Стекло – от древности до нанотехнологий

Предмет: Химия

Автор: Дроздов Андрей Анатольевич, доцент химического факультета МГУ

Аннотация: 

Лекция была посвящена рассмотрению истории возникновения и развития стеклоделия от глубокой древности до наших дней. Изложение материала проводится по следующему плану:

1. понятие о стеклообразном состоянии вещества
2. классификация стекол
3. силикатное стекло, его строение и свойства
4. история возникновения и развития стеклоделия,
5. современные стекла
6. ситаллы.

Главное внимание на лекции уделено пункту 4), изложение которого сопровождается обсуждением различных типов стекол (по мере их возникновения), объяснению окраски стекол. Школьники узнают от древних технологиях производства изделий из художественного стекла, о содержащихся в стеклах наночастицах, о принципах создания современных стекол, о вкладе отечественных ученых в развитие стеклоделия. Лекция адресована школьникам 8 – 11 классов, интересующихся химией, нанотехнологиями, а также историей материальной культуры и художественным стеклом. В продемонстрированной презентации представлены образцы изделий из художественного стекла, а также современные функциональные стекла.

Презентация недоступна.

 

Вопросы: 

I. Предварительные вопросы. Вопросы до лекции, позволяющие определить степень осведомленности о тематике лекции и наличие знаний, необходимых понимания лекции.

1) Какие вещества называют аморфными? Приведите примеры
2) Где вы встречаетесь со стеклом в повседневной жизни?
3) Какими общими свойствами обладают стекла?

II. Промежуточные вопросы. Вопросы, которые можно задать во время лекции, позволяющие определить степень освоения материала, необходимого для продолжения лекции.

1) Чем аморфные вещества отличаются от кристаллических?
2) Что такое температура стеклования?
3) Чем вызвана окраска стекла «золотой рубин»?
4) В какой степени окисления находятся атомы железа в бутылочном стекле голубоватого, зеленого, коричневого цвета?
5) На чем основан принцип действия оптических отбеливателей?
6) Где и когда возникло стеклоделие?
7) Почему долгое время не удавалось получить прозрачные стекла?
8) Назовите исходные вещества для варки стекла.
9) При какой температуре размягчается оконное стекло?
10) Что такое витраж?
11) Как надо мыть изделия из хрусталя?
12) Сравните оконное стекло со стеклом органическим

III. Итоговые вопросы. Вопросы, позволяющие определить уровень освоения материалов лекции.

1) Что такое «золотой рубин»? Чем он отличается от медного рубина и селенового рубина?
2) В какой стране научились изготавливать стекло «селеновый рубин»?
3) Какие стекла называют армированными?
4) Что означают слова «хрусталь», «триплекс», «витраж», «золотой рубин», «наночастица», «ситалл», «композит»?
5) Как проводят закалку стекла?
6) Из каких стекол изготавливают лобовые стекла автомобилей? Боковые стекла автомобилей? Небьющиеся витрины?
7) Что такое пуленепробиваемые стекла и из чего они состоят?

Задача. Нанохимия кремлевских звезд

Первые кремлевские звезды из рубинового стекла были установлены в 1937 году. Современное остекление они получили сразу после великой отечественной войны. Сейчас звезды представляют собой стальной каркас заполненный рубиновым и молочно-белым стеклом, прослоённым прозрачным хрустальным. Молочное стекло рассеивает свет ламп и отражает значительную долю дневного света, тем самым делая рубиновое стекло светлее. Окрашивание стекла в рубиново-красный цвет объясняется присутствием в нем наночастиц вещества Х1. Для их синтеза используют желтый порошок Х2 (бинарное соединение, встречающееся в природе в виде минерала, массовая доля одного из элементов равна 22,16%) и простое вещество Х3 серого цвета с неярким серебристым блеском. Эти вещества вводят в расплавленное стекло и нагревают его в печи. Известно, что Х3 легко сгорает в кислороде, причем продукт этой реакции дает с водным раствором газа, образующегося при обжиге Х2 на воздухе, другую аллотропную форму вещества Х3 красного цвета. А обжиг Х2 в кислороде приводит к образованию коричневого соединения Х4, которое легко восстанавливается водородом до металла.

• Что происходит при взаимодействии Х2 с Х3? Запишите уравнения всех упомянутых реакций и назовите все неизвестные вещества.
• Какие частицы придают стеклу рубиново-красный цвет?
• Приведите способы получения этих веществ в виде водного раствора.

 Дополнительные материалы: 

Литература

1) Учебники 10 – 11 класс (профильный уровень) В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, А.А. Дроздов, В.И. Теренин, В.В. Лунин. Издательство Дрофа.
2) В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.А. Попков, Начала химии, любое изд
3) Н.Я. Турова, Таблицы-схемы по неорганической химии, М., 2010
4) Неорганическая химия в трех томах, под ред Ю.Д. Третьякова, М., Академия, любое издание
5) И.А. Леенсон, Занимательная химия для детей и взрослых, М., Астрель, 2009
6) Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю., Занимательные задания и эффектные опыты по химии, М., Дрофа, 2008
7) А. Л. Бучаченко Нанохимия - прямой путь к высоким технологиям нового века, Успехи химии. 2003 . Т. 72, вып. 5. - С. 419-437
8) В.В. Еремин, А.А. Дроздов, Нанохимия и нанотехнологии, элективный курс для учащихся 10 – 11 классов, М., Дрофа, 2009

Интернет-ресурсы

• http://chem.msu.ru/rus/olimp задания Московской городской олимпиады по химии с 2002 г по настоящее время
• http://www.nanometer.ru/ – сайт нанотехнологического сообщества «Нанометр»
• http://www.rusnanonet.ru/ - сайт российской нанотехнологической сети
• http://www.nanonewsnet.ru - сайт о нанотехнологиях в России
• http://mrsec.wisc.edu/Edetc/ – «Исследование наномира»: образовательный сайт университета штата Висконсин (США)
• http://www.periodictable.ru/ популярный сайт о простых веществах, фото веществ, видеоролики опытов
• http://www.chem.msu.su/rus/teaching/thermo/welcome.html лекции по неорганической химии для 1 курса Химфака МГУ

Список тем, которые можно изучать в качестве продолжения лекции «Стекло – от древности до нанотехнологий» или которые связаны с тематикой лекции

1. Введение в нанохимию и нанотехнологию
2. Химическая технология – производство важнейших неорганических веществ
3. Химия силикатов
4. Керамика и керамические материалы
5. История художественной обработки изделий из стекла
6. Стекольная промышленность России – история и современность
7. Стеклоделие в Древней Руси

Источник: http://teacher.msu.ru/school/proforientir/chem/glass