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Das Glas Das Glas

Die tollste Erfindung seit Die tollste Erfindung seit

der Entdeckung des der Entdeckung des

Rades!!!

Rades!!!

(2)

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

(3)

1. 1. Geschichte von Glas Geschichte von Glas

(4)

• 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

(5)

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.

(6)

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

(7)

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

(8)

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)

(9)

2. 2. Glas im Alltag und seine Glas im Alltag und seine Bedeutung

Bedeutung

(10)

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)

(11)

Demonstration 1:

Demonstration 1:

verspiegelter

verspiegelter

Objektträger

Objektträger

(12)

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)

(13)

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, ...

(14)

3. 3. Was ist Glas? Was ist Glas?

(15)

• 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?

(16)

Was ist Glas?

Was ist Glas?

• Hauptbestandteil: SiO Hauptbestandteil: SiO

22(s)(s)

• Nebenbestandteile: Nebenbestandteile:

– B B

22

O O

33(s)(s)

– Al Al

22

O O

33(s)(s)

– ... ...

– Na Na

22

O O

(s)(s)

– K K

22

O O

(s)(s)

– CaO CaO

(s)(s)

– ... ...

(17)

Was ist Glas?

Was ist Glas?

• Hauptbestandteil: SiO Hauptbestandteil: SiO

22(s)(s)

• Nebenbestandteile: Nebenbestandteile:

– B B

22

O O

33(s)(s)

– Al Al

22

O O

33(s)(s)

– ... ...

– Na Na

22

O O

(s)(s)

– K K

22

O O

(s)(s)

– CaO CaO

(s)(s)

– ... ...

Trennstellenbildner Trennstellenbildner

Netzwerkbildner

Netzwerkbildner

(18)

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

(19)

Was ist Glas?

Was ist Glas?

Quarzgitter

schmelzen und abkühlen (oft)

Quarzglas

„Normalglas“

+ CaO/Na2O/...

(20)

Versuch 1:

Versuch 1:

Reduktion von „Glas“

Reduktion von „Glas“

mit Aluminium

mit Aluminium

(21)

• 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

(22)

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, ...

(23)

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

(24)

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

(25)

4. 4. Herstellung in der Schule Herstellung in der Schule

(26)

Demonstration 2:

Demonstration 2:

selbst hergestelltes selbst hergestelltes

Glas Glas

(27)

• 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

33

BO BO

3(s)3(s) (Borsäure)(Borsäure)

– 8,2 g 8,2 g K K

22

CO CO

3(s)3(s) (Kaliumcarbonat)(Kaliumcarbonat)

– 4,5 g 4,5 g Na Na

22

CO 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

(28)

Das sieht dann so aus:

Das sieht dann so aus:

Simon-Müller-Ofen

Schmelze Gemisch

Demonstration 2:

Demonstration 2: selbst hergestelltes Glasselbst hergestelltes Glas

(29)

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 , ... , ...

(30)

Demonstration 3:

Demonstration 3:

Borax- und Borax- und

Phosphorsalzperlen

Phosphorsalzperlen

(31)

• Magnesiastäbchen + Borax + Cr Magnesiastäbchen + Borax + Cr

22

O O

3(s)3(s)

→ → grüne Perle grüne Perle

• Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Co

22

O O

3(s)3(s)

→ → blaue Perle blaue Perle

• Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr Magnesiarinne + Phosphorsalz + Cr

22

O O

3(s)3(s)

→ → grüne Glasfläche grüne Glasfläche

Demonstration 3:

Demonstration 3: Borax- und Phosphorsalzperlen Borax- und Phosphorsalzperlen

(32)

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

(33)

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, ...

(34)

5. 5. Eigenschaften von Glas Eigenschaften von Glas

(35)

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

(36)

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

(37)

Versuch 2:

Versuch 2:

Bearbeiten von Glas

Bearbeiten von Glas

(38)

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

(39)

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

(40)

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“

(41)

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

(42)

Versuch 3:

Versuch 3:

thermisch thermisch

gespanntes Glas

gespanntes Glas

(43)

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

(44)

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

(45)

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“

(46)

Versuch 4:

Versuch 4:

Absorption von IR- Absorption von IR-

Strahlung

Strahlung

(47)

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

(48)

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), ...

(49)

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

(50)

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

(51)

Versuch 5:

Versuch 5: Ätzen Ätzen von Glas

von Glas

(52)

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

(53)

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)

(54)

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-

(55)

Versuch 6:

Versuch 6:

Wasserbeständigkeit

Wasserbeständigkeit

(56)

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

(57)

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

(58)

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-

(59)

Versuch 7:

Versuch 7:

Oberfläche von Glas

Oberfläche von Glas

(60)

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

(61)

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, ...

(62)

6. 6. Allgemeine Schulrelevanz Allgemeine Schulrelevanz

(63)

• 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

(64)

7. 7. Zusammenfassung Zusammenfassung

(65)

• 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

(66)

Danke für die Danke für die

Aufmerksamkeit!!!

Aufmerksamkeit!!!

(67)

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)

Referenzen

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