Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Udostępnij materiał Zapisz jako PDF

Codziennie, począwszy od spojrzenia przez okno, posługujesz się wyrobami ze szkła, gdy się obudzisz. A czy potrafisz określić, ile przedmiotów w twoim domu jest wykonanych z tego materiału? Dlaczego szkło mimo upływu tylu lat nadal nas fascynuje? Dlaczego wraca się do szklanych opakowań? Czy można sobie wyobrazić współczesną cywilizację bez szkła?

Już wiesz
  • że węglany po długotrwałym ogrzewaniu ulegają rozkładowi;

  • że niektóre tlenki zasadowe reagują z tlenkami kwasowymi, tworząc sole (jedyne produkty tej reakcji).

Nauczysz się
  • badać właściwości szkła;

  • wymieniać rodzaje szkła;

  • opisywać proces produkcji szkła;

  • uzasadniać zastosowanie różnych rodzajów szkła.

iEgE7gJkjR_d5e166

1. Czym jest szkło?

SzkłoszkłoSzkło jest materiałem bezpostaciowym, którego głównym składnikiem jest tlenek krzemu(IV). Otrzymuje się je w wyniku topienia piasku kwarcowego, węglanu wapnia i węglanu sodu w temperaturze ok. 1500°C. Szklistą masę ochładza się, bez krystalizacji. Rozmieszczenie podstawowych elementów strukturalnych szkła różni się od struktury kwarcu i przypomina raczej rozmieszczenie drobin w cieczy. W odróżnieniu jednak od cieczy drobiny te nie mają możliwości swobodnego przemieszczania się z powodu dużej lepkości tego materiału. Szkło ma strukturę bezpostaciowąciało bezpostaciowe (amorficzne)strukturę bezpostaciową.

RlJG2JOu4K0Hi1
Film rozpoczyna ujęcie kryształu kwarcu na czarnym tle. Obraz przechodzi we wzór sumaryczny dwutlenku krzemu, czyli kwarcu, który następnie zamienia się w model graficzny struktury kwarcu, gdzie atomy krzemu mają postać małych czarnych kulek, a atomy tlenu to większe czerwone kule. Rysunek ten przesuwa się w lewo robiąc miejsce po prawej stronie dla obrazu przypominającego strukturę ceglanego muru i napisu: Struktura kwarcu składa się w powtarzających się w przestrzeni, identycznych brył geometrycznych. W tej strukturze układ atomów jest regularny. Następuje zmiana ujęcia na widok kwarcowego tygla, który się powiększa i na tle którego pojawia się ponownie wzór kwarcu. Tym razem jednak model graficznych struktury substancji nie jest regularny, lecz chaotyczny. Rysunek ten przesuwa się w lewo robiąc miejsce po prawej stronie dla obrazu pojedynczych, ułożonych luźno cegieł i napisu: W szkle kwarcowym struktura jest ciągła, ale równocześnie nieuporządkowana, a położenie atomów w wewnętrznej strukturze szkła jest przypadkowe. W przeciwieństwie do budowy większości ciał stałych odległości między poszczególnymi atomami są znaczne. Następuje zmiana ujęcia na widok szklanki z wodą, na miejscu której pojawiają się wzory tlenku wapnia, dwutlenku krzemu i podtlenku sodu, które następnie przechodzą w strukturę szkła. W tym przypadku atomy sodu, reprezentowane przez duże zielone kulki zajmują wolne miejsca pomiędzy nieuporządkowaną siecią atomów tlenu i krzemu. ten przesuwa się w lewo robiąc miejsce po prawej stronie dla napisu: Do szkła często wprowadza się dodatkowe tlenki. Przykładem może być szkło sodowe, z którego produkuje się np. szklanki, opakowania szklane, szyby itp. Dodatek tlenku sodu powoduje zerwanie ciągłości przestrzennej struktury, co wpływa na zmianę własności fizycznych szkła. Przede wszystkim następuje obniżenie temperatury, w której szkło sodowe ulega stopnieniu. Zmniejsza to znacznie koszty jego produkcji.
RHpWeEzXuGFQw1
Film rozpoczyna obraz mapy Fenicji z czasów biblijnych, odpowiadające mniej więcej terenom obecnego Libanu. Następuje zbliżenie południowej części kraju, gdzie na obszarze Morza Śródziemnego pojawia się rysunek statku. Pojawia się kolisty obrazek typu lupa ze strzałką wskazującą na znajdującą się na południe od granicy państwa, nad samym wybrzeżem Górę Karmel. Animacja w oknie lupy przedstawia plażę z zachodzącym Słońcem. Po zapadnięciu ciemności na plaży pojawia się ognisko rozpalone na białych kamieniach. Ponownie pojawia się Słońce, a znika ognisko, na którego miejscu pojawiają się okrągłe szklane bryłki w kilku odcieniach zieleni i błękitu.
iEgE7gJkjR_d5e202

2. Proces produkcji szkła

Szkło jest pierwszym i najpopularniejszym tworzywem sztucznie wytworzonym przez człowieka. Szkła krzemianowego używa się do wyrobu szyb, szklanych naczyń i urządzeń optycznych. Podstawowymi surowcami do jego produkcji są: piasek kwarcowy (SiO2), wapień (CaCO3) i soda (Na2CO3). Cennym dodatkiem jest stłuczka szklana.

RaOGofzoLTN5c1
Infografika przedstawia rolę wykorzystywania stłuczki w procesie produkcji szkła. Prezentację rozpoczyna napis głoszący, że zastosowanie stłuczki ma duże znaczenie ekonomiczne, wynikające głównie ze zmniejszenia zużycia materiałów i energii. Poniżej znajduje się duże koło podzielone na sześć części. Środkową część zajmuje mniejsze, białe koło z rysunkiem rozbitej butelki. W pięciu pozostałych, wyznaczonych w regularnych odstępach i wyróżnionych różnymi barwami częściach dookoła znajdują się wyjaśnienia. Licząc od góry w kierunku ruchu wskazówek zegara są to: oszczędności energii cieplnej, ponieważ dodatek 1% stłuczki do zestawu zmniejsza teoretyczne zużycie ciepła o około osiem kilodżuli na kilogram szkła; oszczędność surowcowa, ponieważ każda tona stłuczki zastępuje około 1,2 tony czystych surowców, oszczędności gospodarowania odpadami związane z koniecznością składowania zużytych opakowań szklanych, zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i dwutlenków siarki, a także tlenków azotu i pyłów oraz zmniejszenie zużycia wody o około 50 procent.

Do podstawowej masy szklanej dodaje się często takie tlenki, jak np. tlenek glinu (zwiększa właściwości mechaniczne, chemiczne i termiczne szkła), tlenek cynku (powoduje wzrost odporności szkła na nagłe zmiany temperatury przez obniżenie współczynnika rozszerzalności cieplnej), tlenek boru (zwiększa szybkość topienia, ułatwia klarowanie oraz zmniejsza skłonność masy szklanej do krystalizacji).
Dokładnie odważone, zmielone i wymieszane surowce ogrzewa się w piecu szklarskim (wielka wanna wyłożona ogniotrwałą gliną) do temperatury 1200‑1500°C. W tak wysokiej temperaturze węglany ulegają rozkładowi:

CaCO3 temp.  CaO + CO2Na2CO3  temp.  Na2O + CO2

Powstałe tlenki metali reagują z tlenkiem krzemu(IV), tworząc mieszaninę krzemianów:

CaO + SiO2 → CaSiONa2O + SiO2 → Na2SiO3

Gorącą masę szklaną ochładza się do temperatury ok. 1000°C, wówczas uzyskuje ona lepkość odpowiednią dla wybranej metody formowania.

R14mD3rDG9Ibt1
Infografika przedstawia metody formowania szkła. Centralną część planszy zajmuje pomarańczowy okrąg z napisem Metody formowania szkła, od którego odchodzi sześć strzałek do koncentrycznie rozmieszczonych prostokątów z rysunkami i tekstem. Ich treść, licząc od góry w kierunku ruchu wskazówek zegara przedstawia się następująco: dmuchanie za pomocą piszczeli szklarskiej przy wyrobie przedmiotów artystycznych, wydmuchiwanie automatyczne za pomocą sprężonego powietrza przy wyrobie butelek, rozwłóknianie strugi masy szklanej w przypadku waty szklanej, wyciąganie masy szklanej po powierzchni stopionej cyny, czyli tak zwana metoda float używana do produkcji idealnie płaskiego szkła na potrzeby budownictwa i motoryzacji, przeciąganie pomiędzy wałkami przy wykonywaniu tafli szklanych w których dopuszczane są niewielkie zniekształcenia oraz wytłaczanie w prasach na potrzeby produkcji wyrobów stołowych i szkła optycznego.

Gotowe wyroby ogrzewa się do temperatury około 500°C i wolno ochładza. Etap ten, nazywany odprężaniem, ma na celu usunięcie naprężeń wewnętrznych. Po odprężeniu niektóre wyroby ze szkła są zdobione. Dotyczy to np. szkła kryształowego. Zdobnicy za pomocą specjalnych urządzeń i tarczy diamentowych wykonują oryginalne żłobienia (szlify), a grawerzy ręcznie tworzą niepowtarzalne obrazy (grawery). Wychłodzone wyroby szklane poddaje się procesowi uszlachetniania na zimno, dzięki któremu stają się jeszcze bardziej błyszczące. Zanim wyrób szklany trafi na sklepową półkę, jest poddawany kontroli jakości, pakowany, foliowany, magazynowany lub od razu wysyłany do odbiorcy.

Polecenie 1

Wymień zasady recyklingu szkła.

Wskazówka

Dlaczego szklane opakowania segreguje się w różnych pojemnikach albo oddzielnych workach? Jakich przedmiotów ze szkła nie wolno wrzucać do tych pojemników/worków? Dlaczego?

RzgONG5H3CMO11
Film rozpoczyna zdjęcie ostrza wykonanego z brązowego obsydianu, któremu towarzyszy podpis Epoka kamienna. Zmiana planszy na symboliczny rysunek piramid, pustyni i podążających nią karawan. Podpis pod rysunkiem głosi: około 2500 lat Przed Naszą Erą. Przesunięcie widoku i zmiana planszy na przedstawiającą łysą postać stylizowaną na starożytnego Egipcjanina trzymającego w rękach szary dzban. Po uniesieniu rąk tak, że naczynie pojawia się na tle okna widać, że dzban jest przezroczysty. Zmiana planszy na zdjęcie glinianej tabliczki zapisanej tekstem, któremu towarzyszy podpis około 630 rok Przed Naszą Erą. Zmiana planszy na przedstawiającą po lewej stronie rysunek człowieka wydmuchującego szkło za pomocą piszczeli. Po prawej stronie przedstawiony jest piec szklarski w postaci ceglanej kolumny z otworami, przez które buchają płomienie. Podpis głosi: około 250 rok Przed Naszą Erą. Zmiana planszy na rysunek przedstawiający koniec piszczeli z nadmuchaną na jej końcu nieregularną szklaną bańką. Zarówno koniec bańki, jak i jej część przylegająca bezpośrednio do piszczeli jarzą się czerwienią. Podpis pod rysunkiem głosi Około 70 rok Naszej Ery. Zmiana planszy na przedstawiającą schematyczny rysunek witraża wypełnionego czternastoma okrągłymi szklanymi krążkami, na brzegach białymi, a w środku żółtymi, pod którym widnieje napis 591 rok Naszej Ery. Zmiana planszy na przedstawiającą fragment mapy okolic Wenecji z zaznaczonymi czerwonym kolorem wyspami Murano z podpisem Od ósmego wieku. Zmiana planszy na rysunek stylizowany średniowiecznymi rycinami, a przedstawiający pracę w hucie szkła. W tle widoczny ceglany rozpalony piec, na pierwszym planie trzech robotników. Mężczyzna z lewej strony dmucha piszczelą szklaną bańkę. Mężczyzna pośrodku obcęgami odcina szklaną część z większej bańki trzymanej na innej piszczeli przez mężczyznę po prawej. Na obrazie są też naczynia i różne narzędzia. Podpis głosi: od dziesiątego do dwunastego wieku. Zmiana planszy na prezentującą rysunek ozdobnego szklanego żyrandola z kilkunastoma płonącymi świecami i podpisem: Siedemnasty wiek. Zmiana planszy na rysunek przedstawiający fabryczną produkcję butelek na taśmie. Obrazek mocno schematyczny w ciepłych barwach, formowana właśnie butelka jest biała. Podpis głosi: od dziewiętnastego do dwudziestego wieku. Zmiana planszy na zawierającą rysunek tafli szklanej wyciąganej z kadzi szklanej w górę po umieszczonych jeden nad drugim chłodzących wałkach. Ponad całą maszynerią na platformie stoi człowiek nadzorujący proces. Pozwala to ocenić skalę wielkości urządzenia, ponieważ tworzona na rysunku tafla szklana ma co najmniej pięć metrów długości. Podpis pod rysunkiem głosi 1916 rok. Zmiana planszy na rysunek stanowiący schemat procesu produkcji szkła techniką float. Linia produkcyjna zaczyna się od pieca do topienia surowców podawanych z taśmy, następnie masa szklana trafia do tak zwanej wanny float, gdzie formowana jest w płaską wstęgę stygnącą w tunelu odprężania. Wstęga ta następnie krojona jest poprzecznie w duże tafle trafiające do sztaplarki dużych płyt, albo cięte na mniejsze tafle trafiające na sztaplarkę małych płyt. Podpis pod rysunkiem: 1952 rok. Zmiana planszy na zdjęcie wiązki nici światłowodowych z jarzącymi się końcami oraz podpis 1970 rok. Zmiana planszy na schemat nakładania powłok metodą zol-żel. Przedstawia on trzy etapy nakładania powłoki. Pierwszy to zanurzanie przedmiotu wyróżnionego na schemacie kolorem pomarańczowym w roztworze nakładanej substancji, mającej na rysunku kolor zielony. Drugi etap to formowanie warstwy owego roztworu, nazywanego zolem, na przedmiocie. Trzeci etap to wyjęcie przedmiotu i odparowywanie z naniesionej na niego warstwy roztworu cieczy będącej rozpuszczalnikiem, czyli żelowanie. Zmiana planszy na rysunek przedstawiający taflę super szkła obok zapałki, prezentującej się bardzo grubo. Komentarz tekstowy głosi: Super cienkie szkło, jedna dziesiąta milimetra grubości. Podpis pod rysunkiem to 2011 rok. Zmiana planszy na rysunek świecącej strzałki z napisem EXIT wskazującej wyjście naniesionej na szklaną taflę, a podpis pod rysunkiem to 2012 rok. Zmiana planszy na grafikę przedstawiającą schematycznie pięciowarstwowe nośniki danych odczytywane przez cztery wiązki lasera. Każda warstwa przedstawiona jest przez czarną płaszczyznę pokrytą różnokolorowymi komórkami symbolizującymi dane. Podpis pod grafiką głosi 2013 rok. Zmiana planszy na animację z dużym pulsującym znakiem zapytania z podpisem A w przyszłości?
RsErkZmeeZWUo1
Aplikacja przedstawia proces produkcji szkła płaskiego w technologii float. Poszczególne etapy produkcji przedstawione są w postaci schematycznego rysunku linii produkcyjnej wiodącej od lewej do prawej strony. Poszczególne elementy procesu oznaczone są literami od a do g, których najechanie wskaźnikiem myszki powoduje wyświetlenie komentarza tekstowego. I tak literą a oznaczono podajnik mieszanki szklarskiej, a komentarz do niej głosi Załadowanie zestawu szklarskiego. Litera b oznacza piec, w którym mieszanka topiona jest w temperaturze około 1550 stopni Celsjusza. Następna komora procesu, do której mieszanka dociera wstępnie spłaszczona zawiera warstwę stopionego szkła zastygającego na powierzchni stopionej cyny o temperaturze 1100 stopni Celsjusza oznaczonej literą c. Literą d oznaczono tam natomiast dysze przeprowadzające chłodzenie szkła do powietrzem o temperaturze 600 stopni Celsjusza. Następnie tafla szkła trafia do komory oznaczonej literą e, w której dalsze chłodzenie w temperaturze 30 stopni Celsjusza przebiega na wałkach. Za tą komorą znajduje się przecinak oznaczony literą f, tnący szkło na tafle. Ostatni etap produkcji, oznaczony literą g to ustawianie i magazynowanie płyt.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
iEgE7gJkjR_d5e288

3. Właściwości szkła

Szyby okienne, szklanki, talerzyki i inne naczynia, szyby samochodowe czy różne ozdoby – to zaledwie kilka przykładów szkła używanego na co dzień. Specjalnego szkła używa się do produkcji wielkich luster teleskopowych i mikroskopów lub np. kabin prysznicowych. W ścianach budynków montuje się szkło budowlane i szklane cegły, a w kominkach – szkło żaroodporne. Szkło kuloodporne jest wytrzymałe na uderzenia pocisków, np. z karabinów maszynowych. O właściwościach szkła decydują różne czynniki, które można zmieniać, tworząc nowe produkty. Należą do nich: skład szkła, jego struktura, powierzchnia oraz rodzaje cienkich warstw nanoszonych na tę powierzchnię. W życiu codziennym najczęściej korzystamy ze szkła bezbarwnego. Barwne szkło można otrzymać przez dodanie do masy szklanej (w czasie jej topienia) związków metali ciężkich, tj.: żelaza, chromu, manganu, niklu, miedzi i innych.

R4ygogdZ7kxyA1
Aplikacja przedstawia zależność barwy szkła od składu znajdujących się w nim dodatków. W głównym oknie interfejsu po lewej stronie znajduje się rysunek butelki, która w momencie uruchomienia aplikacji jest przezroczysta i bezbarwna. Po prawej stronie pod napisem Za barwę szkła odpowiedzialne są dodatki: znajduje się pięć opisanych przycisków. Kliknięcie każdego z nich powoduje zmianę koloru butelki na odpowiedni kolor: zielony w przypadku związków żelaza i chromu, niebieski w przypadku związków miedzi i kobaltu, fioletowy w przypadku związków niklu i manganu, czerwonawy w przypadku związków selenu i miedzi oraz metalicznego złota i wreszcie żółty dla związków kadmu i siarki.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Badanie wybranych właściwości fizycznych szkła
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Jakie właściwości fizyczne wykazuje szkło?

Hipoteza

Szkło charakteryzuje się małą odpornością na różne czynniki mechaniczne i zmiany temperatury. Nie przewodzi prądu elektrycznego i ciepła.

Co będzie potrzebne
  • rurki szklane,

  • cegła,

  • kawałek grubej tkaniny,

  • młotek,

  • palnik,

  • zlewka z zimną wodą,

  • płaska bateria,

  • żarówka w oprawie,

  • przewody z zaciskami typu krokodylki.

Instrukcja
  1. Rurkę szklaną owiń szczelnie tkaniną, a następnie sprawdź wytrzymałość tej rurki na ściskanie, rozciąganie i zginanie. Połóż ją na cegle i uderz młotkiem. Przyjrzyj się otrzymanym kawałkom szkła, porównaj ich wielkość i zwróć uwagę na krawędzie.

  2. Jeden z końców szklanej rurki ogrzej w płomieniu palnika, po czym zanurz go w zlewce z zimną wodą.

  3. Szklaną rurkę umieść w płomieniu palnika i po chwili sprawdź, czy daje się ją zgiąć i rozciągnąć. Zwróć uwagę na zmianę barwy płomienia podczas ogrzewania.

  4. Zbuduj obwód elektryczny, składający się z: płaskiej baterii, żarówki w oprawie, przewodów elektrycznych zakończonych krokodylkami. Umieść w nim szklaną rurkę. Obserwuj, czy po zamknięciu obwodu płynie prąd elektryczny, czyli czy żarówka zaświeciła się, czy też nie.

Podsumowanie

Szkło bezbarwne dobrze przepuszcza światło. Wykazuje dużą odporność na ściskanie, lecz niewielką wytrzymałość na rozciąganie, zginanie i uderzenie. Wskutek uderzenia rozpada się na nieregularne kawałki o ostrych krawędziach. Szkło można stosunkowo łatwo zarysować. Nie wykazuje ściśle określonej temperatury topnienia, ale mięknie w pewnym przedziale temperatur i wówczas z łatwością może zmienić kształt. Podczas ogrzewania szkła płomień palnika barwi się na żółto. O obecności związków jakiego pierwiastka świadczy ta barwa? Po zanurzeniu gorącej rurki w zimnej wodzie szkło pęka na drobne kawałki, co oznacza, że w jego wewnętrznej strukturze powstały duże naprężenia. Szkło jest izolatorem elektrycznymizolator elektrycznyizolatorem elektrycznym, a także złym przewodnikiem ciepła. Jego przewodnictwo cieplne jest ok. 500 razy mniejsze niż miedzi.

R180HvcSVSHrc1
Film rozpoczyna ujęcie zestawu doświadczalnego składającego się z baterii płaskiej, żarówki w oprawce, przewodów połączeniowych czerwonego, niebieskiego i żółtego, statywu do którego przymocowana została szklana pałeczka oraz palnika gazowego. Jeden biegun baterii połączony jest czerwonym przewodem ze stykiem w oprawce żarówki, a drugi żółtym przewodem z lewym końcem szklanej pałeczki. Drugi styk oprawki żarówki oraz prawa strona pałeczki połączone są przewodem niebieskim. Żarówka nie świeci. W miarę komentarza prezentowane są z bliska kolejne elementy zestawu: bateria i żarówka w oprawce. Na moment zamknięty zostaje obwód w wersji prostszej, czyli z pominięciem szklanej pałeczki. Żarówka rozbłyskuje. Powrót do ujęcia całego zestawu z włączoną do obwodu szklaną pałeczką, żarówka nie świeci. Zmiana ujęcia najpierw na zbliżenie żarówki, a następnie na zbliżenie szklanej pałeczki. Zmiana ujęcia na widok zestawu z boku. Demonstrator podgrzewa pałeczkę płomieniem trzymanego w dłoni palnika. Zmiana ujęcia na widok żarówki z bliska. Żarówka ponownie rozbłyska. Powrót do ujęcia całego zestawu, zamienionego pod sam koniec filmu na zbliżenie żarzącej się pałeczki pod płomieniem gazowym.
Polecenie 2

Jakie warunki musi spełniać szkło użyte do budowy takiego obiektu, jaki powstał nad Kanionem Kolorado? Jest to szklana platforma w kształcie podkowy, wystająca 20 metrów poza krawędź urwiska. Dlaczego przed wejściem na tę platformę należy założyć specjalne ochraniacze na buty?

R14Ie1Sn9UO1g1
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., Frank Pierson (https://www.flickr.com), Gary Bembridge (https://www.flickr.com), licencja: CC BY 2.0.
Wskazówka

Dlaczego na platformie może przebywać docelowo maksymalnie 20 osób? Przypomnij sobie doświadczenie z poprzedniej lekcji, podczas którego porównywaliśmy twardość szkła okiennego i kwarcu. Jaką twardość w 10‑stopniowej skali twardości Mohsa wykazuje szkło (okienne), a jaką – kwarc?

Ciekawostka

Wytrzymałość szkła na ściskanie jest bardzo wysoka. Wynosi 1000 N/mmIndeks górny 2, czyli 1000 MPa, co oznacza, że rozbicie sześciennej szklanej kostki o długości krawędzi równej 1 cm wymaga obciążenia rzędu 10 ton.

Badanie reaktywności szkła1
Doświadczenie 2
Problem badawczy

Badanie odporności szkła na działanie wody, kwasów i wodorotlenków.

Hipoteza

Szkło jest materiałem odpornym na działanie wody, kwasów i wodorotlenków.

Co będzie potrzebne
  • kawałki potłuczonego szkła (z poprzedniego doświadczenia),

  • 4 przezroczyste pojemniki z polipropylenu,

  • kwas solny,

  • stężony roztwór wodorotlenku sodu,

  • roztwór kwasu fluorowodorowego,

  • woda.

Instrukcja
  1. Do każdego z czterech pojemników wrzucamy kawałki szkła.

  2. Do pierwszego pojemnika dodajemy wodę, do drugiego – stężony roztwór wodorotlenku sodu, do trzeciego – ok. 10% kwasu solnego, a do czwartego – roztwór kwasu fluorowodorowego.

  3. Pojemniki zakręcamy i pozostawiamy badane próbki na kilka dni.

Podsumowanie

Z chemicznego punktu widzenia szkło jest materiałem odpornym na działanie wody, wodorotlenków i kwasów. Jedynie kwas fluorowodorowy i stężone roztwory zasad mogą reagować z powierzchnią szkła, powodując jego zmatowienie.

Polecenie 3

Dlaczego szklanego pojemnika, w którym przechowujemy wodorotlenek sodu, nie należy zamykać szklanym korkiem?

Wskazówka

Który związek chemiczny jest podstawowym składnikiem szkła? Z którymi tlenkami reagują wodorotlenki?

iEgE7gJkjR_d5e484

4. Rodzaje szkła i jego zastosowanie

Szkło jest materiałem znanym i stosowanym od dawna, a jednocześnie nowoczesnym – z coraz większą przyszłością. Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się szkło: sodowe, potasowe, borowo‑krzemowe, ołowiowe – kryształowe, kwarcowe. Każdy rodzaj szkła ma określone właściwości i wynikające z nich zastosowanie.

RjAdeH0VjoJkd1
Animacja przedstawiająca charakterystykę szkła ze względu na jego skład. Slajd przedstawia słoik, niebieską szklankę i zieloną butelkę wykonane ze szkła sodowo-wapniowego, zwanego też sodowym. Jak głosi podpis, jest ono znane z doskonałej przepuszczalności światła oraz gładkiej i stosunkowo obojętnej chemicznie powierzchni. Slajd przedstawia przyrządy laboratoryjne w postaci dwóch zlewek, menzurki, kolbki stożkowej i kolbki miarowej wypełnionych różnokolorowymi cieczami. Naczynia te wykonane zostały ze szkła potasowo-wapniowego, zwanego też potasowym, które charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia. Slajd przedstawia zlewkę miarową oraz niebieską probówkę z gumowym korkiem wykonane ze szkła jenajskiego, wynalezionego w Jenie, zwanego też szkłem borowo krzemowym. Jak głosi podpis, cechuje się ono stosunkowo niską temperaturą topnienia wynoszącą około 400 stopni Celsjusza, łatwością formowania i zarazem wysoką odpornością na nagłe zmiany temperatury i wiele odczynników. Slajd przedstawia z lewej strony artystycznie wykonaną lampkę nocną ze szklaną stopką i abażurem, a z prawej bogato zdobiony lampion w barwach złota i błękitu. Tytuł planszy to Szkło kryształowe, ołowiowe. Komentarz do zdjęć głosi: wyrób zawierający tlenki ołowiu, charakteryzuje się dużą gęstością i bardzo wysokim współczynnikiem załamania światła. Ma zatem doskonały połysk i dźwięczność. Duża podatność na obróbkę pozwala na szeroki asortyment kształtów i zdobień. Skład tego szkła umożliwia wytwarzanie z niego przezroczystych osłon przed promieniowaniem rentgenowskim i promieniowaniem gamma. Slajd przedstawia narzędzia laboratoryjne: dwie kolbki, probówkę i parowniczkę. Tytuł planszy to Szkło kwarcowe, a podpis informuje, że jest to szkło uzyskane głównie z kwarcu, charakteryzujące się niewielką rozszerzalnością cieplną, dużą przepuszczalnością dla promieniowania UV oraz odpornością na działanie wielu odczynników chemicznych. Mięknie w wysokiej temperaturze, bo od 600 do 800 stopni Celsjusza, co podwyższa koszty jego wytwarzania. Dzięki swoim właściwościom szkło kwarcowe znajduje zastosowanie w produkcji sprzętu optycznego i aparatury chemicznej. Slajd przedstawia szkło optyczne na przykładzie lupy i pary okularów. Szkło optyczne charakteryzuje się bardzo dużą przejrzystością i wysokim współczynnikiem załamania światła. Właściwości te warunkują zastosowanie tego typu szkła do produkcji soczewek, pryzmatów i tym podobnych.
Ciekawostka

Innym rodzajem szkła kryształowego jest tzw. czeski kryształ. Jest to szkło sodowo‑potasowe z wyższą zawartością tlenku potasu niż sodu. Głównymi surowcami stosowanymi przy produkcji takiego szkła są: piasek szklarski, soda, potaż (węglan potasu), wapień i tlenek baru. Duży współczynnik załamania światła i wysoka jakość tego szkła powodują, że jest ono używane do wytwarzania ozdobnych naczyń i eleganckiej biżuterii.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego wyroby z czeskiego kryształu mają o wiele mniejszą masę niż wyroby wykonane ze szkła kryształowego?

Wskazówka

Które tlenki są głównymi składnikami czeskiego kryształu, a które – szkła kryształowego? Porównaj gęstości pierwiastków tworzących te tlenki.

R1IVW3CeDOhjn1
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., s58y (https://www.flickr.com), WillVision (https://www.flickr.com), Like stars (http://commons.wikimedia.org), Salsero35 (http://commons.wikimedia.org), Aurélien Mole (http://commons.wikimedia.org), Maximaximax (http://commons.wikimedia.org), Erik Burton (https://www.flickr.com), Lilly_M (http://commons.wikimedia.org), MatthiasKabel (http://commons.wikimedia.org), GOKLuLe 盧樂 (http://commons.wikimedia.org), Jean-Pol GRANDMONT (http://commons.wikimedia.org), Hannes Grobe/AWI (http://commons.wikimedia.org), Ed Uthman (https://www.flickr.com), licencja: CC BY-SA 2.0.

Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się szkło budowlane (szkło płaskie – szyby, zbrojone, hartowane, watę szklaną, szkło wodne), techniczne (szkło optyczne, laboratoryjne, elektrotechniczne, sanitarne, oświetleniowe), gospodarcze (kryształowe, naczynia żaroodporne, szkło stołowe) i opakowania szklane.
Szkło określane jako bezpieczne to: szkło hartowane, laminowane z folią lub klejone, zbrojone i inne (wzmacniane chemicznie, foliowane, szyby ognioodporne).
Dynamiczny rozwój techniki w pierwszej połowie XIX wieku wywołał konieczność dostarczenia dla przemysłu szkieł charakteryzujących się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością chemiczną i odpornością na zmiany temperatury, odpowiednią twardością powierzchniową, współczynnikiem rozszerzalności cieplnej itp. Obecne wymagania stawiane wyrobom szklanym są znacznie większe. Produkuje się m.in. szkło refleksyjne, elektroprzewodzące, ceramiczne, nieprzezroczyste, samoczyszczące. Ze szkła produkowane są wyroby takie, jak np. pustaki szklane czy wełna szklanawełna szklanawełna szklana. Włóknami ze szkła wzmacnia się tworzywa sztuczne. Powstaje wówczas materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.

R109Q2cRfDD7V1
Animacja. Zdjęcie zatytułowane: Szkło hartowane, prezentuje odłamki rozbitego szkła hartowanego w postaci bardzo drobnych okruchów. Podpis pod zdjęciem informuje, że szkło tego typu otrzymuje się dzięki powtórnemu ogrzewaniu i schłodzeniu szkła. Powierzchnia ochładza się szybciej, niż części wewnętrzne, co powoduje, że zewnętrzna powierzchnia szkła zostaje ściśnięta, a wewnętrzna rozciągnięta. Takie szkło charakteryzuje się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną i rozpada się na drobne kawałki, eliminując ryzyko skaleczenia. Zdjęcie zatytułowane: Szkło wielowarstwowe, prezentuje taflę szyby pancernej po ostrzelaniu jej z broni palnej. Widoczne są ślady po trzech pociskach, cała powierzchnia szyby jest spękana i praktycznie nieprzezroczysta, ale mimo to sama szyba jest cała. Komentarz pod zdjęciem informuje, że tego typu szkło powstaje w wyniku łączenia dwóch lub większej liczby tafli szkła płaskiego za pomocą specjalnej folii lub żywicy. Produkt taki nie rozsypuje się po rozbiciu, lecz w miejscu uderzenia powstaje splot promieniście rozchodzących się pęknięć. Stosując odpowiedni rodzaj żywicy lub folii można uzyskać szyby pancerne, czyli antywłamaniowe lub kuloodporne. Szyby wykonane z takiego szkła skutecznie chronią przed hałasem, promieniowaniem UV i stratami ciepła. Zdjęcie zatytułowane: Szkło zbrojone, prezentuje taflę szyby z zatopioną wewnątrz metalową siatką. Szyba jest pokryta siatką koncentrycznych pęknięć w miejscu silnego uderzenia, ale poza tym cała. Komentarz pod zdjęciem informuje, że szkło tego typu nie rozpryskuje się po uderzeniu za sprawą wtopionej w jego wnętrze stalowej siatki o kwadratowych oczkach wielkości prawie 13 milimetrów. Dzięki takim wzmocnieniom szkło zbrojone nadaje się do przeszkleń o podwyższonych wymogach bezpieczeństwa, np. utrzymuje obciążenie przeszkleń dachów spowodowane śniegiem. Szkło zbrojone jest ognioodporne, to znaczy że powstrzymuje rozpowszechnianie się ognia i wytrzymuje wysoką temperaturę. W razie pożaru tego typu szkło nie rozpadnie się, nawet jeśli znacznie popęka.
Ciekawostka

Szkło samoczyszczące to szkło elewacyjne wyposażone w bardzo trwałą powłokę z tlenku tytanu(IV). Wskutek oddziaływania promieni UV nagromadzone na powierzchni szkła zanieczyszczenia organiczne ulegają rozpadowi, a zabrudzenia mineralne tracą swoją przyczepność. „Osłabione” zanieczyszczenia zostają z łatwością zmyte z powierzchni szyb w czasie deszczu. „Samoczyszczenie” nie oznacza, że szkło nie wymaga w ogóle mycia, zwłaszcza w strefach o dużym zanieczyszczeniu.

Polecenie 5

Opisz, jak dzięki szybom można chronić zdrowie, życie i mienie.

Wskazówka

Jak zmniejszyć częstotliwość dźwięków, na które są bardzo wrażliwe nasze uszy (1000–5000 Hz)? Co zrobić, aby okna nie były słabym punktem naszego mieszkania? Z jakiego szkła są wykonane szyby w samochodach? Jakie szkło jest montowane w piekarnikach i kominkach, a jakie – w oknach wystawowych? Jakiego szkła powinno się używać do budowy ewakuacyjnych klatek schodowych?

Od wieków szkło gości w naszych domach nie tylko za sprawą szklarzy, którzy montowali i nadal wprawiają szyby w oknach, ale także dzięki różnym naczyniom i przedmiotom wykonanym ze szkła. Im bardziej nowoczesne wnętrze, tym więcej szklanych elementów. Wzrasta też skala zastosowania tego materiału w budownictwie.

R2GfCEf3szJqK1
Źródło: Dariusz Adryan, Nevit Dilmen (https://commons.wikimedia.org), Radomil (https://commons.wikimedia.org), PixelAnarchy (https://pixabay.com), JamesDeMers (https://pixabay.com), sbl0323 (https://pixabay.com), Republica (https://pixabay.com), HebiFot (https://pixabay.com), Mr_Incognito_ (https://pixabay.com), remodelsink (https://pixabay.com), Snapographic_com (https://pixabay.com), Hans (https://pixabay.com/), Nihis (https://pixabay.com/), ddalki3003 (https://pixabay.com), OpenClipartVectors (https://pixabay.com), Nisha Pate (http://slodive.com/), licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Lustro fenickie (w języku potocznym nazywane lustrem weneckim) to odmiana lustra, które odbija część światła, a część przepuszcza. Jest to szyba pokryta cienką warstwą metalu, zazwyczaj umieszczona między dwoma pomieszczeniami – jedno z nich jest przyciemnione, a drugie – jasno oświetlone. Osoby znajdujące się w jasno oświetlonym pomieszczeniu widzą własne odbicie. Natomiast w ciemnym pomieszczeniu światło przechodzące przez lustro ma znacznie większe natężenie niż to odbite, zatem osoby znajdujące się w nim mogą swobodnie obserwować jaśniejsze pomieszczenie jak przez szybę. Dla wzmocnienia efektu lustra fenickiego używa się czasem szyb przyciemnianych. Najbardziej znane zastosowanie tego typu szkła to okazanie świadkom osób podejrzanych. Różnica w natężeniu oświetlenia między jednym a drugim pomieszczeniem powinna wynosić 8 : 1, dzięki temu uzyskamy pożądany efekt – z jednej strony lustro, a z drugiej – zwykłe okno.

RywZs7aKGW26k1
Nagranie przedstawia zasadę działania lustra fenickiego na przykładzie telepromptera. Film rozpoczyna ujęcie kamery z nałożonym na nią teleprompterem wyświetlającym żółty tekst widoczny jedynie dla osoby znajdującej się przed kamerą. Zmiana ujęcia na rysunek przedstawiający kamerę z teleprompterem oraz filmowaną kobietę. Na rysunku wyróżniono podpisami kamerę, osłonę, lustro fenickie oraz monitor telepromptera.
iEgE7gJkjR_d5e589

Podsumowanie

  • Szkło to materiał bezpostaciowy otrzymywany przez stopienie mieszaniny piasku, węglanu sodu i węglanu wapnia oraz stłuczki. Do masy szklanej wprowadza się również dodatkowe substancje, które mają wpływ na właściwości szkła.

  • O szerokim zastosowaniu szkła w technice i w różnych dziedzinach życia decydują jego właściwości, takie jak np.: duża twardość, przezroczystość, niska przewodność cieplna i elektryczna, duża odporność chemiczna, brak ograniczeń co do kształtu.

  • Ze względu na skład chemiczny wyróżnia się szkło: sodowe, potasowe, borowo‑krzemowe, ołowiowe, kwarcowe, wodne.

  • Rodzaje szkła wyróżniane ze względu na jego przeznaczenie: budowlane, techniczne, gospodarcze, opakowaniowe.

  • Rodzajami tzw. szkła bezpiecznego są: zbrojone, hartowane, klejone, laminowane i inne.

Praca domowa
Polecenie 6.1

Korzystając z dostępnych źródeł informacji, uzasadnij tezę: „Nowoczesne szkło budowlane stwarza wiele możliwości i może zaspokoić oczekiwania nawet bardzo wymagającego klienta”. W uzasadnieniu uwzględnij właściwości i wynikające z nich zastosowanie szkła refleksyjnego, nieprzezroczystego, piankowego, polikrystalicznego. Czym charakteryzują się szyby zespolone?

Polecenie 6.2

Gęstość szkła wynosi 2,5 g/cmIndeks górny 3. Jaką masę ma tafla szkła płaskiego o powierzchni 1mIndeks górny 2 i grubości 4 mm?

iEgE7gJkjR_d5e653

Słowniczek

ciało bezpostaciowe (amorficzne)
Definicja: ciało bezpostaciowe (amorficzne)

ciało stałe, które nie ma budowy krystalicznej, charakteryzujące się chaotycznym rozmieszczeniem atomów (cząsteczek), podobnie jak w cieczach, z tą jednak różnicą, że atomy (cząsteczki) w tym przypadku nie mogą się swobodnie poruszać

izolator elektryczny
Definicja: izolator elektryczny

materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego

piszczel szklarska
Definicja: piszczel szklarska

narzędzie używane przez szklarza (hutnika) do formowania szkła; ma kształt długiej, dość cienkiej rurki; na jednym końcu znajduje się nabel, na który nabiera się z pieca roztopioną masę szkła; na drugim końcu jest ustnik, przez który wydmuchuje się nabraną masę

przewodnik elektryczny
Definicja: przewodnik elektryczny

materiał, który dobrze przewodzi prąd elektryczny

surowce szklarskie
Definicja: surowce szklarskie

piasek, soda, wapień, stłuczka szklana oraz środki barwiące

szkło
Definicja: szkło

tworzywo o nieuporządkowanej strukturze, otrzymywane w wyniku schłodzenia stopionej mieszaniny piasku kwarcowego, wapienia i sody

szkło float
Definicja: szkło float

szkło płaskie produkowane metodą „floatowania”, czyli równomiernego „rozlewania“ masy szklanej na powierzchni stopionej cyny

wełna szklana
Definicja: wełna szklana

materiał stosowany do izolacji termicznej i akustycznej, otrzymywany w wyniku topienia w temperaturze 1000°C piasku kwarcowego, stłuczki szklanej z dodatkiem skał takich jak: dolomit, wapień; roztopiony surowiec poddaje się procesowi rozwłókniania, a do otrzymanych włókien dodaje się spoiwo (np. żywice)

zestaw szklarski
Definicja: zestaw szklarski

mieszanina surowców, z których powstaje masa szklarska

iEgE7gJkjR_d5e819

Zadania

Ćwiczenie 1
R1dRzLLiM44DK1
zadanie interaktywne
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
Rpa6Gu9GNnh741
zadanie interaktywne
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
Rk3mpPR1MP6r01
zadanie interaktywne
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
RSk0bZcsj9J5S1
zadanie interaktywne
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R1XGLZLThpFZs1
zadanie interaktywne
Źródło: Grażyna Makles, licencja: CC BY 3.0.