Изучение история стекла на уроках химии

Знаете ли Вы человека, который бы не был знаком со стеклом? Думаю, нет… Каждый день мы так или иначе соприкасаемся с эти волшебным материалом, и наша жизнь без него немыслима. Как же оно появилось на свет и кто его изобрел?

Стекло известно людям около 55 веков. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Согласно раскопкам, на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. Версий о происхождении стекла много, вот некоторые из них:

• рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. Обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола (щелочь) при высокотемпературном контакте с песком дает стекловидную массу.

• другие считают стекло побочным продуктом выплавки меди.

• это была случайность, по крайней мере, так рассказывает древняя легенда в пересказе Плиния-старшего (79 - 23 гг. до н.э.). В ней говорится, что группа финикийских купцов, возвращаясь из Египта с большим грузом глыб селитры, остановилась отдохнуть на берегу реки в Сирии. Не найдя камней, чтобы поставить посуду для приготовления ужина, они решили воспользоваться глыбами из своего груза. Огонь, разложенный под массой селитры, продолжал гореть всю ночь. Утром купцы с изумлением увидели, что вместо речного песка и золы там был новый блестящий и прозрачный материал - образовалось стекло. Сирия была одним из первых мест изготовления стекла на земле (по другим версиям это был северо-запад Ирана), а финикийские торговцы продавали изделия из стекла во всех средиземноморских странах.

В любом случае, изобретение стекла в 2200 году до н. э. попало в список самых значимых открытий в истории эволюции материалов. Вслед за керамикой стекло стало вторым обрабатываемым неметаллом из известных на тот момент материалов.

Другой страной, где изготовление стекла было известно издревле, был Египет. Стеклянные бусы и амулеты находили в гробницах, которые относятся к 7000 году до н. э. Около 1500 года до н. э. египтяне уже делали собственное стекло. Для этого они использовали смесь измельчённой кварцевой гальки и песка. Они также обнаружили, что если прибавить к этой смеси кобальт, медь или марганец, то можно получить стекло голубого, зелёного и пурпурного цвета. После 1200 года до н. э. египтяне научились отливать стекло в стеклянных формах. Но трубка для выдувания стекла была неизвестна вплоть до начала христианской эры, когда её изобрели финикийцы. В некоторых странах мира такими трубками пользуются в стеклодувных мастерских и сечас.

Большими умельцами по части изготовления стекла были римляне, которые первыми начали делать тонкие оконные стекла. Художественными изделиями из стекла прославилась Венеция. В 13 веке многочисленные заводы по изготовлению изделий из стекла переместились из Венеции на соседний остров Мурано, из-за частых пожаров, вызываемых круглосуточной работой стекловаренных печей. Итальянский Мурано до настоящего времени - центр изготовления штучных изделий из стекла вручную.

В XVI-ом веке стекло уже производили по всей Европе. В настоящее время широко известно своей красотой богемское стекло, выпускаемое в Чехии. Далее благодаря изобретению англичанином Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя, был получен более качественный состав стекломассы, чем у итальянских мастеров.

Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке. Основными странами производства высококачественной хрустальной столовой посуды из стекла с высоким содержанием свинца стали Швеция, Англия и Ирландия.

Первое упоминание о русском стекольном заводе - он был построен под Москвой возле деревни Духанино - относится к 1634 году.

11 класс

11.1. При полном термическом разложении 100,0 г смеси нитрата и нитрита аммония выделилось 47,69 г газообразных продуктов (н.у.). Определите состав смеси.

11.2. При сжигании некоторого органического вещества в кислороде образуется 16,8 л CO₂, 2,80 л N₂ (н.у.), и 4,50 г H₂O. Определите структурную формулу вещества, если известно, что при действии хлора в присутствии хлорида алюминия оно может образовать два изомерных монохлорпроизводных.

11.3. Жидкость A взаимодействует с газом B в молярном отношении 1:1. При этом образуется твердое белое вещество C, хорошо растворимое в воде. При добавлении к водному раствору, содержащему 1,00 г вещества C, избытка Pb(NO₃)₂ выпадает 1,15 г золотистого осадка D, а при добавлении к такому же раствору C избытка NaClO₄ образуется 0,863 г белого осадка E.

 Определите вещества A, B, C, D и E.

 Напишите уравнения всех упомянутых в задаче реакций.

 Укажите возможное применение вещества C в органической и неорганической химии.

11.4. При сжигании в токе кислорода 10,00 г белого кристаллического вещества было получено 3,820 л CO₂ (н.у.) и 6,591 г желтого порошка.

Определите все перечисленные соединения, если известно, что желтый порошок представляет собой бинарное соединение переходного металла, содержащее (по данным химического анализа) 79,30% металла по массе.

11.5. Из экспериментальных данных известно, что уравнение скорости реакции разложения озона 2 O₃ = 3 O₂ описывается выражением:

v = k{[O₃]² / [O₂]}

Предположите, каков может быть механизм данной реакции.

11.6. Соединения A и B имеют одинаковый состав C₁₀H₁₄. Соединение A окисляется подкисленным раствором перманганата калия в жестких условиях с образованием кислоты C в качестве единственного органического продукта. При обработке вещества C гидроксидом натрия образуется соль D, в которой все атомы водорода неразличимы. Соединение B окисляется подкисленным раствором перманганата калия в более мягких условиях с образованием кислоты E, в качестве единственного органического продукта. Натриевая соль F, полученная из вещества E, также содержит только эквивалентные атомы водорода. Известно, что кислота C одноосновна, а кислота E - трехосновна.

 Определите строение соединений A, B, C, D, E и F.

 Запишите уравнения упомянутых в тексте задачи реакций окисления A и B, расставьте коэффициенты.

 Предложите методы синтеза соединений A и B из органических соединений, содержащих в своем составе не более четырех атомов углерода, и любых неорганических веществ.

11.7. Газообразное (20 ^оС, 1 атм) вещество X сожгли в кислороде. При этом образовалось только газообразное вещество Y, причем количество (моль) полученного вещества Y оказалось в 3 раза больше, чем взятого вещества X. Вещество X растворили в воде, а образовавшийся раствор разделили на две равные части. Первую половину сразу же оттитровали раствором щелочи, а вторую оттитровали щелочью после кипячения. В первом случае на титрование было израсходовано вдвое большее количество щелочи, чем во втором.

 Определите вещества X и Y.

 Изобразите их структурные формулы.

 Объясните результаты экспериментов и напишите уравнения реакций.

10 класс

10.1. Смесь щелочного металла с его гидридом (масса смеси 0,59 г) полностью растворили в воде. При этом выделилось 0,224 л газа (н.у.).

 Какой щелочной металл был взят?

 Определите состав смеси в процентах по массе.

10.2. Образец белого кристаллического вещества массой 25,2 г нагрели без доступа воздуха до 300 ^оС. Продукты разложения последовательно пропустили через трубки, заполненные безводным сульфатом меди и твердым гидроксидом калия. При этом масса первой трубки увеличилась на 10,8 г, а масса второй трубки - на 8,8 г. Газ, не поглотившийся содержимым первой и второй трубок, имел плотность 1,25 г/л (при н.у.).

 Определите формулу исходного вещества.

 Напишите уравнения протекающих реакций.

10.3. Юный химик решил получить иодоводород. Он знал, что хлороводород получают действием концентрированной серной кислоты на хлорид натрия. Поэтому для получения иодоводорода он взял иодид калия, поместил его в колбу с отводной трубкой, соединил трубку с поглотительным сосудом, заполненным водой, и стал по каплям прибавлять концентрированную серную кислоту из капельной воронки. Содержимое колбы неожиданно окрасилось в бурый цвет и вспенилось. Юный химик испугался, прекратил добавление серной кислоты и быстро залил содержимое колбы водой. В колбе образовалась желтая суспензия над осадком, а в воздухе стал ощущаться отвратительный запах тухлых яиц. Через некоторое время жидкость в колбе постепенно окрасилась в бурый цвет.

 Напишите уравнения реакций хлорида натрия с концентрированной серной кислотой.

 Объясните, почему реакция иодида калия с концентрированной серной кислотой протекает принципиально по другом, чем при получении хлороводорода.

 Напишите уравнения реакций, которые протекают при описанном в условии задачи эксперименте.

10.4. Сополимеризация этилена и пропилена приводит к образованию сополимера, в котором звенья каждого из мономеров расположены беспорядочно.

 Изобразите фрагмент структурной формулы такого сополимера (содержащий 8-10 углеродных атомов).

 Изобразите звено полимера регулярной структуры, в котором за каждым пропиленовым фрагментом следует этиленовый фрагмент (все пропиленовые фрагменты присоединяются одной и той же стороной).

 Предложите способ получения второго полимера.

10.5. Газы A и B являются галогенидами элемента X. При растворении в воде 1,00 г вещества A образуется аморфный осадок. Осадок отделили, и к полученному раствору прибавили избыток нитрата серебра. При этом было получено 3,67 г белого творожистого осадка. При проведении аналогичных операций с веществом B. в результате добавления нитрата серебра осадок не образуется.

 Определите вещества A и B; предложите способы их получения.

 Напишите уравнения реакций, протекающих при растворении A и B в воде.

 Какие еще галогениды элемента X вам известны? Изобразите их структурные формулы.

Олимпиадные задачи по химии

Задача 1. Бинарное соединение, молекулы которого имеют линейное строение, содержит 47% кислорода по массе. Его можно получить при отщеплении двух молекул воды от некоторой кислоты, содержащей 61,5% кислорода по массе. О каком соединении идет речь? Какова его структура и методы синтеза?

Задача 2. Плотность паров по воздуху у хлорированного предельного углеводорода равна 3,19. Определите брутто-формулу вещества. Сколько изомеров существует у вещества с такой формулой?

Задача 3. Смесь, состоящая из сероводорода и кислорода, находится в закрытом сосуде при температуре 200 С и давлении несколько ниже атмосферного. Смесь нагрели и дождались окончания протекания реакции, после чего температуру довели до исходной. При этом давление понизилось на 28,6% по сравнению с первоначальным. Затем в сосуд добавили 80 г кислорода и снова нагревали до прекращения реакции, после чего температуру вернули к исходной (200 С). Давление в сосуде стало в 1,43 раза выше первоначального. Определите состав исходной смеси в объемных долях, если известно, что в конечной смеси еще остался кислород.

Задача 4 (краевая олимпиада, 11 класс). Минимальным числом распростаненых или легкополучаемых реактивов требуется качественно определить 4 неподписанных водных раствора: серной кислоты, сульфата натрия, соляной кислоты, хлорида натрия. Напишите уравнения протекающих реакций. Осуществите эксперимент практически.

Задача 5. Напишите и уравняйте реакцию окисления комплекса [Cr(CO(NH2)2)6]4[Cr(CN)6]3 сернокислым раствором перманаганата калия, если известно, что все элементы-восстановители окисляются до высших степеней окисления, методами электронного и электронно-ионного баланса. Определите степени окисления элементов в комплексе-восстановителе.

Задача 6. В концентрированной азотной кислоте растворили 23,70 г вещества А, состоящего из 3 элементов, при этом выделяющиеся газы снова пропускали через тот же раствор. К получившемуся раствору добавили избыток раствора хлорида бария. При этом образуется 34,95 г белого осадка. Определить вещество А и написать уравнения всех проведенных реакций.

Задача 7. При обработке смеси двух твердых веществ А и Б горячей концентрированной азотной кислотой образуется газ В, раствор вещества Г и осадок Д. При нагревании этой же смеси до 150-200°C видимых изменений не происходит, а при сильном прокаливании при 800-900°C без доступа воздуха образуются только два продукта: металл М и газообразное при нормальных условиях вещество Е. Они устойчивы в условиях опыта. Те же продукты образуются при прокаливании смеси веществ А и Д. Пропускание газа Е через известковую воду приводит к выпадению осадка, который потом полностью растворяется, образуя вещество Ж. При длительном нагревании при 450 С порошка металла М на воздухе образуется соединение З с массовой долей кислорода 9,334%. Вещество З полностью растворяется в избытке щелочи и лишь частично в избытке разбавленной азотной кислоты. Назовите все перечисленные вещества. Напишите уравнения упомянутых реакций.