ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК «Стекло — современный конструкционный материал»   Игрой можно воспользоваться для образовательных целей.                                                      Гербер Спенсор

Этот урок учитель химии проводит совместно с учителем физики. Урок проходит в форме ролевой игры — заседания городского совета г. Усть-Лабинска.

Цели  урока:

Совершенствование представлений учащихся о физико-химических свойствах стекла. Воспитание экологической культуры. Ориентирование учащихся в выборе профессии.

Учитель химии.

Известно: химия – наука

О веществах, о веществах.

Прощай, губительная скука,

Займемся химией в стихах!

Цвет, запах, твердость, растворимость,

Все вместе – свойства вещества.

Но есть еще необходимость

Знать суть веществ и их родства.

Выступление мэра города:

На заседании городского совета решается вопрос о строительстве завода по производству стекла в нашем городе. Перспектива создания новых рабочих мест вызывает одобрение местных жителей, но они опасаются возможного ухудшения условий жизни в городе. Сегодня нам предстоит решить вопрос, нужен ли городу стекольный завод.

Слово руководителю отдела химии и физики  проектного НИИ.

Задача химической промышленности состоит в то, чтобы изменять природные материалы так, чтобы сделать их полезными. Большинство людей не видят этих превращений и даже не представляют себе, как они происходят, не понимают, как работают химические предприятия в целом. Но ведь промышленность — это наш социальный партнер, и ответственность за производство химических продуктов с минимальным риском и к общей выгоде лежит на всех. Познакомимся с работой стекольного завода.

Выступления представителей  городского совета:

1 представитель:

Первый стекольный завод в России был построен в 1736 г. близ Воскресенска под Москвой. Курировал его работу М. В. Ломоносов, который писал о стекле:

Пою перед Тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, не злату, но Стеклу.

 В «письме о пользе стекла»  М.В. Ломоносов писал: «Чего и сильный огонь не может разрушить; стекло им рождено, огонь его родитель». В толковом словаре Ожегова читаем: «стекло — прозрачный твердый материал, полученный из кварцевого песка и оксидов ряда металлов.» Химик добавит, что существуют четыре типа стекла: жидкое, или растворимое, типичное, кварцевое и органическое. Наш завод планирует выпуск силикатного стекла, поэтому познакомимся с его свойствами.

2 представитель:

Жидкое стекло (концентрированные растворы силикатов натрия и калия) получают сплавлением оксида кремния (IV) со щелочами или карбонатами.

Учащийся пишет на доске уравнение:

Учащиеся выполняют лабораторный опыт № 1 — исследуют среду жидкого стекла индикаторной бумагой. Бумага показывает сильнощелочную среду.

Учитель химии пишет на доске уравнение гидролиза:

Пропитанные жидким стеклом  изделия из дерева и тканей плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций.

Учитель химии демонстрирует эксперимент.

Он одновременно вносит в пламя спир­товки два образца ткани. Ткань, пропитанная жидким стеклом, не загорается, другой образец горит.

Чтобы стекло было нерастворимым в воде, в него вводят третий компонент — известняк СаСО₃. Процесс получения обычного стекла выражается уравнением:

3 представитель:

Типичные стекла подразделяются на:

• оконное и бутылочное;

• оптическое  (с высоким показателем преломления, используется для изготовления оптических линз и декоративного стекла);

• Лабораторное:  (с низким коэффициентом  теплового  расширения, используется для изготовления лабораторной и кухонной посуды);

• биостекло (совместимое с костной тканью, используется как покрытие для хирургических имплантатов).

 4 представитель:

Где же используется оптическое стекло?

Далее один учащийся рассказывает о линзах и лупах, а второй — о микроскопах. В оптических приборах: фотоаппаратах, фильмоскопах, микроскопах, очках — применяются стекла, ограниченные двумя сферическими поверхностями (одна из поверхностей может быть плоской),— линзы. Одни линзы собирают проходящий свет — их называют собирающими, другие рассеивают — рассеивающие. С помощью лупы, располагая предмет на различных расстояниях, можно получить отчетливое уменьшение или увеличение объекта.

5 представитель:

При помощи других приборов можно наблюдать за удаленными предметами, отчетливо рассматривая детали: подробные рельефы поверхности Луны, огромное число звезд и туманностей во Вселенной. Такие приборы (телескопы, бинокли) как бы приближают к нам рассматриваемые предметы. Максимальное увеличение лупы — 30-40 раз. Чтобы получить увеличение порядка 500-600 раз, пользуются более сложным оптическим прибором — микроскопом. Его оптическая система состоит из двух линз. Одна из них, с малым фокусным расстоянием, обращена к предмету наблюдения. Она играет роль лупы и называется окуляром. Объективы микроскопов неподвижны в трубе (тубусе), а окуляр можно передвигать и заменять другими. Микроскоп с максимальным увеличением до 100 раз применяют для биологических исследований, есть микроскопы для изучения металлов, минералов.

Учащиеся выполняют лабораторный опыт  № 2.

Рассматривают через лупу образец песка, который добывают в Усть-Лабинске. В нем содержание кварцита (бесцветных, сверкающих песчинок) мало, поэтому песок для варки стекла следует обогащать.

6 представитель

Фотохромные стека при облучении ультрафиолетовым светом темнеют, после прекращения действия света опять просветляются. Это боросиликатные стекла с равномерным включением кристалликов галогенидов серебра. При ярком солнечном освещении такие стекла темнеют вследствие протекания реакции разложения галогенида серебра, приводящей к освобождению чистого серебра, но в помещении, в тени или в сумерках катионы серебра снова соединяются с гало-генид-анионами, образуя прозрачные соли серебра. Стекло опять пропускает свет.

Помимо утилитарного применения (в солнцезащитных очках) такие стекла — отличный материал для запоминающих устройств компьютеров.

Учитель физики. В 60-е гг. XX в. появилась новая отрасль техники - волоконная оптика, основанная на явлении полного отражения света внутри стеклянных волокон.

Рассмотрим схему следующего опыта. Пусть луч света переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду. Мы наблюдаем падающий луч и преломленный. При увеличении угла падения яркость преломленного луча уменьшается, но зато появляется отраженный луч (а). Если же угол падения луча равен некоторому углу ά, названному предельным, или превышает его, свет не выходит за пределы первой среды (б):

Свет либо распространяется внутри в­рой среды вдоль поверхности раздела сред, либо целиком отражается от нее. Это явление называют явлением полного внутреннего отражения света. Для стекла ά = 42°.

Подобное отражение света происходит и в том случае, если на торец изогнутого стеклянного стержня направить луч света.

Учитель демонстрирует опыт со световодом.

Сам стержень слабо освещен, зато торец светится ярким зеленым светом. Почему? Потому что стекло, из которого изготовлен стержень, низкого сорта, содержит примеси железа, придающие ему зеленый цвет. А что происходит внутри стержня? Если луч света, входящий в один конец стержня, уже в начале изгиба падает на его внутреннюю поверхность под углом большим предельного, происходит полное внутреннее отражение света. Очевидно, что чем тоньше стержень, тем большее число отражений претерпевает свет и тем меньше потери света внутри стержня. Оказалось, что тонкая нить диаметром 0,005 см, изготовленная из кварцевого стекла с добавками германия, бора и титана, является самой прозрачной. Оптическое волокно — это стеклянная нить, покрытая тонкой пленкой из материала с меньшим коэффициентом преломления, чем у стекла. Так были созданы высокопрозрачные, гибкие волокна, появилось средство для подсветки в труднодоступных местах, для эндоскопии.

На этом явлении основана волокнооптическая лазерная связь. Она обеспечивает ничтожно малое затухание сигнала в волокне, во много раз меньше, чем у проводных линий.

Ее высочайшая пропускная способность кажется фантастической. По такому каналу полный текст какой-либо энциклопедии проскочит меньше чем за 1 с. Кроме того, волоконным линиям не нужна тяжелая и дорогая экранировка от электромагнитных воздействий.

7 представитель:

Всем известна детская игрушка, которую называют калейдоскопом: горсточка пестрых осколков стекла отражается в трех плоских зеркацах, образуются удивительно красивые фигуры, разнообразно меняющиеся при повороте калейдоскопа. Долго калейдоскоп был лишь игрушкой, в наши дни его узоры используют для создания орнаментов обоев, ковров, тканей. Поэт Михаил Щербаков так сказал о нем:

Не угодно ль, вот оптический прибор нехитрый,

Так, система трех зеркал в цилиндре

Плюс цветные пустяки...

На свет ее направь,

Ну, чем тебе не явь?!

8 представитель:

В калейдоскопе использованы стекла различного цвета. Для их получения в стекло искусственно вводят добавки: оксид кобальта позволяет получить синий цвет, оксид хрома(III) — изумрудно-зеленый, оксид марганца(II) — фиолетовый, соединения Fе₂— зеленый. М. В. Ломоносов возродил в России древнее искусство мозаики из цветного стекла, в его мастерской было создано 40 мозаик, до наших дней сохранились 24.

Учащиеся выполняют лабораторный опыт 3.

Чтобы сделать оконное стекло матовым, они дважды наносят на него кистью смесь порошкообразного мела с жидким стек­лом. Эта смесь служит основой огнеупорной замазки. Она склеивает стекла и фарфор.

Примеси искусственно вводят для получения цветного стекла. В других случаях введением примесей добиваются изменения свойств стекла. Например, стекло, содержащее оксид кадмия, задерживает нейтроны, оксид свинца (II) — рентгеновские лучи, оксиды ванадия — ультрафиолетовый свет.

Стекло — аморфное вещество. Ионы металла без какой-либо четкой последовательности располагаются в пустотах силикатной сетки, поэтому стекло, в противоположность кристаллу, не обладает определенной температурой плавления, а в процессе нагревания размягчается постепенно.

Учитель физики.

Нас окружает стеклянный мир: стекла много в любой квартире — и окна, и посуда, и зеркала, и люстры, и лампочки. А вспомним стеклянные линзы в телескопе, микроскопе, очках, объективах фотоаппаратов...

Учитывая это, а также познакомившись со свойствами и способом получения стекла, члены городского совета должны оценить отрицательные и положительные стороны проекта.

Санитарная служба:

В соответствии со сборником «Общероссийские санитарно-гигиенические и санитарно-противоэпидемические правила и нормы», утвержденным главным санитарным врачом России, сода и песок — умеренно опасные вещества, а мел — малоопасное вещество. Эти вещества действуют на организм человека фиброгенно (на легкие), поэтому всех работников снабжают респираторами или ватно-марлевыми повязками. Наибольшей фиброгенной активностью по сравнению с другими «лишенными веществами, легко образующими пыль, обладает оксид кремния. Санитарная служба предлагает разработать рекомендации по использованию и утилизации стекла в походах и экскурсиях и в домашних условиях.

Учителя выслушивают мнения школьников.

Отрицательные стороны.

• Стекло варят при большой температуре. Возможны выбросы продуктов горения в атмосферу, что загрязняет ее.

• В процессе варки стекла используют щелочь, которая может попасть в воду.

• На территории предприятия скапливаются химические отходы.

Положительные стороны.

• Завод — это дополнительные рабочие места.

• Стекло будет дешевле, чем  то, что завозят в город.

• Стекольный завод будет платить налоги, что увеличит городской бюджет.

Проводится голосование. Учащиеся голосуют сигнальными карточками: красная – не строить завод, зеленая — строить, а в заключение учащимся предлагается  тест:

1.  В состав обычного стекла входят:

а) Na₂O, SiO₂

б) Na₂0, СаО, SiO₂

в) К₂О, СаО, SiO₂

г) Na₂О, СаО, SiO₂, В₂О₃

 2.  Угол преломления меньше угла падения, если:

а) луч переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду.

б) луч переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотной среды.

в) оптические плотности сред равны.

3.  Взаимодействие карбонатов с песком в производстве стекла основано

а) на реакции обмена

б) на свойстве нелетучих оксидов (ангидридов кислот) вытеснять при сплавлении с карбонатами летучие оксиды

в) на свойстве металлов образовывать силикаты

г) на свойстве кислотных и основных оксидов взаимодействовать с образованием солей.

 4.  Оптически более плотная та из двух сред, у которой

а) скорость света меньше

б) скорость света больше

в) скорость света равна 300000 км/с. 

5. Сколько граммов силиката натрия образуется при сплавлении 100 г песка, содержащего 8% примесей, с избытком соды?

а) 1,83 г

б) 183 г

в) 18,3 г

г) 92,5 г.

6. Найти показатель преломления, если угол падения 600 , а угол преломления 300 .

Добавлено 13.03.2008г.