Исследование состава и свойств стекла.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение средняя
общеобразовательная школа №1 г.Городище
Научно – практическая конференция «Старт в науку»
Секция химии
Тема исследовательской работы
«Исследование состава и свойств стекла»
Выполнила: ученица 11 класса
МБОУСОШ№1
г. Городище Надысина Анна.
Руководитель:
учитель химии Акимова Н.А.

2017 год
Содержание

I.Введение …………………………………………………………………….3
II. Теоретическая часть.
II.1Истории развития стеклоделия ………………………………………….4 II.2.История развития стеклоделия в Пензенской области…………………6
II.3. Состав и строение стекла……………………………………………….6
II.4.Производство стекла ……………………………………………………..7
II. 5.Свойства стекла………………………………………………………….10
II.6.Виды стекла и его применение…………………………………………10
III.Практическая часть
III.1. Опыты с жидким стеклом………………………………………………15
III.2 Вытягивание стеклянных трубок……………………………………...15
III.3. Сгибание стеклянных трубок…………………………………………..15
III.4. Нанесение рисунка на поверхность стекла…………………………….15
III.5.Изготовление витража……………………………………………………16
IV. Заключение. ………………………………………………………………17
V. Список источников информации…………………………………………17
VI. Приложения

I.Введение.
Многие утверждают, что наш век можно назвать веком стекла. Правильно ли это? Ведь живем мы в каменных и деревянных домах, нас окружают изделия из дерева и металла, одеваемся мы в ткани и обуваемся в кожу. И все же трудно представить, какую громадную роль сыграло стекло в развитии человеческой жизни. Только оно могло так широко раздвинуть перед человеком границы мира.Только с помощью стекла раскрыты многие тайны природы.
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.[3]
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 нельстец. [3]
Мною, впервые рассмотрено стекло, с позиции уникального химического вещества, на занятиях факультативного курса «Химия вокруг нас», 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 проделать некоторые эксперименты со стеклом в условиях школьной химической лаборатории, выбрала тему для исследовательской работы.
Актуальность проблемы: Тема актуальна, в связи с широкой областью применения этого вещества, его художественной ценности.
Цель: изучить историю, строение, способы производства, свойства, виды, области применения стекла, его художественную ценность.
Задачи:
изучить литературу по данной теме, обобщить собранные сведения;
подобрать коллекцию изделий из стекла;
проделать опыты с жидким стеклом;
нанести рисунок на стекло;
изготовить витраж;
изготовить изогнутые стеклянные трубки и трубки с узким отверстием;
сделать вывод;
Гипотеза. Зная свойства стекла, можно найти ему области применения.
Предмет исследования: стекло.
Были использованы методы исследования:
1. Эксперимента – химические реакции.
2. Эмпирические методы: наблюдение, сравнение.
3. Экспериментально - теоретический: анализ и синтез.
4.Метатеоретический: обобщение;
Данная работа носит как теоретический, так и прикладной характер, так как изучались научные данные о свойствах стекла; проведены эксперименты, подтверждающие свойства данного вещества, на основе полученных данных сделаны выводы.
II. Теоретическая часть.
II.1. История развития стеклоделия.
История стекла в истории человечества. Изобретение и изготовление стекла.
Как известно, стекло, используемое нами в повседневной жизни, – материал искусственный. Но у него есть природный аналог – обсидиан. Он представляет собой застывшую вулканическую лаву или оплавленную скальную породу. Именно обсидиан использовался первобытными людьми для изготовления различных режущих инструментов, а также украшений. Рукотворное стекло, история происхождения которого будет рассмотрена ниже, поначалу мало отличалось от природного. Оно не могло похвастаться ни красотой, ни прозрачностью.
История изобретения стекла: легенды и домыслы.
Античный исследователь Плиний Старший приводит в своих трудах сведения о том, что искусственное стекло появилось благодаря путешественникам, которые готовили пищу на песчаном берегу и в качестве подставки под котёл использовали кусок натуральной соды. На следующий день на внешних стенках котла была обнаружена стеклянная корка. Гипотеза Плиния была опровергнута только в 20 веке. Ученые доказали, что выплавить стекло на открытом огне невозможно. Впрочем, уже несколько тысячелетий назад жители Древнего Египта и Двуречья научились плавить стекло в ямах. Температура в этих примитивных печах была достаточно высокой, чтобы из песка, щёлочи и извести образовался новый материал. Однако первое рукотворное стекло, скорее всего, действительно было создано случайно в процессе производства глиняной посуды.
История стекла в истории человечества насчитывает более 4 тысяч лет. [4]
Стекло в России
До последнего времени господствовало убеждение, что зарождение -стекольного производства на Руси относится к XVII в. Однако произведенные Академией наук СССР исследования развития ремесел в древней Руси показали, что стеклянные изделия, обнаруженные в курганах X—XII вв., являлись не привозными (как это предполагали ранее), а изготовлялись на месте1. Это подтверждают результаты раскопок в Киеве, доказавшие, что в Киевской Руси имелись стеклоделательные мастерские.
Огромная роль в развитии производства стекла в России принадлежит великому русскому ученому М. В. Ломоносову. Продолжительные теоретические и экспериментальные работы М. В. Ломоносова на специально сооруженном опытном Усть-Рудницком заводе, способствовали поднятию отечественного производства стекла на высокий уровень.
Завод, получив в 1760 г. заказ на мозаичные картины и портреты, под руководством и при непосредственном участии М. В. Ломоносова создал ряд портретов из мозаики. Особенного внимания заслуживает портрет Петра I (1854 г.) размером 89X69 см, хранящийся ныне в отделе русской культуры Государственного Эрмитажа . Через несколько лет М. В. Ломоносов закончил известную мозаику на тему о Полтавской баталии, над которой он работал два с небольшим года. [3] Размер этой мозаики 4,81 X 6,44 м . Приложение I.
Советские ученые, новаторы производства, стахановцы внесли много нового и самобытного в производство стекла, способствуя тем самым успешному развитию этой важной отрасли народного хозяйства. Усовершенствование конструкции стеклодувного прибора, позволяющее во многих случаях механизировать процесс выдувания стеклянных изделий, изобретение машины для выработки стеклянных трубок (дротов), изготовление стеклянного волокна и тканей, изобретение пеностекла — все это характеризует большие достижения широко поставленной в СССР научно-исследовательской работы в области производства стекла.
II.2. История развития стеклоделия в Пензенской области.
Началось всё в конце XVII века, когда некий Калистрат Пестров «в 1681 году получил земли в Пензенском уезде на реке Маисе да на реке Выргане по обе стороны до черного леса». Село стало называться по владельцам и по церкви во имя Святителя Николая «Пестрово, Никольское тож» (Фото портрета со стенда Никольского Краеведческого музея. Приложение V
С 1954 г. село переименовали в г. Никольск.
На живописной лесной земле села Пестрова находилось имение Алексея Ивановича Бахметева. А.И. Бахметев просит у Екатерины II высочайшего разрешения на заведение именно стекольного завода. Что надо для производства стекла? Песок, лес для получения поташа – соды, река. Местный песок, видимо, содержал большое количество железа, и стекло получалось желтоватого цвета. Поэтому, песок стали возить издалека. В 1764 году был основан  Никольско-Бахметевский завод стекла и хрусталя. 120 лет заводом управляли три поколения Бахметевых. Удивительно, что в каждом поколении находился достойный преемник. Когда умирал хозяин, на его место заступала вдова и прекрасно справлялась с таким трудным делом, не забывая о домашних хлопотах.
Со временем  Никольско-Бахметевский завод стекла и хрусталя превратился в знаменитое предприятие в России. Заслужил честь стать поставщиком Императорского двора и изображать на продукции государственный герб (1836 г.). Имея перед собой лучшие образцы зарубежного стекла, привозимые из Европы владельцами Бахметевыми «для обучения и развития вкуса», великие мастера не только смогли повторить их, но и создали изделия в своей неповторимой манере. Стали говорить о Бахметевской школе стеклодувов и резчиков. [7] Приложение V.
II. 3.Состав и строение стекла.
Стекло представляет собой изотропное твердое вещество, образующееся при охлаждении расплава компонентов, среди которых хотя бы один является стеклообразующим. Стеклообразующими являются оксиды SiО2, B2O3, Р2О5, GeО2, а также некоторые бескислородные соединения мышьяка, селена, теллура. Основу стекла образует объемная сетка из однородных структурных элементов. В наиболее простом по составу кварцевом стекле такими элементами являются тетраэдры [SiO4], которые соединяются своими вершинами. Из таких же тетраэдров образована структура кристаллического кварца. Различие между двумя веществами одинакового химического состава объясняется тем, что в аморфных стёклах углы между связями Si-О лежат в пределах 120-180° − это больше, чем в кристаллическом кварце. Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стеклянной массы, когда повышение её вязкости препятствует кристаллизации.
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). [4]
II.4. 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.
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 ми высотой до 1,5 м, выложенный из высоко глиноземистых, содержащих окисьциркония, 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.
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. [4]
II. 5. Свойства стекла.
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. Все типы стекол, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладают специфическими свойствами, которые отличают их от кристаллов и жидкостей. Стекла не имеют определенной температуры затвердевания или плавления. Оба эти процесса происходят постепенно в некотором температурном интервале. При охлаждении расплав переходит из жидкого в пластическое состояние, и только затем—в твердое (процесс стеклования). Наоборот, при нагревании стекло переходит из твердого в пластическое состояние, при более высоких температурах—в жидкое (размягчение стекла). Характер изменения свойств стекол при нагревании резко отличается от температурной зависимости свойств кристаллических веществ. Для последних нет деления свойств на группы, характер температурных кривых однотипен: незначительное линейное изменение свойств до температуры плавления, резкое скачкообразное изменение свойств при температуре плавления. 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. [4]
II.6.Виды стекла и его применение.
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, легкоподдается 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 шлатонна 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.
Стекло строительное— изделия из стекла, применяемые в строительстве. Строительное стекло служит для стекления световых проёмов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и других частей зданий. К строительным стеклам, относят также тепло- и звукоизоляционные материалы из стекла (пеностекло и стеклянная вата), стеклянные трубы для скрытой электропроводки, водопровода, канализации и других целей, архитектурные детали, элементы стекложелезобетонных перекрытий и т. д. Большая часть ассортимента строительного стекала служит для остекления световых проёмов: листовое оконное стекло, зеркальное, рифлёное, армированное, узорчатое, двухслойное, пустотелые блоки и др. Тот же ассортимент стекла может быть использован и для устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок.
Листовое оконное стекло, наиболее широко применяемое в строительстве, вырабатывается из расплавленной стекломассы, главным образом вертикальным или горизонтальным непрерывным вытягиванием ленты, от которой по мере её охлаждения и затвердевания отрезаются от одного конца листы требуемых размеров. Существенным недостатком листового оконного стекла является наличие некоторой волнистости, искажающей предметы, просматриваемые через него (в особенности под острым углом).
Зеркальное стекло обрабатывается шлифованием и полировкой с обеих сторон, благодаря чему оно обладает минимальными оптическим искажениями. Современный наиболее распространённый способ производства зеркального стекла состоит в горизонтальной непрерывной прокатке стекломассы между двумя валами, отжиге отформованной ленты в туннельной печи, шлифовке и полировке на механизированных и автоматизированных конвейерных установках. Зеркальное стекло изготовляется толщиной от 4 мм и выше (в особых случаях — до 40 мм), для варки его применяют высококачественные материалы, поэтому оно обладает и более высоким светопропусканием, чем обычное оконное стекло; применяется главным образом для остекления окон и дверей в общественных зданиях, витрин и для изготовления зеркал; механические свойства мало отличаются от механических свойств оконного стекла.
Прокатное узорчатое стекло имеет узорчатую поверхность, получаемую путём прокатки между двумя валками, один из которых рифлёный; вырабатывается как бесцветное, так и цветное; применяется в тех случаях, когда требуется получить рассеянный свет.
Узорчатое стекло с матовыми или «морозным» рисунком применяется для внутренних перегородок, дверных филёнок и остекления лестничных клеток; изготовляется путём обработки поверхности оконного или зеркального стекла. Матовый рисунок получается обработкой поверхности струей песка под шаблон. Рисунок, напоминающий морозный узор на стекле, получают нанесением на поверхность слоя животного клея, который в процессе сушки отрывается вместе с верхними слоями стекла.
Армированное стекло содержит в толще своей проволочную сетку; оно более прочно, чем обычное; при разбивании ударами или растрескивании во время пожара осколки его рассыпаются, будучи связанными арматурой; поэтому армированное стекло применяют для остекления фонарей промышленных и общественных зданий, кабин подъёмников, лестничных клеток, проёмов противопожарных стен. Вырабатывается методом непрерывного проката между валками с закаткой проволочной сетки, сматываемой с отдельного барабана. Волнистое армированное стекло, по форме напоминающее волнистые асбестоцементные листы, применяется для устройства перегородок, фонарей, перекрытия стеклянных галлерей и пассажей.
Сдвоенные (пакетные) стекла с воздушной или светорасссивающей прослойкой (например, из стеклянного волокна) обладают хорошими теплоизоляционными свойствами; изготовляются путём склейки 2 оконных стекол с прокладной рамкой. Толщина сдвоенных стекол с воздушной прослойкой 12—15 мм.
Пустотелые стеклянные блоки изготовляются путём прессования и последующей сварки двух стеклянных полукоробок; применяются для заполнения световых проёмов, главным образом в промышленных зданиях; обеспечивают хорошую освещённость рабочих мест и обладают высокими теплоизоляционными свойствами. Укладка блоков в проёмы производится на строительном растворе в виде панелей, перевязанных металлич. переплётами.
Облицовочное стекло (марблит) представляет собой непрозрачное цветное листовое стекло. Изготовляется путём периодической прокатки стекломассы на литейном столе с последующим отжигом в туннельных печах. Применяется для отделки фасадов и интерьеров жилых и общественных зданий. К облицовочному стеклу относится также цветное металлизированное стекло.
Стекло кварцевое — содержит не менее 99% SiO- (кварца). Кварцевое стекло выплавляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет очень высокую температуру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп («горное солнце»), применяемых в медицине и др.
Стекло органическое- (плексиглас) — прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях и др.
Стекло растворимое — смесь силикатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых называются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки тканей, изготовления огнезащитных красок, силика-геля, для укрепления слабых грунтов, канцелярского клея и др.
Стекло химико-лабораторное — стекло, обладающее высокой химической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.
Стекловолокно — искусственное волокно строго цилиндрической формы с гладкой поверхностью, получаемое вытягиванием или расчленением расплавленного стекла. Широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов, изготовления сальниковых набивок в кислотных насосах, армирования стеклопластиков и др. [4]
Витраж – это декоративная орнаментальная или тематическая композиция, изготовленная из кусков разноцветного стекла, заполняющая оконный проем. Витраж широко использовался для архитектурного оформления готических храмов. Позже в виде витражей начали выполняться гербы городов в городских ратушах и других зданиях общественного назначения. В подражание этому дворянские дома в виде витражей стали оформлять семейные гербы. Искусство витража получило развитие в эпоху средневековья и достигло наибольшего расцвета в эпоху Возрождения. Слово витраж происходит от франц. vitre – оконное стекло. Кроме разноцветного стекла использовались стекла, расписанные красками. В качестве последних широко применяли тонкорастертые смеси оксидов металлов (меди, железа и др.) с легкоплавким стеклом. Смеси замешивались на воде, вине или растительном масле и в виде кашицы наносились на стекло. После высыхания расписанное стекло подвергалось обжигу при умеренной температуре.[6]
III. Практическая часть.
Цель исследования. Экспериментально изучить свойства стекла.
III. 1. Опыты с жидким стеклом. Приложение II.
Цель. Проверить 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 сравним их способность к возгоранию.[5]
Вывод.
Полученная ткань, пропитанная раствором силиката натрия, устойчивая к воспламенению.
III.2. Сгибание стеклянных трубок. Приложение III.
Цель. Приготовить изогнутую газоотводную трубку для получения газообразных веществ.
Держа трубку в пламени горелки в месте его наивысшей температуры, то есть приблизительно на двух третях его высоты, все время вращают трубку, чтобы она нагревалась равномерно. Почувствовав, что стекло размягчилось, трубку медленно и не нажимая на нее сильно руками сгибают под желательным углом или дают ей согнуться самой [5]
Вывод.
Полученная согнутая трубка не должна суживаться в месте перегиба.
III.3. Вытягивание стеклянных трубок. Приложение III.
Цель. Изготовить стеклянную трубку с узким отверстием.
Держат трубку в пламени горелки, все время вращают ее, чтобы она нагревалась равномерно. Почувствовав, что стекло размягчилось, трубку медленно растягивают в стороны. [5]
Вывод.
Получили стеклянную трубку с узким концом и небольшим отверстием.
4. Нанесение рисунка на поверхность стекла. Приложение IV
Цель. Нанести на поверхность стекла рисунок в лабораторных условиях.
1) Рисуем рисунок, который хотим изобразить на стекле.
Я скопировала портрет сына А.И. Бахметевa.
2) Натерла стекло наждачной бумагой - это придаёт эффект матового стекла
3) Натерла стекло парафином.
4) Положила рисунок под стекло, шилом выцарапала на стекле рисунок.
5) Налила плавиковую кислоту в ёмкость, и положила в нее стекло .
6) Оставила стекло в кислоте на 5-6 минут
7) Смыла кислоту под струей воды.
8) Убрала остатки парафина. [5]
Вывод. На стекле остался рисунок, который нельзя соскоблить, так как он выполнен без использования каких либо красок.
III.5. Изготовление витража. Приложение VIЦель. Нанести узор на стеклянную поверхность рисунок.
1. Делаем рисунок на листе белой бумаги.
2. Подкладываем рисунок под стекло.
3. Обводим контуром основные линии рисунка.
4. Оставляем рисунок для закрепления на 2 часа
5. Вливаем витражную краску в «оконца» и равномерно распределяем. [5]
Вывод. С помощью специальных акриловых красок , предназначенных для стекла, я выполнила рисунок .
IV.Заключение.
Силикатная промышленность – имеет очень важное значение для человека.
Мои знания в мире стекла стали намного шире: я изучила историю открытия стекла, состав стекла, виды стекла, применение стекла, способы изготовления стекла.
Узнала историю Никольского стеклозавода.
4. Мне удалось выполнить практическую часть: самостоятельно нанести
рисунок на стекло в лабораторных условиях, а так же изготовить
витраж, проверить свойства жидкого стекла, приготовить изогнутые трубки для школьной химической лаборатории.
5.Данные исследования можно использовать на внеклассных мероприятиях с целью расширения кругозора, развития навыков практической деятельности, развитие познавательного интереса к предмету химия.
V. Список источников информации.
1.Белоцветов В.Б., Бесков С.Д., Ключников Н.Г.. Химическая технология. М. 1989 г.
2. Ю. Н .Кукушкин « Химия вокруг нас» М. «Высшая школа» 1992г.
3. Ломоносов М.В.«Письмо о пользе стекла» // Сочинения. – М.: Современник, 1987 г., стр. 134 – 144.
Интернет-ресурсы:
4.http://www.mastersteklo.ru
5.http://www.himikatus.ru6.http://www.mirsterstekla-expo.ru
7. http://www.de.slideshare.net.