими свойствами твердых тел. В состав стекла входят различные окислы: Si02l Na20, CaO, MgO, B2O3, Al2O3 и др. Среди видов неорганических стекол (боросиликатные, боратные и др.) особенно большая роль в практике принадлежит стеклам, сплавленным на основе кремнезема, - силикатным стеклам. Вводя в состав стекла определенные окислы, получают стекла с заранее заданными физико-химическими свойствами. Наиболее простой состав имеет стекло, полученное расплавлением чистого кремнезема до образования стекловидной массы. Из такого стекла обычно изготовляют так называемую кварцевую посуду, которая обладает большой термической и химической стойкостью.

Дhello_html_72638e55.pngля изготовления ампул стекольной промышленностью в настоящее время выпускаются специальные сорта (марки) амлульного стекла (табл. 25), которые регламентируются отраслевым стандартов ОСТ 64-2-78-72.

§7. Стеклообразующие вещества и строение стёкол.

К стеклообразующим веществам относятся:
Оксиды:

  • SiO2

  • B2O3

  • P2O5

  • TeO2

  • GeO2

Фториды:

  • AlF3

и др.

Термин «строение стекла» подразумевает описание двух тесно связанных, но рассматриваемых зачастую независимо аспектов — геометрии взаимного расположения атомов и ионов, составляющих стекло и характера химических связей между образующими его частицами. Как уже было отмечено, структура стекла соответствует структуре жидкости в интервале стеклования. Этим определяется то, что вопросы строения стеклообразующих расплавов и стёкол самым тесным образом связаны друг с другом. Любое достижение в исследовании строения жидкостей и расплавов создаёт дополнительные возможности развития учения о строении стекла и наоборот.

Развитие представления о строении стекла проходит через гипотезы, объясняющие эксперименты, — к теориям, оформляющимся математически, и предполагающим количественную проверку в эксперименте. Таким образом понимание строения стеклообразных веществ (и частично — жидких) обусловлено совершенством методов исследования и математического аппарата, техническими возможностями. Выводы же позволяют в дальнейшем, совершенствуя методологию, развивать теорию строения стекла и подобных ему аморфных веществ.

Жидкие стекла - растворы щелочных силикатов натрия и калия - являются представителями обширного класса водорастворимых силикатов и жидких стекол, выпускаемых в промышленных масштабах.

В соответствии с действующей нормативно-технической документацией в нашей стране выпускаются "стекло натриевое жидкое", "стекло калиевое жидкое", а также смешанные калиево-натриевые и натриево-калиевые жидкие стекла. Другие виды жидких стекол выпускаются по временным техническим условиям и стандартам предприятий.

Промышленностью нашей страны выпускаются в основном натриевые жидкие стекла, в меньших масштабах производятся калиевые жидкие стекла, а литиевые и жидкие стекла на основе четвертичного аммония выпускаются в виде отдельных опытных партий.

Практическое использование жидких стекол осуществляется по одному из трех направлений. Первое направление связано с проявлением жидким стеклом вяжущих свойств - способности к самопроизвольному отвердеванию с образованием искусственного силикатного камня. Уникальной способностью жидкого стекла являются также его высокие адгезионные свойства к подложкам различной химической природы. В этих случаях жидкое стекло выступает в качестве химической связки для склеивания различных материалов, изготовления покрытий и производства композиционных материалов широкого назначения.

Второе направление предусматривает применение жидких стекол в качестве источника растворимого кремнозема, т.е. исходного сырьевого компонента для синтеза различных кремнеземсодержащих веществ - силикагеля, белой сажи, цеолитов, катализаторов, золя кремнезема и др.

Третья область относится к применению силикатов щелочных металлов в качестве химических компонентов в составе различных веществ. Это направление предусматривает использование жидкого стекла в синтетических моющих средствах, для отбелки и окраски тканей, при производстве бумаги.

Современные области применения жидких стекол в промышленности и строительстве обширны. Они охватывают машиностроение (связующие для литейных формовочных смесей и противопригарных красок), целлюлозно-бумажную промышленность (пропитка бумажной массы, склеивание), производство жароупорных материалов (растворы и бетоны), кислотоупорных материалов, катализаторов, цеолитов, силикагеля, белой сажи, синтетических моющих средств, производство электросварочных материалов (штучных сварочных электродов и керамических флюсов), силикатных лакокрасочных материалов, приготовление инъекционных составов для укрепления грунтов при строительстве и т.д.

Практическая часть.

§10 Получение легкоплавкого стекла.

Гипотеза: возможно ли выплавить легкоплавкое стекло в школьной химической лаборатории?

Цель: получение легкоплавкого стекла в школьной химической лаборатории.

hello_html_33cd52bd.png

Оборудование: речной песок, сито, ступка с пестиком, оксид свинца РbО, борный ангидрид В2О3 ( борная кислота Н3ВО3), чашки Петри, тигельные щипцы, электронные весы, тигель, муфельная печь.

Ход работы:


    1. Изучение рецепта изготовления цветного стекла.

hello_html_49d9f3d1.pngНужно взять 3 компонента:

  • кварц SiO2 (чистый речной песок , который мы промыли и прокалили)

  • оксид свинца РbО,

  • борный ангидрид В2О3 ( борную кислоту Н3ВО3).

    1. Приготовили исходную смесь веществ – шихту.

Вhello_html_m738bf036.jpgзять строго определенные количества каждого компонента: 4,2 г оксида свинца(II), 0,5 г борного ангидрида и 0,2 г кварцевого песка (взвесили на электронных весах).



hello_html_67e56cdc.pnghello_html_55fd504e.jpg



3.Шихту растерли в ступке.

hello_html_5d47aa5f.jpg

hello_html_4652a62.png4.Насыпали шихту в фарфоровый тигель.

5.Тигель поместили в муфельную печь.


hello_html_7c7a383e.jpg


Смесь начинает плавиться через 3–5 мин.

Полученное стекло плавится при 484 °С.



6hello_html_ef39e9a.png.Через 5 минут достали фарфоровый тигель из муфельной печи и вылили получившееся стекло на кафельный стол.

hello_html_m794b9b3f.jpghello_html_m410d9df9.jpg

Вывод: Легкоплавкое Стекло получено:

hello_html_1406465d.jpg

§11.Получение цветного стекла , с заранее заданными свойствами.

Гипотеза:Как добавляя определенные соли получить цветное стекло?

Цель: получение синего и жёлто-коричневого стекла.

Оборудование:

речной песок, сито, ступка с пестиком, оксид свинца(II) РbО, борный ангидрид В2О3

(борная кислота Н3ВО3), сульфат кобальта (II), сульфат никеля (II), чашки Петри,

тигельные щипцы, электронные весы, тигель, муфельная печь.

Хhello_html_md9de6c1.jpgод работы : Приготовил исходную шихту (см.§10, часть 3, рецепт.)










Для получения синего стекла использую CoSO-сульфат кобальта(II)


Дhello_html_7391452.jpgля получения жёлто-коричневого стекла использую NiSO₄- сульфат никеля (II)






hello_html_m4a80c726.jpg

Полученное тёмно синее стекло






hello_html_m2e1e103b.jpg

Полученное желто-зелёное стекло





Вывод: мы добились положительного результата, цветное стекло получено.


Выводы.



В своей проектно-исследовательской работе я собрал и проанализировал исходный материал:


  • характеристики цветного стекла;


  • рецептуру и процесс создания легкоплавкого стекла;


В школьной химической лаборатории практически получил цветное стекло с заранее запланированным цветом.



Цель работы достигнута.



hello_html_5fce290e.png



Источники информациии:


  • Краткая химическая энциклопедия


  • Шульц М. М., Мазурин О. В. «Современные представления о строении стёкол и их свойствах». Л.: Наука. 1988

  • М. И. Ожован. Топологические характеристики связей в окисных системах SiO2 и GeO2 при переходе стекло-жидкость. ЖЭТФ, 130 (5) 944—956 (2006).


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F2%E5%EA%EB%EE


http://ussteklo.ru/single.php?articles/20110610090355

КРАТКОЕ  ОПИСАНИЕ


Проектной работы


Тема: «Стекло»


Выполнена автором:

Мкртчан Армен Мкртичьевич

Под руководством:

Лобузнова Елена Александровна

учитель химии

Проектная работа посвящена изучению:

Свойств стекла и способам его получения.

Гипотеза: возможно ли в школьной химической лаборатории выплавить стекло с заранее запланированными свойствами.

Объект исследования: легкоплавкое стекло, цветное стекло, предметом исследования являются: речной песок, кварц, оксид свинца(II), борная кислота, сульфаты никеля и кобальта.

Цель исследования: выплавить стекло с заранее заданными характеристиками.


Задачи проекта:


  1. Изучить и собрать фактический материал отражающий историю и современное представление о стекле;

  2. Выяснить какие вещества необходимы для получения стекла, изучение их свойств;

  3. Узнать при помощи каких химических реакций и при каких условиях можно получить стекло;

  4. Изучить качественный и количественный состав стекла;

  5. Практически получить легкоплавкое стекло и цветное стекло.

Механизм достижения целей:

  1. Поиск информации в различных источниках;

  2. Постановка эксперимента;

  3. Анализ и выводы.


Где вы искали информацию для ответа на этот вопрос:

Химия. Проектная деятельность учащихся. Автор-составитель Н.В. Ширшина – 2-е изд. Стереотип. – Издательство «Учитель», Волгоград, 2008

  • Краткая химическая энциклопедия


  • Шульц М. М., Мазурин О. В. «Современные представления о строении стёкол и их свойствах». Л.: Наука. 1988

  • М. И. Ожован. Топологические характеристики связей в окисных системах SiO2 и GeO2 при переходе стекло-жидкость. ЖЭТФ, 130 (5) 944—956 (2006).


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F2%E5%EA%EB%EE


http://ussteklo.ru/single.php?articles/20110610090355



К каким выводам вы пришли:


В своей проектно-исследовательской работе я собрал и проанализировал исходный материал:


  • характеристики цветного стекла;


  • рецептуру и процесс создания легкоплавкого стекла;


В школьной химической лаборатории практически получил цветное стекло с заранее запланированным цветом.



Цель работы достигнута.


Для оформление результата исследования использовались :
Печатная работа;

Презентация;

Фотографии.



 

«20» марта 2015 г.   


                                                                             
___________________ / Мкртчан Армен/

 









РЕЦЕНЗИЯ

На исследовательскую работу

Ученика 8 «А» класса МОУ СОШ «Перспектива»

городского округа

Власиха Московской области

Мкртчан Армен Мкртичьевич


Предмет: химия

Тема работы: «Стекло»

Объем работы: 20 страниц.


Заключение о степени соответствия выполнения:


Рецензируемая работа выполнена на высоком научном уровне и отражает современную точку зрения на исследуемую проблему.

Автор на основе большого фактического материала рассматривает историю открытия стекла, изучает физические и химические свойства стекла, грамотно анализирует материал посвященный его классификации. Особое внимание в исследовании уделено практической части. Автором подробно изучен и проанализирован «рецепт шихты». Успешно выполнен оригинальный химический эксперимент.

Актуальность настоящего проекта заключается в том, что автор задавал условия химического эксперимента и успешно практически получил цветное стекло.

Изложенный автором материал имеет практическое значение и может использоваться учителями для проведения уроков химии и классных часов. Заявленная автором тема работы полностью раскрыта и заслуживает высокой оценки.





Рецензент:


учитель химии



Лобузнова Елена Александровна (___________________) 



 

20 марта 2015 года






57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)


Краткое описание документа:


Автор на основе большого фактического материала рассматривает историю открытия стекла, изучает физические и химические свойства стекла, грамотно анализирует материал посвященный его классификации. Особое внимание в исследовании уделено практической части. Автором подробно изучен и проанализирован «рецепт шихты». Успешно выполнен оригинальный химический эксперимент.

Актуальность настоящего проекта заключается в том, что автор задавал условия химического эксперимента и успешно практически получил цветное стекло.

Изложенный автором материал имеет практическое значение и может использоваться учителями для проведения уроков химии и классных часов. .

Автор
Дата добавления 18.05.2015
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1185
Номер материала 286963
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх