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

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Präsentation zum Thema: "Das Glas Die tollste Erfindung seit der Entdeckung des Rades!!!"—  Präsentation transkript:

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

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

3 1.Geschichte von Glas

4 genauso alt wie die Erdegenauso alt wie die Erde entsteht bei hohenentsteht bei hohenTemperaturen –Meteoriteneinschlag –Blitzschlag –Eruption eines Vulkans auf dem Mond gibt es Glasauf dem Mond gibt es Glas Besatzung der Apollo-14 brachte glashaltige Besatzung der Apollo-14 brachte glashaltige Gesteine mit Obsidian: ein natürlich vorkommendes, vulkanisches Gesteinsglas (auch Islandisches Agaat) Geschichte von Glas

5 Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und SchneidewerkzeugBenutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und Schneidewerkzeug verschiedene Angabenverschiedene Angaben über Zeitpunkt der Entdeckung nach Historiker Pliny (23-79 n. Chr.): Phönizische Händler kochten um 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 v. Chr.bewusste Herstellung und Bearbeitung begann ca v. Chr. nicht mehr ausschließlich Nutzgegenstand (Schmuck wie Glasperlen, Vasen,...) nicht mehr ausschließlich Nutzgegenstand (Schmuck wie Glasperlen, Vasen,...) bis 9. Jhd. v. Chr. Auflebungbis 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 ( v. Chr.).älteste Beschreibung zur Herstellung von Glas stammt aus der Bibliothek des Assyrischen Königs Ashurbanipal ( 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 Syrienum das Jahr 0: Technik zum Blasen von Glas in Syrien Blasrohr hat sich kaum verändertBlasrohr hat sich kaum verändert

8 Geschichte von Glas 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplatten11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplatten große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!) große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!) 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in Frankreich17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in Frankreich 19. Jhd. n. Chr.: Industrialisierung der Glasherstellung (Friedrich Siemens)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: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 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 SilberspiegelReaktion wie Silberspiegel seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig)seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig) vorher: Verreiben von Zinnamalgam auf Glasplatten (Handarbeit)vorher: Verreiben von Zinnamalgam auf Glasplatten (Handarbeit)

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

14 3.Was ist Glas?

15 Glas ist amorphGlas 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.ohne Kristallisation erstarrte Schmelze von Metallen, Polymermaterialien, Metalloxiden, etc. Was ist Glas?

16 Hauptbestandteil: SiO 2 (s)Hauptbestandteil: SiO 2 (s) Nebenbestandteile:Nebenbestandteile: –B 2 O 3 (s) –Al 2 O 3 (s) –... –Na 2 O (s) –K 2 O (s) –CaO (s) –...

17 Was ist Glas? Hauptbestandteil: SiO 2 (s)Hauptbestandteil: SiO 2 (s) Nebenbestandteile:Nebenbestandteile: –B 2 O 3 (s) –Al 2 O 3 (s) –... –Na 2 O (s) –K 2 O (s) –CaO (s) –... Trennstellenbildner Netzwerkbildner

18 Was ist Glas? Netzwerkbildner (Glasbildner):Netzwerkbildner (Glasbildner): –saure Oxide –bilden molekulare Grundstruktur (ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk) –können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B. Quarzglas ist reines SiO 2 ) Trennstellenbildner (Netzwerkwandler):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) Quarzglas Normalglas + CaO/Na 2 O/...

20 Versuch 1: Reduktion von Glas mit Aluminium

21 Auswertung:Auswertung: –Aluminium reduziert das Silicium in der Glasstruktur Versuch 1: Reduktion von Glas mit Aluminium Silicium – dabei wird das Aluminium oxidiert (Reduktionsmittel)

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

23 Was ist Glas? Glas Glas !!!Glas Glas !!! –Natron-Kalk-Gläser (Normalglas) 75,5 SiO 2(s) ; 12,9 Na 2 O (s) ; 11,6 CaO (s) gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas –Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO 2(s) ; 14,1 K 2 O (s) ; 6,7 CaO (s) ; 2,3 Na 2 O (s) ; 0,5 As 2 O 5(s) ; 0,1 Al 2 O 3(s) ; 0,3 SO 3(s) Gläser für feingeschliffene Gegenstände Gläser für feingeschliffene Gegenstände –Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 SiO 2(s) ; 8,5 Al 2 O 3(s) ; 4,6 B 2 O 3(s) ; 7,7 Na 2 O (s) ; 3,9 BaO (s) ; 0,8 CaO (s) ; 0,1 MgO (s) gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig –Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO 2(s) ; 32 PbO (s) ; 11,4 K 2 O (s) ; 0,1 Al 2 O 3(s) ; 0,5 As 2 O 5(s) Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen

24 Was ist Glas? Glas Glas !!!Glas Glas !!! –Natron-Kalk-Gläser (Normalglas) 75,5 SiO 2(s) ; 12,9 Na 2 O (s) ; 11,6 CaO (s) gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas –Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO 2(s) ; 14,1 K 2 O (s) ; 6,7 CaO (s) ; 2,3 Na 2 O (s) ; 0,5 As 2 O 5(s) ; 0,1 Al 2 O 3(s) ; 0,3 SO 3(s) Gläser für feingeschliffene Gegenstände Gläser für feingeschliffene Gegenstände –Bor-Tonerde-Gläser (Jenaer Glas oder Duran-Glas) 74,5 SiO 2(s) ; 8,5 Al 2 O 3(s) ; 4,6 B 2 O 3(s) ; 7,7 Na 2 O (s) ; 3,9 BaO (s) ; 0,8 CaO (s) ; 0,1 MgO (s) gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig gegen Chemikalien und große Temp.-Differenzen beständig –Kali-Blei-Gläser (Bleikristallglas) 56 SiO 2(s) ; 32 PbO (s) ; 11,4 K 2 O (s) ; 0,1 Al 2 O 3(s) ; 0,5 As 2 O 5(s) Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen

25 4.Herstellung in der Schule

26 Demonstration 2: selbst hergestelltes Glas

27 Simon-Müller-Ofen auf °C vorheizenSimon-Müller-Ofen auf °C vorheizen in einer Porzellanschale werden gemischt:in einer Porzellanschale werden gemischt: –26,7 g H 3 BO 3(s) (Borsäure) –8,2 g K 2 CO 3(s) (Kaliumcarbonat) –4,5 g Na 2 CO 3(s) (Natriumcarbonat) –4,2 g CaCO 3(s) (Calciumcarbonat) –2,5 g Seesand (enthält SiO 2(s) ) –1 Spatelspitze MnO 2(s) (Braunstein) Porzellanschale in den Simon- Müller-Ofen stellen und ca. 2 h lang bei °C glühenPorzellanschale in den Simon- Müller-Ofen stellen und ca. 2 h lang bei °C glühen Demonstration 2: selbst hergestelltes Glas

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

29 für die Schule: Ergebnis ist berechenbar, variabel, trotzdem zuverlässigErgebnis ist berechenbar, variabel, trotzdem zuverlässig Dauer: ca. 180 MinutenDauer: ca. 180 Minuten Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. IIEinsatz: Schülerversuch ab der Sek. II Themengebiete: Glas, Schmelzen,...Themengebiete: Glas, Schmelzen,...

30 Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen

31 Magnesiastäbchen + Borax + Cr 2 O 3(s)Magnesiastäbchen + Borax + Cr 2 O 3(s) grüne Perle grüne Perle Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co 2 O 3(s)Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co 2 O 3(s) blaue Perle blaue Perle Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr 2 O 3(s)Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr 2 O 3(s) grüne Glasfläche grüne Glasfläche Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen

32 Färben von Gläsern (eine Methode) : –Cobalt-Oxide: blau –Eisen(III)-Oxide: braun –Chrom(III)-Oxide:grün –Mangan(II)-Oxide:weiß Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-hinweise beachten Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-hinweise beachten

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

34 5.Eigenschaften von Glas

35 mechanische Eigenschaften:mechanische Eigenschaften: –zug- und druckfest –unbiegsam elektrische Eigenschaftenelektrische Eigenschaften elektrisch hoch isolierend elektrisch hoch isolierend Eigenschaften von Glas

36 T g := Schmelzbereich statt SchmelzpunktT g := Schmelzbereich statt Schmelzpunkt (auch Transformationstemperatur, Erweichungstemperatur oder Glaspunkt genannt) unterhalb von T g : starrunterhalb von T g : starr oberhalb von T g : plastisch (verformbar)oberhalb von T g : plastisch (verformbar) allgemein gilt:allgemein gilt: Je mehr Trennstellen, desto niedriger T g. Eigenschaften von Glas

37 Versuch 2: Bearbeiten von Glas

38 Auswertung: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/innenErgebnis ist abhängig vom Geschick der Schüler/innen Dauer: sehr variabelDauer: sehr variabel Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. IEinsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Themengebiete: Glas, unterkühlte SchmelzenThemengebiete: Glas, unterkühlte Schmelzen

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

42 Versuch 3: thermisch gespanntes Glas

43 Auswertung:Auswertung: –Spannung entsteht, weil zunächst die Wärme im äußeren Bereich der Träne vom Wasser abgeführt wird schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas –dadurch verringert sich außen das Volumen, innen nicht Spannung entsteht Spannung entsteht –durch Abkneifen des Schwänzchens werden diese Spannungen freigesetzt

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

45 Eigenschaften von Glas Glas ist ein schlechter Wärmeleiter: wirkt wärmeisolierendwirkt wärmeisolierend keine (sehr geringe) Wärmeleitfähigkeit keine (sehr geringe) Wärmeleitfähigkeit Infrarot-Strahlung wird gespeichertInfrarot-Strahlung wird gespeichert

46 Versuch 4: Absorption von IR- Strahlung

47 Auswertung: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 HeizplattenErgebnis abhängig von der Gleichheit der Thermometer und der Heizplatten Dauer: ca. 30 MinutenDauer: ca. 30 Minuten Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. IEinsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Themengebiete: Glas, Leit- fähigkeiten (Elektrochemie),...Themengebiete: Glas, Leit- fähigkeiten (Elektrochemie),...

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

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

51 Versuch 5: Ätzen von Glas

52 Chemi- kalie Summen- formel R-SätzeS-Sätze Gefahren- symbol Schule Calcium- fluorid (Fluss- spat) CaF 2(s) keinekeinekeinealle Schwefel- säure (konz.) H H 2 SO 4(aq) C: ätzend Sek. II Fluor- wasser- stoff- säure (Flusssre.) HF (aq) 26/27/ /2-7/ / T + : sehr giftig C: ätzend Lehrer Silicium- tetra- fluorid SiF 4(g) T: giftig C: ätzend Lehrer

53 Versuch 5: Ätzen von Glas Auswertung:Auswertung: –Abzug und Handschuhe! –aus den zunächst harmlosen Stoffen entsteht eine sehr giftige Verbindung keine Redox-Reaktion keine Redox-Reaktion –Flusssäure greift die Oberfläche des Objektträgers an Reaktion ist reversibel (SiO 2(s) als Niederschlag am Objektträger) Reaktion ist reversibel (SiO 2(s) als Niederschlag am Objektträger)

54 Versuch 5: Ätzen von Glas für die Schule: Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich spannend variierenErgebnis ist zuverlässig und lässt sich spannend variieren Dauer: ca. 25 MinutenDauer: ca. 25 Minuten Einsatz: Lehrerversuch!Einsatz: Lehrerversuch! Themengebiete: Glas, Oberflächen, Säuren-Base-Chemie,...Themengebiete: Glas, Oberflächen, Säuren-Base-Chemie,...

55 Versuch 6: Wasserbeständigkeit

56 Chemi- kalie Summen- formel R-SätzeS-Sätze Gefahren- symbol Schule Phenolph- thalein C C 20 H 14 O 4(l)keinekeinekeinealle Chemikalien Chemikalien

57 Versuch 6: Wasserbeständigkeit Auswertung:Auswertung: –Wasserangriff wie Säureangriff –Metallionen im Glas werden durch Protonen des Wassers ausgetauscht

58 Versuch 6: Wasserbeständigkeit für die Schule: Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich gut über die Feinheit des Glasgrießes regulierenErgebnis ist zuverlässig und lässt sich gut über die Feinheit des Glasgrießes regulieren Dauer: ca. 30 MinutenDauer: ca. 30 Minuten Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. IEinsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Themengebiete: Glas, Redox- Reaktionen,...Themengebiete: Glas, Redox- Reaktionen,...

59 Versuch 7: Oberfläche von Glas

60 Auswertung:Auswertung: –Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser Wasserstoffbrückenbindungen keine Blasenbildung möglich keine Blasenbildung möglich –Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Oberfläche ab keine WBB möglich keine WBB möglich Blasenbildung Blasenbildung –auch Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten haben diesen Effekt

61 Versuch 7: Oberfläche von Glas für die Schule: Ergebnis ist sehr schön und deutlich zu sehenErgebnis ist sehr schön und deutlich zu sehen Dauer: ca. 10 MinutenDauer: ca. 10 Minuten Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. IEinsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Themengebiete: Glas, Wasser, Oberflächenchemie, WBB,...Themengebiete: Glas, Wasser, Oberflächenchemie, WBB,...

62 6.Allgemeine Schulrelevanz

63 Jahrgang 12, 2. HalbjahrJahrgang 12, 2. Halbjahr Werkstoffe natürliche und synthetische Makromoleküle und Feststoffgitter Werkstoffe natürliche und synthetische Makromoleküle und Feststoffgitter Glas (Geschichte, Herstellung, Struktur): keramische Werkstoffe Glas (Geschichte, Herstellung, Struktur): keramische Werkstoffe keine Änderungen bei Umstellung auf G8keine Änderungen bei Umstellung auf G8 sehr alltagsbezogensehr alltagsbezogen fachübergreifender Unterricht mit den Fächern Physik, Kunst,...fachübergreifender Unterricht mit den Fächern Physik, Kunst,... Allgemeine Schulrelevanz

64 7.Zusammenfassung

65 Glas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich mit hoher BedeutungGlas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich mit hoher Bedeutung Glas ist eine nicht-kristalline, unterkühlte SchmelzeGlas ist eine nicht-kristalline, unterkühlte Schmelze Glas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierendGlas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierend besitzt einen Schmelzbereich (T g )besitzt einen Schmelzbereich (T g ) Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure und starken LaugenGlas wird merklich angegriffen von Flusssäure und starken Laugen Glas ist säure- und wasserbeständigGlas ist säure- und wasserbeständig Glas wird verformbar, wenn man es erwärmt (Viskosität fällt)Glas wird verformbar, wenn man es erwärmt (Viskosität fällt) und: Heißes Glas sieht aus wie kaltes Glas!und: Heißes Glas sieht aus wie kaltes Glas! Zusammenfassung

66 Danke für die Aufmerksamkeit!!!

67 8. Literatur [1]GESTIS-Stoffdatenbank [2]SOESTER Liste [3]www.chids.de ( ) [4]http://www.kultusministerium.hessen.de ( [5]http://vision2form.nl/glas_geschichte.html ( ) [6]http://benjamin.stangl- taller.at/REISEN/BAERNBACH96/BaernbachBlaeser.jpg ( ) [7]http://www.chemieunterricht.de ( ) [8]http://www.otterstedt.de/atm/silvering.html ( ) [9]http://www.solarserver.de/l8mimages/wacker_silizium.jpg ( ) [10]http://www.glaskunstwerkstatt.at/images/aetzung- detail.jpg ( )


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