Das Glas Die tollste Erfindung seit der Entdeckung des Rades!!!
-
Upload
englebert-eckermann -
Category
Documents
-
view
109 -
download
3
Transcript of Das Glas Die tollste Erfindung seit der Entdeckung des Rades!!!
Das GlasDas GlasDie tollste Erfindung Die tollste Erfindung seit der Entdeckung seit der Entdeckung
des Rades!!!des Rades!!!
InhaltsverzeichInhaltsverzeichnisnis1.1. Geschichte von GlasGeschichte von Glas
2.2. Glas im Alltag und Glas im Alltag und seine Bedeutungseine Bedeutung→ → Demonstration 1Demonstration 1
3.3. Was ist Glas?Was ist Glas?→ → Versuch 1 Versuch 1
4.4. Herstellung in der Herstellung in der SchuleSchule→ → Demo. 2 und 3Demo. 2 und 3
5.5. Eigenschaften von Eigenschaften von GlasGlas→ → Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7 Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7
6.6. allgemeine allgemeine SchulrelevanzSchulrelevanz
7.7. ZusammenfassungZusammenfassung
8.8. LiteraturLiteratur
1.1. Geschichte von GlasGeschichte von Glas
• genauso alt wie die Erdegenauso alt wie die Erde
• entsteht bei hohen entsteht bei hohen
TemperaturenTemperaturen– MeteoriteneinschlagMeteoriteneinschlag– BlitzschlagBlitzschlag– Eruption eines VulkansEruption eines Vulkans
• auf dem Mond gibt es Glas auf dem Mond gibt es Glas →→ Besatzung der Apollo-14 brachte glashaltige Besatzung der Apollo-14 brachte glashaltige
Gesteine mitGesteine mit
Obsidian:Obsidian:
ein natürlich ein natürlich vorkommendes, vorkommendes, vulkanisches vulkanisches Gesteinsglas (auch Gesteinsglas (auch „Islandisches Agaat“)„Islandisches Agaat“)
Geschichte von GlasGeschichte von Glas
Geschichte von GlasGeschichte von Glas
• Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und und Speerspitze, und SchneidewerkzeugSchneidewerkzeug
• verschiedene Angaben verschiedene Angaben
über Zeitpunkt der über Zeitpunkt der
EntdeckungEntdeckungnach Historiker Pliny (23-79 n. Chr.): Phönizische Händler nach Historiker Pliny (23-79 n. Chr.): Phönizische Händler „kochten“ um „kochten“ um 5.000 v. Chr.5.000 v. Chr. an einem Strand, an einem Strand,
wobei durch die hohe Temperatur der Sand zu wobei durch die hohe Temperatur der Sand zu
einem glasartigen „Stein“ schmolz. einem glasartigen „Stein“ schmolz.
Geschichte von GlasGeschichte von Glas
• bewusste Herstellung und Bearbeitung bewusste Herstellung und Bearbeitung begann ca. 3.500 v. Chr.begann ca. 3.500 v. Chr.→→ nicht mehr ausschließlich Nutzgegenstand nicht mehr ausschließlich Nutzgegenstand
((Schmuck wie Glasperlen, Vasen, ...)Schmuck wie Glasperlen, Vasen, ...)
• bis 9. Jhd. v. Chr. Auflebung bis 9. Jhd. v. Chr. Auflebung
des Glasmachens in Mesopotamiendes Glasmachens in Mesopotamien
Geschichte von GlasGeschichte von Glas
• älteste Beschreibung zur Herstellung älteste Beschreibung zur Herstellung von Glas stammt aus der Bibliothek des von Glas stammt aus der Bibliothek des Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-626 v. Chr.). 626 v. Chr.). „„Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen,
5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“
• um das Jahr 0: Technik zum Blasen von um das Jahr 0: Technik zum Blasen von Glas in SyrienGlas in Syrien
• Blasrohr hat sich kaum verändert Blasrohr hat sich kaum verändert
Geschichte von GlasGeschichte von Glas
• 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplattenvon Glasplatten→ → große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!)(Luxus!!!)
• 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in Frankreichin Frankreich
• 19. Jhd. n. Chr.: Industrialisierung der 19. Jhd. n. Chr.: Industrialisierung der Glasherstellung (Friedrich Siemens)Glasherstellung (Friedrich Siemens)
2.2. Glas im Alltag und seine Glas im Alltag und seine BedeutungBedeutung
Glas im Alltag und seine BedeutungGlas im Alltag und seine Bedeutung
• Bedeutung von Glas in der Bedeutung von Glas in der heutigen Gesellschaft:heutigen Gesellschaft:Man stelle sich vor, es gäbe kein Glas...Man stelle sich vor, es gäbe kein Glas...
– keine Fenster an Gebäuden, Fahrzeugen, ...keine Fenster an Gebäuden, Fahrzeugen, ...→ → dunkel und warm, oder hell und kaltdunkel und warm, oder hell und kalt
– keine Spiegelkeine Spiegel– kein Geschirr und keine Behälter aus Glaskein Geschirr und keine Behälter aus Glas– kein Schmuck und keine Verzierungen aus kein Schmuck und keine Verzierungen aus
GlasGlas– keine Brillenkeine Brillen– keine Kameras, Mikroskope, Lupen und keine Kameras, Mikroskope, Lupen und
nichts, was mit Linsen funktioniertnichts, was mit Linsen funktioniert– keine Fernseher (Bildröhre)keine Fernseher (Bildröhre)– ......
Demonstration 1: Demonstration 1: verspiegelter verspiegelter ObjektträgerObjektträger
Demonstration 1:Demonstration 1: Verspiegelung eines Objektträgers Verspiegelung eines Objektträgers
• Reaktion wie „Silberspiegel“Reaktion wie „Silberspiegel“
• seit 1856: nasschemische seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig)Glasversilberung (Justus von Liebig)
• vorher: Verreiben von Zinnamalgam auf vorher: Verreiben von Zinnamalgam auf Glasplatten (Handarbeit)Glasplatten (Handarbeit)
Demonstration 1:Demonstration 1: verspiegelter Objektträgerverspiegelter Objektträger
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist sehr abhängig von der Ergebnis ist sehr abhängig von der
Sauberkeit der Durchführung!Sauberkeit der Durchführung!
• Dauer:Dauer: ca. 40 Minuten (eine ca. 40 Minuten (eine Schulstunde) Schulstunde)
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II Schülerversuch ab der Sek. II
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Silber, Glas, Silber,
Zucker, Aldehyde/Ketone, ...Zucker, Aldehyde/Ketone, ...
3.3. Was ist Glas?Was ist Glas?
• Glas ist amorph Glas ist amorph – griech.: amorphos = gestaltlosgriech.: amorphos = gestaltlos– amorphe Stoffe werden als fest empfunden, amorphe Stoffe werden als fest empfunden,
ihre Atome folgen jedoch keiner ihre Atome folgen jedoch keiner regelmäßigen Ordnung (keine Fernordnung, regelmäßigen Ordnung (keine Fernordnung, nur Nahordnung)nur Nahordnung)
• ohne Kristallisation erstarrte Schmelze ohne Kristallisation erstarrte Schmelze von Metallen, Polymermaterialien, von Metallen, Polymermaterialien, Metalloxiden, etc.Metalloxiden, etc.
Was ist Glas?Was ist Glas?
Was ist Glas?Was ist Glas?
• Hauptbestandteil: SiOHauptbestandteil: SiO22(s)(s)
• Nebenbestandteile:Nebenbestandteile:– BB22OO33(s)(s)
– AlAl22OO33(s)(s)
– ......
– NaNa22OO(s)(s)
– KK22OO(s)(s)
– CaOCaO(s)(s)
– ......
Was ist Glas?Was ist Glas?
• Hauptbestandteil: SiOHauptbestandteil: SiO22(s)(s)
• Nebenbestandteile:Nebenbestandteile:– BB22OO33(s)(s)
– AlAl22OO33(s)(s)
– ......
– NaNa22OO(s)(s)
– KK22OO(s)(s)
– CaOCaO(s)(s)
– ......
TrennstellenbildnerTrennstellenbildner
NetzwerkbildnerNetzwerkbildner
Was ist Glas?Was ist Glas?
• NetzwerkbildnerNetzwerkbildner (Glasbildner): (Glasbildner):– saure Oxidesaure Oxide– bilden molekulare Grundstruktur bilden molekulare Grundstruktur
(ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk)(ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk)– können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B. können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B.
Quarzglas ist reines SiOQuarzglas ist reines SiO22))
• TrennstellenbildnerTrennstellenbildner (Netzwerkwandler): (Netzwerkwandler):– basische Oxidebasische Oxide– können nur zusammen mit Netzwerk- können nur zusammen mit Netzwerk-
bildnern Glas bildenbildnern Glas bilden– verursachen „Lücken“ in der Strukturverursachen „Lücken“ in der Struktur
Was ist Glas?Was ist Glas?
Quarzgitter
schmelzen und abkühlen (oft)
Quarzglas
„Normalglas“
+ CaO/Na2O/...
Versuch 1: Versuch 1: Reduktion von Reduktion von
„Glas“ mit „Glas“ mit AluminiumAluminium
•Auswertung:Auswertung:– Aluminium reduziert das Silicium in Aluminium reduziert das Silicium in
der Glasstrukturder Glasstruktur
Versuch 1: Versuch 1: Reduktion von „Glas“ mit Aluminium Reduktion von „Glas“ mit Aluminium
Silicium
– dabei wird das dabei wird das Aluminium Aluminium oxidiert oxidiert (Reduktionsmittel)(Reduktionsmittel)
+4
0 +3
0
Versuch 1:Versuch 1: Reduktion von „Glas“ durch Aluminium Reduktion von „Glas“ durch Aluminium
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist zuverlässigErgebnis ist zuverlässig
• Dauer:Dauer: ca. 10 Minuten ca. 10 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete: Themengebiete: Glas,Glas, Redox-Redox-Reaktionen, Metalle, ...Reaktionen, Metalle, ...
Was ist Glas?Was ist Glas?
• Glas ≠ Glas !!!Glas ≠ Glas !!!– Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)
75,5 SiO75,5 SiO2(s)2(s); 12,9 Na; 12,9 Na22OO(s)(s); 11,6 CaO; 11,6 CaO(s)(s)
→ → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglasgewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas
– Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO76 SiO2(s)2(s); 14,1 K; 14,1 K22OO(s)(s); 6,7 CaO; 6,7 CaO(s)(s); 2,3 Na; 2,3 Na22OO(s)(s); 0,5 As; 0,5 As22OO5(s)5(s); 0,1 ; 0,1 AlAl22OO3(s)3(s); 0,3 SO; 0,3 SO3(s)3(s)
→ → Gläser für feingeschliffene GegenständeGläser für feingeschliffene Gegenstände
– Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 SiO74,5 SiO2(s)2(s); 8,5 Al; 8,5 Al22OO3(s)3(s); 4,6 B; 4,6 B22OO3(s)3(s); 7,7 Na; 7,7 Na22OO(s)(s); 3,9 BaO; 3,9 BaO(s)(s); ; 0,8 CaO0,8 CaO(s)(s); 0,1 MgO; 0,1 MgO(s)(s)
→ → gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständiggegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig
– Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO56 SiO2(s)2(s); 32 PbO; 32 PbO(s)(s); 11,4 K; 11,4 K22OO(s)(s); 0,1 Al; 0,1 Al22OO3(s)3(s); 0,5 As; 0,5 As22OO5(s)5(s)
→ → Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögenvermögen
Was ist Glas?Was ist Glas?
• Glas ≠ Glas !!!Glas ≠ Glas !!!– Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)
75,5 75,5 SiOSiO2(s)2(s); 12,9 Na; 12,9 Na22OO(s)(s); 11,6 CaO; 11,6 CaO(s)(s)
→ → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglasgewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas
– Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 76 SiOSiO2(s)2(s); 14,1 K; 14,1 K22OO(s)(s); 6,7 CaO; 6,7 CaO(s)(s); 2,3 Na; 2,3 Na22OO(s)(s); 0,5 As; 0,5 As22OO5(s)5(s); 0,1 ; 0,1 AlAl22OO3(s)3(s); 0,3 SO; 0,3 SO3(s)3(s)
→ → Gläser für feingeschliffene GegenständeGläser für feingeschliffene Gegenstände
– Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 74,5 SiOSiO2(s)2(s); 8,5 Al; 8,5 Al22OO3(s)3(s); 4,6 B; 4,6 B22OO3(s)3(s); 7,7 Na; 7,7 Na22OO(s)(s); 3,9 BaO; 3,9 BaO(s)(s); ; 0,8 CaO0,8 CaO(s)(s); 0,1 MgO; 0,1 MgO(s)(s)
→ → gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständiggegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig
– Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 56 SiOSiO2(s)2(s); 32 PbO; 32 PbO(s)(s); 11,4 K; 11,4 K22OO(s)(s); 0,1 Al; 0,1 Al22OO3(s)3(s); 0,5 As; 0,5 As22OO5(s)5(s)
→ → Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögenvermögen
4.4. Herstellung in der SchuleHerstellung in der Schule
Demonstration 2: Demonstration 2: selbst hergestelltes selbst hergestelltes
GlasGlas
• Simon-Müller-Ofen auf 1.000 °C vorheizen Simon-Müller-Ofen auf 1.000 °C vorheizen
• in einer Porzellanschale werden gemischt:in einer Porzellanschale werden gemischt:– 26,7 g 26,7 g HH33BOBO3(s)3(s) (Borsäure)(Borsäure)
– 8,2 g 8,2 g KK22COCO3(s)3(s) (Kaliumcarbonat)(Kaliumcarbonat)
– 4,5 g 4,5 g NaNa22COCO3(s)3(s) (Natriumcarbonat)(Natriumcarbonat)
– 4,2 g 4,2 g CaCOCaCO3(s)3(s) (Calciumcarbonat)(Calciumcarbonat)
– 2,5 g 2,5 g SeesandSeesand (enthält SiO(enthält SiO2(s)2(s)))
– 1 Spatelspitze MnO1 Spatelspitze MnO2(s)2(s) (Braunstein)(Braunstein)
• Porzellanschale in den Simon- Porzellanschale in den Simon- Müller-Ofen stellen und ca. 2 h Müller-Ofen stellen und ca. 2 h lang bei 1.000 °C glühenlang bei 1.000 °C glühen
Demonstration 2:Demonstration 2: selbst hergestelltes Glas selbst hergestelltes Glas
Das sieht dann so aus:Das sieht dann so aus:
Simon-Müller-OfenSchmelze
Gemisch
Demonstration 2:Demonstration 2: selbst hergestelltes Glasselbst hergestelltes Glas
Demonstration 2:Demonstration 2: selbst hergestelltes Glasselbst hergestelltes Glas
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist berechenbar, variabel, Ergebnis ist berechenbar, variabel,
trotzdem zuverlässigtrotzdem zuverlässig
• Dauer:Dauer: ca. 180 Minuten ca. 180 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II Schülerversuch ab der Sek. II
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Schmelzen Glas, Schmelzen, , ... ...
Demonstration 3: Demonstration 3: Borax- und Borax- und
PhosphorsalzperlenPhosphorsalzperlen
• Magnesiastäbchen + Borax + CrMagnesiastäbchen + Borax + Cr22OO3(s)3(s)
→ → grüne Perlegrüne Perle
• Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + CoCo22OO3(s)3(s)
→ → blaue Perleblaue Perle
• Magnesiarinne + Phosphorsalz + Magnesiarinne + Phosphorsalz + CrCr22OO3(s)3(s)
→ → grüne Glasflächegrüne Glasfläche
Demonstration 3:Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen Borax- und Phosphorsalzperlen
Demonstration 3:Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen Borax- und Phosphorsalzperlen
Färben von Gläsern Färben von Gläsern ((eineeine Methode)Methode)::
– Cobalt-Oxide:Cobalt-Oxide: blaublau
– Eisen(III)-Oxide: Eisen(III)-Oxide: braunbraun
– Chrom(III)-Oxide:Chrom(III)-Oxide: grüngrün
– Mangan(II)-Oxide:Mangan(II)-Oxide: weißweiß
→ → Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-hinweise beachtenhinweise beachten
Demonstration 3:Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen Borax- und Phosphorsalzperlen
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist abhängig von individuellen Ergebnis ist abhängig von individuellen
GeschickGeschick
• Dauer:Dauer: sehr variabel sehr variabel
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I (II)(II)
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Pigmente, Glas, Pigmente, Metalloxide, ...Metalloxide, ...
5.5. Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
• mechanische Eigenschaften:mechanische Eigenschaften:– zug- und druckfestzug- und druckfest– „„unbiegsam“unbiegsam“
• elektrische Eigenschaftenelektrische Eigenschaften→ → elektrisch hoch isolierendelektrisch hoch isolierend
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
• TTgg:= Schmelz:= Schmelzbereichbereich statt statt SchmelzSchmelzpunktpunkt
(auch Transformationstemperatur, (auch Transformationstemperatur, Erweichungstemperatur oder Glaspunkt Erweichungstemperatur oder Glaspunkt genannt)genannt)
• unterhalb von Tunterhalb von Tgg: starr : starr
• oberhalb von Toberhalb von Tgg: plastisch : plastisch („verformbar“)(„verformbar“)
• allgemein gilt: allgemein gilt: Je mehr Trennstellen, Je mehr Trennstellen,
desto niedriger Tdesto niedriger Tgg..
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
Versuch 2: Versuch 2: Bearbeiten von Bearbeiten von
GlasGlas
Versuch 2:Versuch 2: Bearbeiten von Glas Bearbeiten von Glas
•Auswertung:Auswertung:
– Vorsicht:Vorsicht: Heißes Glas sieht aus wie Heißes Glas sieht aus wie kaltes Glas!kaltes Glas!
– Glas kann als unterkühlte Schmelze Glas kann als unterkühlte Schmelze betrachtet werdenbetrachtet werden
Versuch 2:Versuch 2: Bearbeiten von Glas Bearbeiten von Glas
– mit Annäherung an den mit Annäherung an den Schmelzbereich fällt die ViskositätSchmelzbereich fällt die Viskosität
Versuch 2:Versuch 2: Bearbeiten von Glas Bearbeiten von Glas
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist abhängig vom Geschick der Ergebnis ist abhängig vom Geschick der
Schüler/innenSchüler/innen
• Dauer:Dauer: sehr variabel sehr variabel
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Glas, „unterkühlte Schmelzen“„unterkühlte Schmelzen“
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
Thermische GespanntheitThermische Gespanntheit von Glas ist von Glas ist Bestandteil der heutigen Gesellschaft:Bestandteil der heutigen Gesellschaft:
Sicherheitsglas
Mehrschicht-Verbundglas
besondere Verwendung
Versuch 3: Versuch 3: thermisch thermisch
gespanntes Glasgespanntes Glas
Versuch 3:Versuch 3: thermisch gespanntes Glas thermisch gespanntes Glas
•Auswertung:Auswertung:– Spannung entsteht, weil zunächst die Spannung entsteht, weil zunächst die
Wärme im äußeren Bereich der Träne Wärme im äußeren Bereich der Träne vom Wasser abgeführt wirdvom Wasser abgeführt wird
→ → schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas
– dadurch verringert sich dadurch verringert sich außenaußen das das Volumen, innen nichtVolumen, innen nicht
→ → Spannung entstehtSpannung entsteht
– durch Abkneifen des durch Abkneifen des „Schwänzchens“ werden diese „Schwänzchens“ werden diese Spannungen freigesetztSpannungen freigesetzt
Versuch 3:Versuch 3: thermisch gespanntes Glas thermisch gespanntes Glas
für die Schule:für die Schule: • Herstellung der Tränen sehr unsicherHerstellung der Tränen sehr unsicher
• Dauer:Dauer: ca. 5 Minuten (ohne Tränen- ca. 5 Minuten (ohne Tränen-herstellung)herstellung)
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete:Themengebiete: Glas und in der Glas und in der Physik Physik
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
Glas ist ein schlechter Glas ist ein schlechter Wärmeleiter:Wärmeleiter:
• wirkt wärmeisolierendwirkt wärmeisolierend→ → keine (sehr geringe) Wärmeleitfähigkeitkeine (sehr geringe) Wärmeleitfähigkeit
• Infrarot-Strahlung wird „gespeichert“Infrarot-Strahlung wird „gespeichert“
Versuch 4: Versuch 4: Absorption von IR-Absorption von IR-
StrahlungStrahlung
Versuch 4:Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung Absorption von IR-Strahlung
•Auswertung:Auswertung:
– durch die schlechte durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, bis die einzelnen „Schichten“ bis die einzelnen „Schichten“ durchgewärmt sind durchgewärmt sind
– aus dem gleichen Grund dauert es aus dem gleichen Grund dauert es ebenfalls lange, bis die erwärmten ebenfalls lange, bis die erwärmten „Schichten“ wieder abkühlen „Schichten“ wieder abkühlen
Versuch 4:Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung Absorption von IR-Strahlung
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis abhängig von der Gleichheit Ergebnis abhängig von der Gleichheit
der Thermometer und der Heizplattender Thermometer und der Heizplatten
• Dauer:Dauer: ca. 30 Minuten ca. 30 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Leit- Glas, Leit- fähigkeiten (Elektrochemie), ...fähigkeiten (Elektrochemie), ...
Chemische Resistenz von Glas:Chemische Resistenz von Glas:• Säureangriff:Säureangriff:
– Ionenaustausch: Metallionen gegen HIonenaustausch: Metallionen gegen H++(aq)(aq)
– Bildung einer Kieselgelschicht zum Schutz vor Bildung einer Kieselgelschicht zum Schutz vor weiteren Protonenweiteren Protonen
– auch Wasser wirkt soauch Wasser wirkt so
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
Basen-/Laugenangriff:Basen-/Laugenangriff:
– Herauslösen von silikatischen StrukturelementenHerauslösen von silikatischen Strukturelementen
– es entsteht keine schützende Schichtes entsteht keine schützende Schicht
Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas
Versuch 5: Versuch 5: Ätzen Ätzen von Glasvon Glas
Versuch 5:Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas
ChemiChemi-kalie-kalie
SummeSummen-n-
formelformel
R-R-SätzeSätze
S-S-SätzeSätze
GefahreGefahren-n-
symbolsymbol
SchulSchulee
Calcium-Calcium-fluorid fluorid (Fluss-(Fluss-spat)spat)
CaFCaF2(s)2(s) keinekeine keinekeine keinekeine allealle
SchwefelSchwefel-säure -säure (konz.)(konz.)
HH2SO4(aq) 3535 26-30-4526-30-45 C: ätzendC: ätzend Sek. IISek. II
Fluor-Fluor-wasser-wasser-
stoff-stoff-säure säure
(Flusssre.)(Flusssre.)
HFHF(aq)(aq)26/27/28-26/27/28-
3535
1/2-7/9-1/2-7/9-26-36/37-26-36/37-
4545
TT++: sehr : sehr giftiggiftig
C: ätzendC: ätzendLehrerLehrer
Silicium-Silicium-tetra-tetra-fluoridfluorid
SiFSiF4(g)4(g) 23-3523-35 9-26-26-9-26-26-4545
T: giftigT: giftig
C: ätzendC: ätzendLehrerLehrer
Versuch 5: Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas
•Auswertung:Auswertung:– Abzug und Handschuhe!Abzug und Handschuhe!– aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen
entsteht eine sehr giftige Verbindungentsteht eine sehr giftige Verbindung
→ → keine Redox-Reaktionkeine Redox-Reaktion
– Flusssäure greift die Oberfläche des Flusssäure greift die Oberfläche des Objektträgers anObjektträgers an
→ → Reaktion ist reversibel (SiOReaktion ist reversibel (SiO2(s)2(s) als Niederschlag als Niederschlag am Objektträger)am Objektträger)
Versuch 5:Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich
spannend variieren spannend variieren
• Dauer:Dauer: ca. 25 Minuten ca. 25 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Lehrerversuch! Lehrerversuch!
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Glas, Oberflächen, Säuren-Base-Chemie, Oberflächen, Säuren-Base-Chemie, ... ...
Versuch 6: Versuch 6: WasserbeständigkeWasserbeständigke
itit
Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
ChemiChemi-kalie-kalie
SummeSummen-n-
formelformel
R-R-SätzeSätze
S-S-SätzeSätze
GefahreGefahren-n-
symbolsymbol
SchulSchulee
PhenolphPhenolph-thalein-thalein
CC20H14O4(l)keinekeine keinekeine keinekeine allealle
• ChemikalienChemikalien
Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
•Auswertung:Auswertung:
– Wasserangriff Wasserangriff
wie Säureangriffwie Säureangriff
– Metallionen im Glas werden durch Metallionen im Glas werden durch Protonen des Wassers Protonen des Wassers ausgetauschtausgetauscht
Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich
gut über die Feinheit des „Glasgrießes“ gut über die Feinheit des „Glasgrießes“ regulierenregulieren
• Dauer:Dauer: ca. 30 Minuten ca. 30 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Redox- Glas, Redox- Reaktionen, ... Reaktionen, ...
Versuch 7:Versuch 7: Oberfläche von Oberfläche von
GlasGlas
Versuch 7:Versuch 7: Oberfläche von Glas Oberfläche von Glas
•Auswertung:Auswertung:
– Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser WasserstoffbrückenbindungenWasserstoffbrückenbindungen
→ → keine Blasenbildung möglichkeine Blasenbildung möglich
– Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Oberfläche abOberfläche ab
→→ keine WBB möglichkeine WBB möglich→ → BlasenbildungBlasenbildung
– auch Kratzer oder andere auch Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten haben diesen EffektUnregelmäßigkeiten haben diesen Effekt
Versuch 7:Versuch 7: Oberfläche von Glas Oberfläche von Glas
für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist sehr schön und deutlich zu Ergebnis ist sehr schön und deutlich zu
sehensehen
• Dauer:Dauer: ca. 10 Minuten ca. 10 Minuten
• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I
• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Wasser, Glas, Wasser, Oberflächenchemie, WBB, ...Oberflächenchemie, WBB, ...
6.6. Allgemeine Allgemeine SchulrelevanzSchulrelevanz
• Jahrgang 12, 2. HalbjahrJahrgang 12, 2. Halbjahr
→ → Werkstoffe Werkstoffe → → natürliche und synthetische natürliche und synthetische Makromoleküle und Feststoffgitter Makromoleküle und Feststoffgitter
→ → Glas (Geschichte, Herstellung, Struktur): Glas (Geschichte, Herstellung, Struktur): keramische Werkstoffekeramische Werkstoffe
• keine Änderungen bei Umstellung auf G8keine Änderungen bei Umstellung auf G8
• sehr alltagsbezogensehr alltagsbezogen
• fachübergreifender Unterricht fachübergreifender Unterricht mit den Fächern Physik, Kunst, ...mit den Fächern Physik, Kunst, ...
Allgemeine SchulrelevanzAllgemeine Schulrelevanz
7.7. ZusammenfassungZusammenfassung
• Glas Luxus im Mittelalter, heute Glas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich mit hoher Bedeutungselbstverständlich mit hoher Bedeutung
• Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“ Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“ SchmelzeSchmelze
• Glas leitet keinen Strom und ist Glas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierendwärmeisolierend
• besitzt einen Schmelzbesitzt einen Schmelzbereichbereich (T (Tgg))
• Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure und starken Laugenund starken Laugen
• Glas ist säure- und wasserbeständigGlas ist säure- und wasserbeständig• Glas wird verformbar, wenn man es erwärmt Glas wird verformbar, wenn man es erwärmt
(Viskosität fällt)(Viskosität fällt)• und: und: Heißes Glas sieht aus wie kaltes Heißes Glas sieht aus wie kaltes
Glas!Glas!
ZusammenfassungZusammenfassung
Danke für die Danke für die Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!
!!!!
8. Literatur8. Literatur[1][1] GESTIS-StoffdatenbankGESTIS-Stoffdatenbank[2][2] SOESTER ListeSOESTER Liste[3][3] www.chids.de (02.12.2008)www.chids.de (02.12.2008)[4][4] http://www.kultusministerium.hessen.de (01.12.2008http://www.kultusministerium.hessen.de (01.12.2008[5][5] http://vision2form.nl/glas_geschichte.html (30.11.2008)http://vision2form.nl/glas_geschichte.html (30.11.2008)[6][6] http://benjamin.stangl-taller.at/REISEN/BAERNBACH96/http://benjamin.stangl-taller.at/REISEN/BAERNBACH96/
BaernbachBlaeser.jpg (01.12.2008)BaernbachBlaeser.jpg (01.12.2008)[7][7] http://www.chemieunterricht.de (01.12.2008)http://www.chemieunterricht.de (01.12.2008)[8][8] http://www.otterstedt.de/atm/silvering.html http://www.otterstedt.de/atm/silvering.html
(01.12.2008)(01.12.2008)[9][9] http://www.solarserver.de/l8mimages/http://www.solarserver.de/l8mimages/
wacker_silizium.jpg (31.11.2008)wacker_silizium.jpg (31.11.2008)[10][10] http://www.glaskunstwerkstatt.at/images/aetzung-http://www.glaskunstwerkstatt.at/images/aetzung-
detail.jpg (10.12.2008)detail.jpg (10.12.2008)