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

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:

1.      Изучить сущность химических и физико-химических процессов варки стекла.

2.      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 _* 3В₂О_{3 *} 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

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

2.     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.

3.     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.

6.     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
1	FeO	0,2 – 0,3	Зелёная, голубая
2	Fe2O3	0,3 – 0,5	Желто - зелёная
3	CoO	0,003 – 0,1	Синяя
4	NiO	0,2 – 0,3	Фиолетовая
5	CuO	0,1 – 2,0	Голубая до синей
6	Cu2O (CuO с восстан-ми)	0,1 – 2,0	Красная, рубиновая
7	Cr2O3	0,01 – 0,1	Зелёная
8	MnO	0,01 – 0,03	Жёлтая
9	MnO2	0,01 – 0,03	Пурпуроно - фиолетовая
10	Ag+ (в виде солей)	0,1 – 0,3	Жёлтая
11	Au3+ (в виде солей)	0,001 – 0,003	Красная, рубиновая
12	Se	0,1 – 0,5	Красная, рубиновая, розовая
13	S	1 - 2	Чёрная
Глушители
1	Криолит	5 - 6	Опаловое
2	Кремнефтористый натрий	5 - 6	Молочное, алебастровое
3	Плавиковый шпат (CaF2)	5 - 6	-
4	Фосфат кальция Ca3(РО4)2)	5 - 6	-
5	Двуокись олова (SnO2)	5 - 6	-
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	72	-	2	-	14	9	3	-	-	-
Бутылочное	70	-	3	-	17	8	2	-	-	-
Хрустальное	56	-	-	11	-	-	-	33	-	-
Лабораторное	85	9	2	4	4	-	-	-	-	-
Оптическое	34	13	3	-	-	-	-	-	46	-

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

                                                                           стёкол.

№ п/п	Состав (в %)				Температура плавления стекла (в °С)
	К2О	РbО	B2O3	SiО2
1 2	8,6   -	62,0 84,0	29,2  11,5	- 4,5	402 484
3 4	-   -	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)	62	6,2	6,2
Фторид кальция (СаF2) (ускоритель)	1	0,1
Красители:
Fe2O3	0,3 -0,5	0,03 –   0,05
MnO2	0,01 - 0,03	0,001 –  0,003
S	1 - 2	0,1 – 0,2

Приложение № 2 

  Получение стекла в лаборатории. Фото.

                                                  Приготовление шихты.                           

                                     Варка стекла в муфельной печи.

                                     Полученное стекло.

                         

Приложение № 3   

            Формирование изделий из стекла.

Рис.1                                                                         

                                 

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

1-тело;      2-щель;      3 — стекломасса.                                  

   Рис.2.                                                     Рис.2 Изготовление листового стекла

                                 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

   

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).

                

                         

                             

                                          

                      

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.