СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Внеклассное мероприятие "Загадка стекла"

Категория: Химия

Нажмите, чтобы узнать подробности

Обобщение и систематизация знаний учащихся о технологии стекольного производства, её истории; о научных принципах данного производства; о природных соединениях кремния как основе силикатной промышленности.

Просмотр содержимого документа
«Внеклассное мероприятие "Загадка стекла"»

Внеклассное мероприятие «Загадка стекла»

Незаурядные, часто применяемые в быту вопросы, позволяют учащимся приумножить познавательный интерес к предмету химии, расширяют кругозор и позволяют сделать определённый выбор для дальнейшего, более углубленного изучения предмета химии и выбора профессии. Данный материал может быть использован при обучении химии учащихся 8–9-х классов, в качестве внеклассного мероприятия, а также при проведении тематических недель (декад) по предмету химия.

Кроме того, отдельный информационный материал может быть рекомендован в применении на традиционном уроке при изучении, например, кремния и его соединений (9-й класс), а также на факультативных занятиях, при проведении различных игровых и конкурсных мероприятий по химии.


Цель мероприятия: Обобщить и систематизировать знания учащихся о технологии стекольного производства, её истории; о научных принципах данного производства; о природных соединениях кремния как основе силикатной промышленности. Углубить знания учащихся, полученные из курса географии о силикатной промышленности в целом, об осадочных горных породах, о комплексном использовании сырья, о продукции предприятий стекольной промышленности.

Развивать самостоятельность и аккуратность учащихся в работе с химическими реактивами. Реализовать идеи гуманизации и гуманитаризации естественнонаучных и технических знаний с помощью научно-популярной литературы. Развивать познавательную активность учеников, применяя нестандартные игровые формы учебной деятельности. Способствовать выработке навыков наблюдения, умения делать выводы.

Воспитывать у учащихся экологическую компетенцию на примере производства стекла. Способствовать формированию чувства гордости за отечественную науку.


Вступительное слово учителя:

Здравствуйте, ребята! Сегодня мы с вами присутствуем на одном из предприятий по производству стекла. Работники завода любезно согласились рассказать нам о технологии производства, особенностях и видах стекла.

О слове русского языка у В. И. Даля сказано: «Стекло́ ср., сткло юж. зап. и црк., сплавъ песку (кремнистаго) съ поташомъ; хим. кремнекислый натр, иногда калий, свинцовая окись». Старославянское — стькле, сткляно — стеклянное [море] (Апокалипсис — Откр; Апок 15, 2); древнерусское (с XI века) — стькло (существительное среднего рода второго типа склонения — по Н. Д. Русинову); «стёка — псковское, тверское наречие».

Стекло с давних времен служит человеку. Сочетая такие свойства, как прозрачность, твердость, стойкость против разъедания минеральными кислотами и жаропрочность, а также способность изменять эти свойства, легко окрашиваться в разные цвета и формоваться разнообразными способами, стекло стало незаменимым материалом в архитектуре XXI века, в технике и в быту.

Целью нашего сегодняшнего занятия является:

  • Узнать историю возникновения стекла;

  • Выяснить основы технологических процессов, применяемых для изготовления стекла;

  • Познакомиться с различными видами и значением стекла.

Сообщения учащихся:

Экскурс в историю.

1 учащийся:

Первое стекло (непрозрачное, почти черное) родила сама природа, и образовалось оно из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность земли миллионы лет назад. Такое вулканическое стекло назвали обсидианом. В каменном веке обсидиан использовался для обработки режущих инструментов. Позднее (55 веков назад) человек научился изготавливать стекло сам. 

Родиной искусственного стекла ученые называют Месопотамию и Древний Египет. Обследуя мумию царицы Хатшепсут, археологи нашли ожерелье из крупных неровных зеленовато-черных блестящих стекляшек. Древнеегипетские стеклоделы не умели получать прозрачное стекло, ведь для этого нужна высокая температура в печи (1500°С), а для изготовления цветного стекла мастера примешивали железо, медь или марганец. Особенно распространенным было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью, а зеленое стекло получали окрашиванием медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в начале н. э. Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). Археологами в конце XIX в. недалеко от Фив были обнаружены руины древнеегипетской стекольной мастерской: остатки печей, фрагменты тиглей для плавки стекла, разрушенные стеклянные сосуды и стеклянные палочки разного цвета. В одной из пирамид древнего Египта (созданной в XIV в. до н. э.) исследователями также была обнаружена фреска, изображающая древних стеклоделов за работой. Так, ученым в общих чертах удалось восстановить технологию стеклоделия того времени.

Древнеегипетская стеклодувная печь

         К XV в. до н. э. стекло массово производилось не только в Египте, но и в Передней Азии, и на Крите. К IX в. до н. э. были открыты технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по стеклоделию датируется650 г. до н. э. и представляет собой таблички, хранившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанипала. Технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, они применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств.

В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к2000 г. до н. э. В Китае в V-III вв. до н. э. стеклянные изделия появляются в большом количестве, в том числе бусы с «глазовидным» узором и специфическим химическим составом. Первые письменные свидетельства об изготовлении стекла пяти цветов в Поднебесной относятся к концу III в.

Одним из величайших периодов в истории стекла стал период Римской империи, когда человек научился выдувать стекло и придавать стеклянным предметам желаемую форму и размер. Римляне варили стекло не на костре, а в стекловаренной печи, сложенной из камня. Поэтому им удавалось получать более высокие температуры, и стекло у них плавилось уже по-настоящему, превращаясь в ослепительно сияющую жидкость. Первые в Италии стекловарни были устроены при Цезаре в Риме, тогда же возникла и мозаика. Во времена императора Тита (конец I в. н. э.) применялись уже оконное литое стекло и стеклянные пластинки для облицовки стен. Листовое оконное стекло было большой роскошью и редкостью и применялось лишь для церквей вплоть до конца XII ст. Частные жилища у богатых римских патрициев были снабжены слюдяными окнами.

2 учащийся:

Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад, а широко эта отрасль стала развиваться в первой половине XI в. При раскопках в слоях XI-XIII вв. обнаружено множество мастерских по производству стеклянных бус и браслетов, которые были тогда очень модными украшениями. Таким образом, первоначально стекло и изделия из него появились не как предмет первой необходимости, а как предмет искусства, роскоши. Первое упоминание о стеклянных заводах в России относится к царствованию Алексея Михайловича. В1635 г. близ Можайска шведом Елисеем Коэтом был построен первый в России стекольный завод, а в1668 г. - Измайловский завод под Москвой. При Петре I на Воробьевых горах построили государственный стекольный завод. В1748 г. М.В. Ломоносов организовал при Петербургской академии лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В1753 г. им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика под Петербургом. Д. И. Менделееву принадлежит заслуга первой научной трактовки строения стекла. К1913 г. в России работало уже 275 стекольных заводов. За годы Советской власти в СССР создана мощная стекольная промышленность, оснащенная совершенным оборудованием.

В1905 г. бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии: он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В1914 г. его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

 Впервые стекло как строительный материал предложили использовать конструктивисты в конце прошлого века. В наши дни стекло стало доступным и очень часто используется как для наружной отделки, так и в дизайне помещений. Несмотря на постоянно меняющиеся тенденции моды и появление новых стилей, стекло не сдает своих позиций, органично вписываясь как в классический интерьер, так и в комнату в стиле хай-тек.

Вопросы к учащимся:

  1. Что такое вулканическое стекло и где оно появилось?

  2. Где впервые стали изготавливать стекло?

  3. Почему один из величайших периодов в истории стекла связан с Римской империей?

  4. Каковы основные этапы развития стекольного производства в России?

Технолог.

Ребята, в быту, мы с вами сталкиваемся с различными видами стекла – это и оконное и цветное, и солнцезащитное стекла. По химическому составу стекло различается на натрий-кальций-силикатное и боросиликатное. Основными компонентами первого являются двуокись кремния, оксиды натрия и кальция, а второе содержит бор.

Химическая стойкость стекла в первую очередь определяется его составом: стекло химически более стойко с большим содержанием малорастворимых окислов алюминия, бора, цинка, свинца, магния и менее стойко с большим содержанием хорошо растворимых оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. 

Однако химическая устойчивость стекла зависит и от его обработки. Так, она повышается после выдувания стекла из стекломассы, а также после отжига в печах, атмосфера которых содержит сернистый ангидрид. Это объясняется тем, что при высокой температуре между соединениями щелочных металлов, входящими в состав стекла, и газами, содержащимися в окружающей стекло атмосфере, протекает реакция, причем лишь на поверхности стекла. 

Физические свойства стекла зависят от его химического состава, условий варки и последующей обработки. Стекло не имеет определенной точки плавления. Оно переходит в жидкое состояние постепенно, становясь мягче при повышении температуры. 
Часто применяют термин «температура размягчения» стекла. По-видимому, эта температура лежит выше температуры отжига стекла, но сама по себе эта величина довольно неопределенна. 
Важнейшими свойствами стекла, определяющими условия его варки и дальнейшей обработки, являются вязкость и поверхностное натяжение. 
Вязкость. Свойство жидкостей оказывать сопротивление их течению—перемещению одного слоя относительно другого — под действием внешних сил называют вязкостью и обозначают г). Таким образом, вязкость характеризует внутреннее трение, поэтому это свойство часто называют внутренним трением. Вязкость — понятие, обратное текучести.

Этот процесс условно называется обесщелачиванием поверхности стекла. 

По способу изготовления стекло может быть листовым, тянутым, прокатным, плоским полированным, многослойным, закалённым, а также термополированным - флоат-стеклом. Энергосберегающее (низкоэмиссионное) стекло по способу изготовления может быть с жёстким покрытием - так называемое К-стекло или с мягким покрытием - так называемое Е-стекло.

По внешнему виду стекло разделяется на чистое, супер-чистое, тонированное в массе, узорчатое прокатное, рефлективное, зеркальное, витражное, армированное и гнутое, также называемое моллированным.

По дополнительным свойствам стекло делится на огнестойкое, термостойкое, нейтральное, солнцезащитное, безопасное и низкоэмиссионное. Огнестойкое стекло не разрушается в течение некоторого времени при нагревании или контакте с пламенем, а термостойкое вследствие низкого коэффициента термического расширения способно выдержать сильный термический удар. Ввиду незначительности указанных различий эти два типа стёкол часто объединяют при классификации. Давайте познакомимся с некоторыми из перечисленных видов.

Оконное стекло.
Назначение: остекление окон, балконных дверей, витражей, теплиц, световых фонарей и др.
Качественный лист оконного стекла прозрачен и бесцветен – никаких несмываемых налетов, матовых и радужных пятен. Допускаются голубоватый и зеленоватый оттенки, при условии, что они не будут снижать коэффициент светопропускания.
Прочность стекол зависит от однородности, способа обработки торцов и поверхностей, степени закалки или отжига, состояния поверхности листа, а также его размеров. Помните, что неоднородности и микротрещины на поверхности листа, появившиеся при его изготовлении, уменьшают прочность в 100 раз. Тщательно осмотрите углы – они должны быть целыми, а кромки ровными. Наличие небольших дефектов (царапин, пузырей, инородных включений) допускается, но должно соответствовать специальным стандартам.
Для оконного остекления используют листы толщиной от 2.5 до 4 мм. Применять и х для больших окон нельзя – не вынесут ветровой нагрузки. Для таких случаев ставят толстое стекло (6-10 мм.). И еще: чем выше установлено большое окно, тем толще должно быть стекло, а также меньше площадь листа.

Закаленное стекло.
Назначение: остекление перегородок и окон, ограждений балконов, дверей, лестничных маршей и др., а также для производства ламинированных стекол или изолирующих стеклопакетов.
Изготавливают закаленное стекло на закалочных установках из листов узорчатого, полированного или неполированного стекла. Если есть необходимость, в стекле заранее делают необходимые отверстия и вырезы, потому как готовые варианты таких стекол уже нельзя сверлить, резать, а также воздействовать на них другими видами механической обработки.
Закалка стекла в какой-то степени схожа с закалкой стали. Его сначала разогревают выше температуры размягчения, затем охлаждают в потоке воздуха. При остывании первыми твердеют верхние слои стекла. Затем в них, когда начинают остывать уже и внутренние слои, возникает остаточное напряжение сжатия. Оно и обеспечивает термостойкость и механическую прочность такого стекла.
Если закаленное стекло разбить, оно обязательно должно разлететься на мелкие кусочки - это требования стандарта качества.
Кромки закаленного стекла – наиболее уязвимое его место. При установке конструкций нужно оберегать торцы от царапин, ударов и других повреждений.

Узорчатое стекло.
Назначение: устройство перегородок в общественных, промышленных и жилых зданиях, остекление дверных и оконных проемов. Узорчатое стекло не рекомендуется использовать в помещении с большим количеством копоти и пыли.
Узорчатое стекло является декоративным материалом. Перегородки в вестибюлях и фойе, ширмы, внутренние и наружные витражи из него получаются превосходные. А вот загораживать таким стеклом помещение для важных конфиденциальных переговоров не следует. Узорчатые, как и обычные или цветные стекла не являются преградой для любителей подслушивать.
Цвета и рисунки на поверхности узорчатых стекол должны соответствовать требованиям утвержденных эталонов. Глубина рельефных линий составляет 0.5 – 1.5 мм. Такое стекло пропускает и рассеивает свет. Светопропускание цветных вариантов узорчатых стекол определяется их цветом и составом и составляет 35-65 процентов.

Солнцезащитные стёкла - как правило, тонированные или рефлективные стёкла, уменьшающие пропускание солнечного излучения во всем спектре длин волн или в его части. Солнцезащитными стёклами могут быть окрашенные в массе стёкла бронзового, коричневого, серого или зелёного цветов, а также стёкла с некоторыми покрытиями. По принципу действия все солнцезащитные стекла можно разделить на два типа: преимущественно отражающие излучение и преимущественно его поглощающие. Для стёкол первого типа характерна поверхность с препятствующим проникновению излучения тонким металлическим слоем. Для некоторых стёкол второго типа характерен их нагрев, возникающий в процессе поглощения солнечного излучения. При этом часть тепла неминуемо передается внутрь помещения. Бесцветные стёкла с прозрачными для видимых лучей тонкими оксиднометаллическими, керамическими или полимерными покрытиями способны поглощать часть инфракрасного (теплового) излучения солнца, и поэтому они нагреваются значительно меньше. Их светотехнические характеристики слабо зависят от толщины листа. При этом далеко не все типы солнцезащитных стёкол защищают от прямых солнечных лучей - яркость солнечного диска в ряде случаев остается слишком высокой.

Лабораторный опыт «Ознакомление с видами стекла» (работа с коллекцией «Стекло и изделия из стекла»).

Рассмотрите выданные вам образцы стекла различных видов и различные изделия из стекла.

Задания:

  1. Определите, к каким видам стекла относятся выданные вам образцы;

  2. Поясните, какие характерные свойства стекла использовались при изготовлении рассмотренных вами изделий.



Специалист химической лаборатории стекольного завода:

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2—3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200—300°С). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент — известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой — СаСО3
Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

Na2CO3 = Na2O + CO2

СаСО3 =СаО+СО2 

В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и СаО. Они образуют сложные соединения — силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.

В стекло вместо Na2O 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). В каждом стекле содержится немного глинозема Аl2О3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием.

 Практическая работа по составлению шихты для производства стекла.

    - Для производства стекла необходимы следующие компоненты:

опилки, кварцевый песок, доломит, суперфосфат, мел, сода кальцинированная, сульфат натрия, полевой шпат, вода.



Выступление специалиста по производству стекла (комментирование видео-фрагмента).

Демонстрация фрагмента «Производство стекла» (9:32 мин.)

Обсуждение основных стадий производства с учащимися.

Ответить письменно на вопросы:

  1. Что служит сырьём для получения обычного оконного стекла?

  2. Какой химической формулой можно отразить формулу стекла?

  3. Решение задачи:

Какую минимальную массу соды, известняка и кремнезема нужно иметь для получения 1 тонны обычного стекла?

Наша экскурсия подошла к концу. С вами было очень приятно работать. Надеемся, что сегодня вы узнали много новой и интересной информации, которая пригодится вам в повседневной жизни. До свидания!





3



Скачать

Рекомендуем курсы ПК и ППК для учителей

Вебинар для учителей

Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!