Das Glas Das Glas
Die tollste Erfindung seit Die tollste Erfindung seit
der Entdeckung des der Entdeckung des
Rades!!!
Rades!!!
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
1. 1. Geschichte von Glas Geschichte von Glas 2. 2. Glas im Alltag und Glas im Alltag und
seine Bedeutung seine Bedeutung
→
→ Demonstration 1Demonstration 1
3. 3. Was ist Glas? Was ist Glas?
→
→ Versuch 1 Versuch 1
4. 4. Herstellung in der Herstellung in der Schule
Schule
→
→ Demo. 2 und 3Demo. 2 und 3
5. 5. Eigenschaften von Eigenschaften von Glas Glas
→
→ Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7 Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7
6. 6. allgemeine allgemeine
Schulrelevanz Schulrelevanz
7. 7. Zusammenfassung Zusammenfassung
8. 8. Literatur Literatur
1. 1. Geschichte von Glas Geschichte von Glas
• genauso alt wie die Erde genauso alt wie die Erde
• entsteht bei hohen entsteht bei hohen Temperaturen
Temperaturen
– 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 mit
Gesteine mit
Obsidian:
Obsidian:
ein natürlich ein natürlich vorkommendes, vorkommendes, vulkanisches vulkanisches
Gesteinsglas (auch Gesteinsglas (auch
„Islandisches Agaat“)
„Islandisches Agaat“)
Geschichte von Glas Geschichte von Glas
Geschichte von Glas Geschichte von Glas
• Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und Schneidewerkzeug und Speerspitze, und Schneidewerkzeug
• verschiedene Angaben verschiedene Angaben über Zeitpunkt der
über Zeitpunkt der Entdeckung
Entdeckung
nach 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 Glas Geschichte 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 Mesopotamien
des Glasmachens in Mesopotamien
Geschichte von Glas Geschichte von Glas
• älteste Beschreibung zur Herstellung von älteste Beschreibung zur Herstellung von Glas stammt aus der Bibliothek des
Glas stammt aus der Bibliothek des
Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-626 Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-626
v. Chr.).
v. Chr.).
„„Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, 5 Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, 5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“
Teile Kreide – und du erhältst Glas.“
• um das Jahr 0: Technik zum Blasen von um das Jahr 0: Technik zum Blasen von Glas in Syrien
Glas in Syrien
• Blasrohr hat sich kaum verändert Blasrohr hat sich kaum verändert
Geschichte von Glas Geschichte von Glas
• 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplatten
Glasplatten
→ → große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!)große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!)
• 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung
von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in
Frankreich 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 Bedeutung
Bedeutung
Glas im Alltag und seine Bedeutung Glas im Alltag und seine Bedeutung
• Bedeutung von Glas in der heutigen Bedeutung von Glas in der heutigen Gesellschaft:
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 Spiegel keine Spiegel
– kein Geschirr und keine Behälter aus Glas kein Geschirr und keine Behälter aus Glas
– kein Schmuck und keine Verzierungen aus Glas kein Schmuck und keine Verzierungen aus Glas – keine Brillen keine Brillen
– keine Kameras, Mikroskope, Lupen und nichts, keine Kameras, Mikroskope, Lupen und nichts, was mit Linsen funktioniert
was mit Linsen funktioniert
– keine Fernseher (Bildröhre) keine Fernseher (Bildröhre)
Demonstration 1:
Demonstration 1:
verspiegelter
verspiegelter
Objektträger
Objektträger
Demonstration 1:
Demonstration 1: Verspiegelung eines Objektträgers Verspiegelung eines Objektträgers
• Reaktion wie „Silberspiegel“ Reaktion wie „Silberspiegel“
• seit 1856: nasschemische Glasversilberung seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig)
(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 Schulstunde) ca. 40 Minuten (eine 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 = gestaltlos griech.: amorphos = gestaltlos
– amorphe Stoffe werden als fest empfunden, ihre amorphe Stoffe werden als fest empfunden, ihre Atome folgen jedoch keiner regelmäßigen
Atome folgen jedoch keiner regelmäßigen
Ordnung (keine Fernordnung, nur Nahordnung) Ordnung (keine Fernordnung, 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: SiO Hauptbestandteil: SiO
22(s)(s)• Nebenbestandteile: Nebenbestandteile:
– B B
22O O
33(s)(s)– Al Al
22O O
33(s)(s)– ... ...
– Na Na
22O O
(s)(s)– K K
22O O
(s)(s)– CaO CaO
(s)(s)– ... ...
Was ist Glas?
Was ist Glas?
• Hauptbestandteil: SiO Hauptbestandteil: SiO
22(s)(s)• Nebenbestandteile: Nebenbestandteile:
– B B
22O O
33(s)(s)– Al Al
22O O
33(s)(s)– ... ...
– Na Na
22O O
(s)(s)– K K
22O O
(s)(s)– CaO CaO
(s)(s)– ... ...
Trennstellenbildner Trennstellenbildner
Netzwerkbildner
Netzwerkbildner
Was ist Glas?
Was ist Glas?
• Netzwerkbildner Netzwerkbildner (Glasbildner): (Glasbildner):
– saure Oxide saure Oxide
– bilden molekulare Grundstruktur (ungeordnetes, bilden molekulare Grundstruktur (ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk)
dreidimensionales Netzwerk)
– können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B. können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B.
Quarzglas ist reines SiO Quarzglas ist reines SiO
22) )
• Trennstellenbildner Trennstellenbildner (Netzwerkwandler): (Netzwerkwandler):
– basische Oxide basische Oxide
– können nur zusammen mit Netzwerk- bildnern können nur zusammen mit Netzwerk- bildnern Glas bilden
Glas bilden
– verursachen „Lücken“ in der Struktur verursachen „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 „Glas“
Reduktion von „Glas“
mit Aluminium
mit Aluminium
• Auswertung: Auswertung:
– Aluminium reduziert das Silicium in der Aluminium reduziert das Silicium in der Glasstruktur
Glasstruktur
Versuch 1:
Versuch 1: Reduktion von „Glas“ mit Aluminium Reduktion von „Glas“ mit Aluminium
Silicium
– dabei wird das Aluminium dabei wird das 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 zuverlässig Ergebnis 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-Reaktionen, Redox-Reaktionen, Metalle, ...
Metalle, ...
Was ist Glas?
Was ist Glas?
• Glas ≠ Glas !!! Glas ≠ Glas !!!
– Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)Natron-Kalk-Gläser (Normalglas) 75,5 SiO
75,5 SiO2(s)2(s); 12,9 Na; 12,9 Na22OO(s)(s); 11,6 CaO; 11,6 CaO(s)(s)
→ → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas – Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas)
76 SiO
76 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 SiO
74,5 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 ; 0,8 CaOCaO(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 SiO
56 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- vermögenGläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen
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, Fensterglas gewöhnliches 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 ; 0,8 CaOCaO(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- vermögenGläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögen
4. 4. Herstellung in der Schule Herstellung in der Schule
Demonstration 2:
Demonstration 2:
selbst hergestelltes selbst hergestelltes
Glas Glas
• 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 H H
33BO BO
3(s)3(s) (Borsäure)(Borsäure)– 8,2 g 8,2 g K K
22CO CO
3(s)3(s) (Kaliumcarbonat)(Kaliumcarbonat)– 4,5 g 4,5 g Na Na
22CO CO
3(s)3(s) (Natriumcarbonat)(Natriumcarbonat)– 4,2 g 4,2 g CaCO CaCO
3(s)3(s) (Calciumcarbonat)(Calciumcarbonat)– 2,5 g 2,5 g Seesand Seesand
(enthält SiO(enthält SiO2(s)2(s)))– 1 Spatelspitze MnO 1 Spatelspitze MnO
2(s)2(s) (Braunstein)(Braunstein)• Porzellanschale in den Simon- Müller- Porzellanschale in den Simon- Müller- Ofen stellen und ca. 2 h lang bei
Ofen stellen und ca. 2 h lang bei 1.000 °C glühen
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-Ofen
Schmelze 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 zuverlässig
trotzdem zuverlässig
• Dauer: Dauer: ca. 180 Minuten ca. 180 Minuten
• Einsatz: Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II Schülerversuch ab der Sek. II
• Themengebiete: Themengebiete: Glas, Glas, Schmelzen
Schmelzen , ... , ...
Demonstration 3:
Demonstration 3:
Borax- und Borax- und
Phosphorsalzperlen
Phosphorsalzperlen
• Magnesiastäbchen + Borax + Cr Magnesiastäbchen + Borax + Cr
22O O
3(s)3(s)→ → grüne Perle grüne Perle
• Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co
22O O
3(s)3(s)→ → blaue Perle blaue Perle
• Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr
22O O
3(s)3(s)→ → grüne Glasfläche grüne 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: braunEisen(III)-Oxide: braun – Chrom(III)-Oxide: grünChrom(III)-Oxide: grün – Mangan(II)-Oxide: weißMangan(II)-Oxide: weiß
→→ Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/- hinweise beachten
hinweise 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 Geschick
Geschick
• Dauer: Dauer: sehr variabel sehr variabel
• Einsatz: Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I (II) Schülerversuch ab der Sek. I (II)
• Themengebiete: Themengebiete: Glas, Pigmente, Glas, Pigmente, Metalloxide, ...
Metalloxide, ...
5. 5. Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas
• mechanische Eigenschaften: mechanische Eigenschaften:
– zug- und druckfest zug- und druckfest – „ „ unbiegsam“ unbiegsam“
• elektrische Eigenschaften elektrische Eigenschaften
→ → elektrisch hoch isolierend elektrisch hoch isolierend
Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas
• T T
gg:= Schmelz := Schmelz bereich bereich statt Schmelz statt Schmelz punkt punkt
(auch Transformationstemperatur, (auch Transformationstemperatur,
Erweichungstemperatur oder Glaspunkt Erweichungstemperatur oder Glaspunkt
genannt) genannt)
• unterhalb von T unterhalb von T
gg: starr : starr
• oberhalb von T oberhalb von T
gg: plastisch : plastisch („verformbar“) („verformbar“)
• allgemein gilt: allgemein gilt:
Je mehr Trennstellen, Je mehr Trennstellen,
Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas
Versuch 2:
Versuch 2:
Bearbeiten von Glas
Bearbeiten von Glas
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 werden
betrachtet werden
Versuch 2:
Versuch 2: Bearbeiten von Glas Bearbeiten von Glas
– mit Annäherung an den Schmelzbereich mit Annäherung an den Schmelzbereich fällt die Viskosität
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/innen
Schüler/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 Glas Eigenschaften von Glas
Thermische Gespanntheit
Thermische 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 Glas
gespanntes 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 vom Wärme im äußeren Bereich der Träne vom
Wasser abgeführt wird Wasser abgeführt wird
→ → schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas
– dadurch verringert sich dadurch verringert sich außen außen das Volumen, das Volumen, innen nicht
innen nicht
→ → Spannung entstehtSpannung entsteht
– durch Abkneifen des „Schwänzchens“ durch Abkneifen des „Schwänzchens“
werden diese Spannungen freigesetzt
werden diese Spannungen freigesetzt
Versuch 3:
Versuch 3: thermisch gespanntes Glas thermisch gespanntes Glas
für die Schule:
für die Schule:
• Herstellung der Tränen sehr unsicher Herstellung 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 Glas Eigenschaften von Glas
Glas ist ein schlechter Glas ist ein schlechter
Wärmeleiter:
Wärmeleiter:
• wirkt wärmeisolierend wirkt 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-
Strahlung
Strahlung
Versuch 4:
Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung Absorption von IR-Strahlung
• Auswertung: Auswertung:
– durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, bis die einzelnen
dauert es lange, bis die einzelnen
„Schichten“ durchgewärmt sind
„Schichten“ 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 der Ergebnis abhängig von der Gleichheit der Thermometer und der Heizplatten
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 weiteren ProtonenBildung einer Kieselgelschicht zum Schutz vor weiteren Protonen
– auch Wasser wirkt soauch Wasser wirkt so
Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas
Basen-/Laugenangriff:
Basen-/Laugenangriff:
– Herauslösen von silikatischen StrukturelementenHerauslösen von silikatischen Strukturelementen
– es entsteht keine schützende Schichtes entsteht keine schützende Schicht Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas
Versuch 5:
Versuch 5: Ätzen Ätzen von Glas
von Glas
Versuch 5:
Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas
Chemi- Chemi-
kalie
kalie Summen- Summen- formel
formel R-Sätze R-Sätze S-Sätze S-Sätze Gefahren- Gefahren- symbol
symbol Schule Schule
Calcium- Calcium- fluorid fluorid
(Fluss- (Fluss- spat) spat)
CaFCaF2(s)2(s) keinekeine keinekeine keinekeine allealle Schwefel-
Schwefel- 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 giftig giftig C: ätzend C: ätzend
Lehrer Lehrer
Silicium- Silicium-
tetra-
tetra- SiFSiF 23-3523-35 9-26-26-9-26-26- T: giftigT: giftig
Lehrer Lehrer
Versuch 5:
Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas
• Auswertung: Auswertung:
– Abzug und Handschuhe! Abzug und Handschuhe!
– aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen entsteht aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen entsteht eine sehr giftige Verbindung
eine sehr giftige Verbindung
→ → keine Redox-Reaktionkeine Redox-Reaktion
– Flusssäure greift die Oberfläche des Flusssäure greift die Oberfläche des Objektträgers an
Objektträgers an
→ → Reaktion ist reversibel (SiOReaktion ist reversibel (SiO2(s)2(s) als Niederschlag am als Niederschlag am Objektträger)
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-
Oberflächen, Säuren-Base-
Versuch 6:
Versuch 6:
Wasserbeständigkeit
Wasserbeständigkeit
Versuch 6:
Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
Chemi- Chemi-
kalie
kalie Summen- Summen- formel
formel R-Sätze R-Sätze S-Sätze S-Sätze Gefahren- Gefahren- symbol
symbol Schule Schule
Phenolph- Phenolph-
thalein thalein
CC20H14O4(l)
keine
keine keinekeine keinekeine allealle
• Chemikalien Chemikalien
Versuch 6:
Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
• Auswertung: Auswertung:
– Wasserangriff Wasserangriff
wie Säureangriff wie Säureangriff
– Metallionen im Glas werden durch Metallionen im Glas werden durch
Protonen des Wassers ausgetauscht
Protonen des Wassers ausgetauscht
Versuch 6:
Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit
für die Schule:
für die Schule:
• Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich gut Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich gut über die Feinheit des „Glasgrießes“
über die Feinheit des „Glasgrießes“
regulieren regulieren
• 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-
Versuch 7:
Versuch 7:
Oberfläche von Glas
Oberfläche von Glas
Versuch 7:
Versuch 7: Oberfläche von Glas Oberfläche von Glas
• Auswertung: Auswertung:
– Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser Wasserstoffbrückenbindungen
Wasserstoffbrückenbindungen
→ → keine Blasenbildung möglich keine Blasenbildung möglich
– Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Oberfläche ab
Oberfläche ab
→ → keine WBB möglich keine WBB möglich
→ → Blasenbildung Blasenbildung
– auch Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten auch Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten haben diesen Effekt
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 sehen
sehen
• 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 Schulrelevanz Allgemeine Schulrelevanz
• Jahrgang 12, 2. Halbjahr Jahrgang 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 Werkstoffe keramische Werkstoffe
• keine Änderungen bei Umstellung auf G8 keine Änderungen bei Umstellung auf G8
• sehr alltagsbezogen sehr alltagsbezogen
• fachübergreifender Unterricht fachübergreifender Unterricht mit den Fächern Physik, Kunst, ...
mit den Fächern Physik, Kunst, ...
Allgemeine Schulrelevanz Allgemeine Schulrelevanz
7. 7. Zusammenfassung Zusammenfassung
• Glas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich Glas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich mit hoher Bedeutung
mit hoher Bedeutung
• Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“ Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“
Schmelze Schmelze
• Glas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierend Glas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierend
• besitzt einen Schmelz besitzt einen Schmelz bereich bereich (T (T
gg) )
• Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure und Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure und starken Laugen
starken Laugen
• Glas ist säure- und wasserbeständig Glas 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 Glas! Heißes Glas sieht aus wie kaltes Glas!
Zusammenfassung Zusammenfassung
Danke für die Danke für die
Aufmerksamkeit!!!
Aufmerksamkeit!!!
8. Literatur 8. 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-http://benjamin.stangl-
taller.at/REISEN/BAERNBACH96/BaernbachBlaeser.jpg taller.at/REISEN/BAERNBACH96/BaernbachBlaeser.jpg (01.12.2008)
(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 (01.12.2008)http://www.otterstedt.de/atm/silvering.html (01.12.2008) [9][9] http://www.solarserver.de/l8mimages/wacker_silizium.jpg http://www.solarserver.de/l8mimages/wacker_silizium.jpg
(31.11.2008) (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)