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Das Glas

Das Glas. Die tollste Erfindung seit der Entdeckung des Rades!!!. Geschichte von Glas Glas im Alltag und seine Bedeutung → Demonstration 1 3. Was ist Glas? → Versuch 1 4. Herstellung in der Schule → Demo. 2 und 3. Inhaltsverzeichnis. 5. Eigenschaften von Glas

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Presentation Transcript

  1. Das Glas Die tollste Erfindung seit der Entdeckung des Rades!!!

  2. Geschichte von Glas Glas im Alltag und seine Bedeutung → Demonstration 1 3. Was ist Glas? → Versuch 1 4. Herstellung in der Schule → Demo. 2 und 3 Inhaltsverzeichnis 5. Eigenschaften von Glas → Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7 6. allgemeine Schulrelevanz 7. Zusammenfassung 8. Literatur

  3. 1. Geschichte von Glas

  4. Geschichte von Glas Obsidian: ein natürlich vorkommendes, vulkanisches Gesteinsglas (auch „Islandisches Agaat“) • genauso alt wie die Erde • entsteht bei hohen Temperaturen • Meteoriteneinschlag • Blitzschlag • Eruption eines Vulkans • auf dem Mond gibt es Glas →Besatzung der Apollo-14 brachte glashaltige Gesteine mit

  5. Geschichte von Glas • Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und Schneidewerkzeug • verschiedene Angaben über Zeitpunkt der Entdeckung nach Historiker Pliny (23-79 n. Chr.): Phönizische Händler „kochten“ um 5.000 v. Chr. an einem Strand, wobei durch die hohe Temperatur der Sand zu einem glasartigen „Stein“ schmolz.

  6. Geschichte von Glas • bewusste Herstellung und Bearbeitung begann ca. 3.500 v. Chr. → nicht mehr ausschließlich Nutzgegenstand (Schmuck wie Glasperlen, Vasen, ...) • bis 9. Jhd. v. Chr. Auflebung des Glasmachens in Mesopotamien

  7. Geschichte von Glas • älteste Beschreibung zur Herstellung von Glas stammt aus der Bibliothek des Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-626 v. Chr.). „Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, 5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“ • um das Jahr 0: Technik zum Blasen von Glas in Syrien • Blasrohr hat sich kaum verändert

  8. Geschichte von Glas • 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplatten → große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!) • 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in Frankreich • 19. Jhd. n. Chr.: Industrialisierung der Glasherstellung (Friedrich Siemens)

  9. 2. Glas im Alltag und seine Bedeutung

  10. Glas im Alltag und seine Bedeutung • Bedeutung von Glas in der heutigen Gesellschaft: Man stelle sich vor, es gäbe kein Glas... • keine Fenster an Gebäuden, Fahrzeugen, ... → dunkel und warm, oder hell und kalt • keine Spiegel • kein Geschirr und keine Behälter aus Glas • kein Schmuck und keine Verzierungen aus Glas • keine Brillen • keine Kameras, Mikroskope, Lupen und nichts, was mit Linsen funktioniert • keine Fernseher (Bildröhre) • ...

  11. Demonstration 1: verspiegelter Objektträger

  12. Demonstration 1: Verspiegelung eines Objektträgers • Reaktion wie „Silberspiegel“ • seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig) • vorher: Verreiben von Zinnamalgam auf Glasplatten (Handarbeit)

  13. Demonstration 1:verspiegelter Objektträger für die Schule: • Ergebnis ist sehr abhängig von der Sauberkeit der Durchführung! • Dauer: ca. 40 Minuten (eine Schulstunde) • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II • Themengebiete: Glas, Silber, Zucker, Aldehyde/Ketone, ...

  14. 3. Was ist Glas?

  15. Was ist Glas? • Glas ist amorph • griech.: amorphos = gestaltlos • amorphe Stoffe werden als fest empfunden, ihre Atome folgen jedoch keiner regelmäßigen Ordnung (keine Fernordnung, nur Nahordnung) • ohne Kristallisation erstarrte Schmelze von Metallen, Polymermaterialien, Metalloxiden, etc.

  16. Was ist Glas? • Hauptbestandteil: SiO2(s) • Nebenbestandteile: • B2O3(s) • Al2O3(s) • ... • Na2O(s) • K2O(s) • CaO(s) • ...

  17. Was ist Glas? • Hauptbestandteil: SiO2(s) • Nebenbestandteile: • B2O3(s) • Al2O3(s) • ... • Na2O(s) • K2O(s) • CaO(s) • ... Netzwerkbildner Trennstellenbildner

  18. Was ist Glas? • Netzwerkbildner (Glasbildner): • saure Oxide • bilden molekulare Grundstruktur (ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk) • können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B. Quarzglas ist reines SiO2) • Trennstellenbildner (Netzwerkwandler): • basische Oxide • können nur zusammen mit Netzwerk- bildnern Glas bilden • verursachen „Lücken“ in der Struktur

  19. Was ist Glas? Quarzgitter schmelzen und abkühlen (oft) + CaO/Na2O/... Quarzglas „Normalglas“

  20. Versuch 1: Reduktion von „Glas“ mit Aluminium

  21. Versuch 1: Reduktion von „Glas“ mit Aluminium • Auswertung: • Aluminium reduziert das Silicium in der Glasstruktur +4 0 +3 0 Silicium • dabei wird das Aluminium oxidiert (Reduktionsmittel)

  22. Versuch 1: Reduktion von „Glas“ durch Aluminium für die Schule: • Ergebnis ist zuverlässig • Dauer: ca. 10 Minuten • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I • Themengebiete: Glas,Redox-Reaktionen, Metalle, ...

  23. Was ist Glas? • Glas ≠ Glas !!! • Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)75,5 SiO2(s); 12,9 Na2O(s); 11,6 CaO(s) → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas • Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO2(s); 14,1 K2O(s); 6,7 CaO(s); 2,3 Na2O(s); 0,5 As2O5(s); 0,1 Al2O3(s); 0,3 SO3(s) → Gläser für feingeschliffene Gegenstände • Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 SiO2(s); 8,5 Al2O3(s); 4,6 B2O3(s); 7,7 Na2O(s); 3,9 BaO(s); 0,8 CaO(s); 0,1 MgO(s) → gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig • Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO2(s); 32 PbO(s); 11,4 K2O(s); 0,1 Al2O3(s); 0,5 As2O5(s) → Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen

  24. Was ist Glas? • Glas ≠ Glas !!! • Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)75,5 SiO2(s); 12,9 Na2O(s); 11,6 CaO(s) → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas • Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO2(s); 14,1 K2O(s); 6,7 CaO(s); 2,3 Na2O(s); 0,5 As2O5(s); 0,1 Al2O3(s); 0,3 SO3(s) → Gläser für feingeschliffene Gegenstände • Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 SiO2(s); 8,5 Al2O3(s); 4,6 B2O3(s); 7,7 Na2O(s); 3,9 BaO(s); 0,8 CaO(s); 0,1 MgO(s) → gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig • Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO2(s); 32 PbO(s); 11,4 K2O(s); 0,1 Al2O3(s); 0,5 As2O5(s) → Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen

  25. 4. Herstellung in der Schule

  26. Demonstration 2: selbst hergestelltes Glas

  27. Demonstration 2: selbst hergestelltes Glas • Simon-Müller-Ofen auf 1.000 °C vorheizen • in einer Porzellanschale werden gemischt: • 26,7 g H3BO3(s) (Borsäure) • 8,2 g K2CO3(s)(Kaliumcarbonat) • 4,5 g Na2CO3(s)(Natriumcarbonat) • 4,2 g CaCO3(s)(Calciumcarbonat) • 2,5 g Seesand(enthält SiO2(s)) • 1 Spatelspitze MnO2(s)(Braunstein) • Porzellanschale in den Simon- Müller-Ofen stellen und ca. 2 h lang bei 1.000 °C glühen

  28. Demonstration 2:selbst hergestelltes Glas Das sieht dann so aus: Gemisch Simon-Müller-Ofen Schmelze

  29. Demonstration 2:selbst hergestelltes Glas für die Schule: • Ergebnis ist berechenbar, variabel, trotzdem zuverlässig • Dauer: ca. 180 Minuten • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II • Themengebiete: Glas, Schmelzen, ...

  30. Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen

  31. Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen • Magnesiastäbchen + Borax + Cr2O3(s) → grüne Perle • Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co2O3(s) → blaue Perle • Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr2O3(s) → grüne Glasfläche

  32. Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen Färben von Gläsern (eineMethode): • Cobalt-Oxide:blau • Eisen(III)-Oxide: braun • Chrom(III)-Oxide: grün • Mangan(II)-Oxide: weiß → Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-hinweise beachten

  33. Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen für die Schule: • Ergebnis ist abhängig von individuellen Geschick • Dauer: sehr variabel • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I (II) • Themengebiete: Glas, Pigmente, Metalloxide, ...

  34. 5. Eigenschaften von Glas

  35. Eigenschaften von Glas • mechanische Eigenschaften: • zug- und druckfest • „unbiegsam“ • elektrische Eigenschaften → elektrisch hoch isolierend

  36. Eigenschaften von Glas • Tg:= Schmelzbereich statt Schmelzpunkt • (auch Transformationstemperatur, Erweichungstemperatur oder Glaspunkt genannt) • unterhalb von Tg: starr • oberhalb von Tg: plastisch („verformbar“) • allgemein gilt: • Je mehr Trennstellen, desto niedriger Tg.

  37. Versuch 2: Bearbeiten von Glas

  38. Versuch 2: Bearbeiten von Glas • Auswertung: • Vorsicht: Heißes Glas sieht aus wie kaltes Glas! • Glas kann als unterkühlte Schmelze betrachtet werden

  39. Versuch 2: Bearbeiten von Glas • mit Annäherung an den Schmelzbereich fällt die Viskosität

  40. Versuch 2: Bearbeiten von Glas für die Schule: • Ergebnis ist abhängig vom Geschick der Schüler/innen • Dauer: sehr variabel • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I • Themengebiete: Glas, „unterkühlte Schmelzen“

  41. Eigenschaften von Glas Thermische Gespanntheit von Glas ist Bestandteil der heutigen Gesellschaft: Mehrschicht-Verbundglas besondere Verwendung Sicherheitsglas

  42. Versuch 3: thermisch gespanntes Glas

  43. Versuch 3: thermisch gespanntes Glas • Auswertung: • Spannung entsteht, weil zunächst die Wärme im äußeren Bereich der Träne vom Wasser abgeführt wird → schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas • dadurch verringert sich außen das Volumen, innen nicht → Spannung entsteht • durch Abkneifen des „Schwänzchens“ werden diese Spannungen freigesetzt

  44. Versuch 3: thermisch gespanntes Glas für die Schule: • Herstellung der Tränen sehr unsicher • Dauer: ca. 5 Minuten (ohne Tränen-herstellung) • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I • Themengebiete: Glas und in der Physik

  45. Eigenschaften von Glas Glas ist ein schlechter Wärmeleiter: • wirkt wärmeisolierend → keine (sehr geringe) Wärmeleitfähigkeit • Infrarot-Strahlung wird „gespeichert“

  46. Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung

  47. Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung • Auswertung: • durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, bis die einzelnen „Schichten“ durchgewärmt sind • aus dem gleichen Grund dauert es ebenfalls lange, bis die erwärmten „Schichten“ wieder abkühlen

  48. Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung für die Schule: • Ergebnis abhängig von der Gleichheit der Thermometer und der Heizplatten • Dauer: ca. 30 Minuten • Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I • Themengebiete: Glas, Leit- fähigkeiten (Elektrochemie), ...

  49. Eigenschaften von Glas Chemische Resistenz von Glas: • Säureangriff: • Ionenaustausch: Metallionen gegen H+(aq) • Bildung einer Kieselgelschicht zum Schutz vor weiteren Protonen • auch Wasser wirkt so

  50. Eigenschaften von Glas Basen-/Laugenangriff: • Herauslösen von silikatischen Strukturelementen • es entsteht keine schützende Schicht

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