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

Das GlasDas GlasDie tollste Erfindung Die tollste Erfindung seit der Entdeckung seit der Entdeckung

des Rades!!!des Rades!!!

InhaltsverzeichInhaltsverzeichnisnis1.1. Geschichte von GlasGeschichte von Glas

2.2. Glas im Alltag und Glas im Alltag und seine Bedeutungseine Bedeutung→ → Demonstration 1Demonstration 1

3.3. Was ist Glas?Was ist Glas?→ → Versuch 1 Versuch 1

4.4. Herstellung in der Herstellung in der SchuleSchule→ → Demo. 2 und 3Demo. 2 und 3

5.5. Eigenschaften von Eigenschaften von GlasGlas→ → Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7 Versuch 2, 3, 4, 5, 6, 7

6.6. allgemeine allgemeine SchulrelevanzSchulrelevanz

7.7. ZusammenfassungZusammenfassung

8.8. LiteraturLiteratur

1.1. Geschichte von GlasGeschichte von Glas

• genauso alt wie die Erdegenauso alt wie die Erde

• entsteht bei hohen entsteht bei hohen

TemperaturenTemperaturen– 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 mitGesteine mit

Obsidian:Obsidian:

ein natürlich ein natürlich vorkommendes, vorkommendes, vulkanisches vulkanisches Gesteinsglas (auch Gesteinsglas (auch „Islandisches Agaat“)„Islandisches Agaat“)

Geschichte von GlasGeschichte von Glas

Geschichte von GlasGeschichte von Glas

• Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- Benutzung in der Jungsteinzeit als Pfeil- und Speerspitze, und und Speerspitze, und SchneidewerkzeugSchneidewerkzeug

• verschiedene Angaben verschiedene Angaben

über Zeitpunkt der über Zeitpunkt der

EntdeckungEntdeckungnach 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 GlasGeschichte 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 Mesopotamiendes Glasmachens in Mesopotamien

Geschichte von GlasGeschichte von Glas

• älteste Beschreibung zur Herstellung älteste Beschreibung zur Herstellung von Glas stammt aus der Bibliothek des von Glas stammt aus der Bibliothek des Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-Assyrischen Königs Ashurbanipal (669-626 v. Chr.). 626 v. Chr.). „„Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen,

5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“5 Teile Kreide – und du erhältst Glas.“

• um das Jahr 0: Technik zum Blasen von um das Jahr 0: Technik zum Blasen von Glas in SyrienGlas in Syrien

• Blasrohr hat sich kaum verändert Blasrohr hat sich kaum verändert

Geschichte von GlasGeschichte von Glas

• 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion 11. Jhd. n. Chr.: Technik zur Produktion von Glasplattenvon Glasplatten→ → große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter große Bedeutung für Bequemlichkeit im Mittelalter (Luxus!!!)(Luxus!!!)

• 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung 17. Jhd. n. Chr.: Idee zur Verspiegelung von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV von Glas unter König Ludwig (Louis) XIV in Frankreichin 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 BedeutungBedeutung

Glas im Alltag und seine BedeutungGlas im Alltag und seine Bedeutung

• Bedeutung von Glas in der Bedeutung von Glas in der heutigen Gesellschaft:heutigen 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 Spiegelkeine Spiegel– kein Geschirr und keine Behälter aus Glaskein Geschirr und keine Behälter aus Glas– kein Schmuck und keine Verzierungen aus kein Schmuck und keine Verzierungen aus

GlasGlas– keine Brillenkeine Brillen– keine Kameras, Mikroskope, Lupen und keine Kameras, Mikroskope, Lupen und

nichts, was mit Linsen funktioniertnichts, was mit Linsen funktioniert– keine Fernseher (Bildröhre)keine Fernseher (Bildröhre)– ......

Demonstration 1: Demonstration 1: verspiegelter verspiegelter ObjektträgerObjektträger

Demonstration 1:Demonstration 1: Verspiegelung eines Objektträgers Verspiegelung eines Objektträgers

• Reaktion wie „Silberspiegel“Reaktion wie „Silberspiegel“

• seit 1856: nasschemische seit 1856: nasschemische Glasversilberung (Justus von Liebig)Glasversilberung (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 ca. 40 Minuten (eine Schulstunde) 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 = gestaltlosgriech.: amorphos = gestaltlos– amorphe Stoffe werden als fest empfunden, amorphe Stoffe werden als fest empfunden,

ihre Atome folgen jedoch keiner ihre Atome folgen jedoch keiner regelmäßigen Ordnung (keine Fernordnung, regelmäßigen Ordnung (keine Fernordnung, nur Nahordnung)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: SiOHauptbestandteil: SiO22(s)(s)

• Nebenbestandteile:Nebenbestandteile:– BB22OO33(s)(s)

– AlAl22OO33(s)(s)

– ......

– NaNa22OO(s)(s)

– KK22OO(s)(s)

– CaOCaO(s)(s)

– ......

Was ist Glas?Was ist Glas?

• Hauptbestandteil: SiOHauptbestandteil: SiO22(s)(s)

• Nebenbestandteile:Nebenbestandteile:– BB22OO33(s)(s)

– AlAl22OO33(s)(s)

– ......

– NaNa22OO(s)(s)

– KK22OO(s)(s)

– CaOCaO(s)(s)

– ......

TrennstellenbildnerTrennstellenbildner

NetzwerkbildnerNetzwerkbildner

Was ist Glas?Was ist Glas?

• NetzwerkbildnerNetzwerkbildner (Glasbildner): (Glasbildner):– saure Oxidesaure Oxide– bilden molekulare Grundstruktur bilden molekulare Grundstruktur

(ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk)(ungeordnetes, dreidimensionales Netzwerk)– können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B. können ohne Zusätze ein Glas erzeugen (z. B.

Quarzglas ist reines SiOQuarzglas ist reines SiO22))

• TrennstellenbildnerTrennstellenbildner (Netzwerkwandler): (Netzwerkwandler):– basische Oxidebasische Oxide– können nur zusammen mit Netzwerk- können nur zusammen mit Netzwerk-

bildnern Glas bildenbildnern Glas bilden– verursachen „Lücken“ in der Strukturverursachen „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 Reduktion von

„Glas“ mit „Glas“ mit AluminiumAluminium

•Auswertung:Auswertung:– Aluminium reduziert das Silicium in Aluminium reduziert das Silicium in

der Glasstrukturder Glasstruktur

Versuch 1: Versuch 1: Reduktion von „Glas“ mit Aluminium Reduktion von „Glas“ mit Aluminium

Silicium

– dabei wird das dabei wird das Aluminium 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 zuverlässigErgebnis 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-Redox-Reaktionen, Metalle, ...Reaktionen, Metalle, ...

Was ist Glas?Was ist Glas?

• Glas ≠ Glas !!!Glas ≠ Glas !!!– Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)Natron-Kalk-Gläser (Normalglas)

75,5 SiO75,5 SiO2(s)2(s); 12,9 Na; 12,9 Na22OO(s)(s); 11,6 CaO; 11,6 CaO(s)(s)

→ → gewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglasgewöhnliches Gebrauchsglas, Fensterglas

– Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) Kali-Kalk-Gläser (Böhmisches Kristallglas) 76 SiO76 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 SiO74,5 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 CaO0,8 CaO(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 SiO56 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- Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögenvermögen

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, Fensterglasgewöhnliches 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 CaO0,8 CaO(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- Gläser und Linsen mit starkem Lichtbrechungs- vermögenvermögen

4.4. Herstellung in der SchuleHerstellung in der Schule

Demonstration 2: Demonstration 2: selbst hergestelltes selbst hergestelltes

GlasGlas

• 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 HH33BOBO3(s)3(s) (Borsäure)(Borsäure)

– 8,2 g 8,2 g KK22COCO3(s)3(s) (Kaliumcarbonat)(Kaliumcarbonat)

– 4,5 g 4,5 g NaNa22COCO3(s)3(s) (Natriumcarbonat)(Natriumcarbonat)

– 4,2 g 4,2 g CaCOCaCO3(s)3(s) (Calciumcarbonat)(Calciumcarbonat)

– 2,5 g 2,5 g SeesandSeesand (enthält SiO(enthält SiO2(s)2(s)))

– 1 Spatelspitze MnO1 Spatelspitze MnO2(s)2(s) (Braunstein)(Braunstein)

• Porzellanschale in den Simon- Porzellanschale in den Simon- Müller-Ofen stellen und ca. 2 h Müller-Ofen stellen und ca. 2 h lang bei 1.000 °C glühenlang bei 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-OfenSchmelze

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 zuverlässigtrotzdem zuverlässig

• Dauer:Dauer: ca. 180 Minuten ca. 180 Minuten

• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. II Schülerversuch ab der Sek. II

• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Schmelzen Glas, Schmelzen, , ... ...

Demonstration 3: Demonstration 3: Borax- und Borax- und

PhosphorsalzperlenPhosphorsalzperlen

• Magnesiastäbchen + Borax + CrMagnesiastäbchen + Borax + Cr22OO3(s)3(s)

→ → grüne Perlegrüne Perle

• Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + Magnesiastäbchen + Phosphorsalz + CoCo22OO3(s)3(s)

→ → blaue Perleblaue Perle

• Magnesiarinne + Phosphorsalz + Magnesiarinne + Phosphorsalz + CrCr22OO3(s)3(s)

→ → grüne Glasflächegrüne 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: Eisen(III)-Oxide: braunbraun

– Chrom(III)-Oxide:Chrom(III)-Oxide: grüngrün

– Mangan(II)-Oxide:Mangan(II)-Oxide: weißweiß

→ → Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-Vorsicht: R-/S-Sätze und Gefahren- symbole/-hinweise beachtenhinweise 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

GeschickGeschick

• Dauer:Dauer: sehr variabel sehr variabel

• Einsatz:Einsatz: Schülerversuch ab der Sek. I Schülerversuch ab der Sek. I (II)(II)

• Themengebiete:Themengebiete: Glas, Pigmente, Glas, Pigmente, Metalloxide, ...Metalloxide, ...

5.5. Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas

• mechanische Eigenschaften:mechanische Eigenschaften:– zug- und druckfestzug- und druckfest– „„unbiegsam“unbiegsam“

• elektrische Eigenschaftenelektrische Eigenschaften→ → elektrisch hoch isolierendelektrisch hoch isolierend

Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas

• TTgg:= Schmelz:= Schmelzbereichbereich statt statt SchmelzSchmelzpunktpunkt

(auch Transformationstemperatur, (auch Transformationstemperatur, Erweichungstemperatur oder Glaspunkt Erweichungstemperatur oder Glaspunkt genannt)genannt)

• unterhalb von Tunterhalb von Tgg: starr : starr

• oberhalb von Toberhalb von Tgg: plastisch : plastisch („verformbar“)(„verformbar“)

• allgemein gilt: allgemein gilt: Je mehr Trennstellen, Je mehr Trennstellen,

desto niedriger Tdesto niedriger Tgg..

Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas

Versuch 2: Versuch 2: Bearbeiten von Bearbeiten von

GlasGlas

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 werdenbetrachtet werden

Versuch 2:Versuch 2: Bearbeiten von Glas Bearbeiten von Glas

– mit Annäherung an den mit Annäherung an den Schmelzbereich fällt die ViskositätSchmelzbereich 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/innenSchüler/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 GlasEigenschaften von Glas

Thermische GespanntheitThermische 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 Glasgespanntes 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 Wärme im äußeren Bereich der Träne vom Wasser abgeführt wirdvom Wasser abgeführt wird

→ → schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas schlechte Wärmeleitfähigkeit von Glas

– dadurch verringert sich dadurch verringert sich außenaußen das das Volumen, innen nichtVolumen, innen nicht

→ → Spannung entstehtSpannung entsteht

– durch Abkneifen des durch Abkneifen des „Schwänzchens“ werden diese „Schwänzchens“ werden diese Spannungen freigesetztSpannungen freigesetzt

Versuch 3:Versuch 3: thermisch gespanntes Glas thermisch gespanntes Glas

für die Schule:für die Schule: • Herstellung der Tränen sehr unsicherHerstellung 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 GlasEigenschaften von Glas

Glas ist ein schlechter Glas ist ein schlechter Wärmeleiter:Wärmeleiter:

• wirkt wärmeisolierendwirkt 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-

StrahlungStrahlung

Versuch 4:Versuch 4: Absorption von IR-Strahlung Absorption von IR-Strahlung

•Auswertung:Auswertung:

– durch die schlechte durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, Wärmeleitfähigkeit dauert es lange, bis die einzelnen „Schichten“ bis die einzelnen „Schichten“ durchgewärmt sind 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 Ergebnis abhängig von der Gleichheit

der Thermometer und der Heizplattender 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 Bildung einer Kieselgelschicht zum Schutz vor weiteren Protonenweiteren Protonen

– auch Wasser wirkt soauch Wasser wirkt so

Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas

Basen-/Laugenangriff:Basen-/Laugenangriff:

– Herauslösen von silikatischen StrukturelementenHerauslösen von silikatischen Strukturelementen

– es entsteht keine schützende Schichtes entsteht keine schützende Schicht

Eigenschaften von GlasEigenschaften von Glas

Versuch 5: Versuch 5: Ätzen Ätzen von Glasvon Glas

Versuch 5:Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas

ChemiChemi-kalie-kalie

SummeSummen-n-

formelformel

R-R-SätzeSätze

S-S-SätzeSätze

GefahreGefahren-n-

symbolsymbol

SchulSchulee

Calcium-Calcium-fluorid fluorid (Fluss-(Fluss-spat)spat)

CaFCaF2(s)2(s) keinekeine keinekeine keinekeine allealle

SchwefelSchwefel-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 giftiggiftig

C: ätzendC: ätzendLehrerLehrer

Silicium-Silicium-tetra-tetra-fluoridfluorid

SiFSiF4(g)4(g) 23-3523-35 9-26-26-9-26-26-4545

T: giftigT: giftig

C: ätzendC: ätzendLehrerLehrer

Versuch 5: Versuch 5: Ätzen von Glas Ätzen von Glas

•Auswertung:Auswertung:– Abzug und Handschuhe!Abzug und Handschuhe!– aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen aus den zunächst „harmlosen“ Stoffen

entsteht eine sehr giftige Verbindungentsteht eine sehr giftige Verbindung

→ → keine Redox-Reaktionkeine Redox-Reaktion

– Flusssäure greift die Oberfläche des Flusssäure greift die Oberfläche des Objektträgers anObjektträgers an

→ → Reaktion ist reversibel (SiOReaktion ist reversibel (SiO2(s)2(s) als Niederschlag als Niederschlag am Objektträger)am 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-Chemie, Oberflächen, Säuren-Base-Chemie, ... ...

Versuch 6: Versuch 6: WasserbeständigkeWasserbeständigke

itit

Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit

ChemiChemi-kalie-kalie

SummeSummen-n-

formelformel

R-R-SätzeSätze

S-S-SätzeSätze

GefahreGefahren-n-

symbolsymbol

SchulSchulee

PhenolphPhenolph-thalein-thalein

CC20H14O4(l)keinekeine keinekeine keinekeine allealle

• ChemikalienChemikalien

Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit

•Auswertung:Auswertung:

– Wasserangriff Wasserangriff

wie Säureangriffwie Säureangriff

– Metallionen im Glas werden durch Metallionen im Glas werden durch Protonen des Wassers Protonen des Wassers ausgetauschtausgetauscht

Versuch 6:Versuch 6: Wasserbeständigkeit Wasserbeständigkeit

für die Schule:für die Schule: • Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich Ergebnis ist zuverlässig und lässt sich

gut über die Feinheit des „Glasgrießes“ gut über die Feinheit des „Glasgrießes“ regulierenregulieren

• 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- Reaktionen, ... Reaktionen, ...

Versuch 7:Versuch 7: Oberfläche von Oberfläche von

GlasGlas

Versuch 7:Versuch 7: Oberfläche von Glas Oberfläche von Glas

•Auswertung:Auswertung:

– Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser Gläser bilden an Phasengrenze zu Wasser WasserstoffbrückenbindungenWasserstoffbrückenbindungen

→ → keine Blasenbildung möglichkeine Blasenbildung möglich

– Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Verunreinigungen (z. B. Fett) schirmen die Oberfläche abOberfläche ab

→→ keine WBB möglichkeine WBB möglich→ → BlasenbildungBlasenbildung

– auch Kratzer oder andere auch Kratzer oder andere Unregelmäßigkeiten haben diesen EffektUnregelmäßigkeiten 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

sehensehen

• 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 Allgemeine SchulrelevanzSchulrelevanz

• Jahrgang 12, 2. HalbjahrJahrgang 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 Werkstoffekeramische Werkstoffe

• keine Änderungen bei Umstellung auf G8keine Änderungen bei Umstellung auf G8

• sehr alltagsbezogensehr alltagsbezogen

• fachübergreifender Unterricht fachübergreifender Unterricht mit den Fächern Physik, Kunst, ...mit den Fächern Physik, Kunst, ...

Allgemeine SchulrelevanzAllgemeine Schulrelevanz

7.7. ZusammenfassungZusammenfassung

• Glas Luxus im Mittelalter, heute Glas Luxus im Mittelalter, heute selbstverständlich mit hoher Bedeutungselbstverständlich mit hoher Bedeutung

• Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“ Glas ist eine nicht-kristalline, „unterkühlte“ SchmelzeSchmelze

• Glas leitet keinen Strom und ist Glas leitet keinen Strom und ist wärmeisolierendwärmeisolierend

• besitzt einen Schmelzbesitzt einen Schmelzbereichbereich (T (Tgg))

• Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure Glas wird merklich angegriffen von Flusssäure und starken Laugenund starken Laugen

• Glas ist säure- und wasserbeständigGlas 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 Heißes Glas sieht aus wie kaltes

Glas!Glas!

ZusammenfassungZusammenfassung

Danke für die Danke für die Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!

!!!!

8. Literatur8. 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-taller.at/REISEN/BAERNBACH96/http://benjamin.stangl-taller.at/REISEN/BAERNBACH96/

BaernbachBlaeser.jpg (01.12.2008)BaernbachBlaeser.jpg (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 http://www.otterstedt.de/atm/silvering.html

(01.12.2008)(01.12.2008)[9][9] http://www.solarserver.de/l8mimages/http://www.solarserver.de/l8mimages/

wacker_silizium.jpg (31.11.2008)wacker_silizium.jpg (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)