Цели урока:
- Сформировать представление у учащихся о ведущих отраслях силикатной промышленности
- Рассмотреть химизм получения керамики, стекла, цемента, а также технологию и продукцию
- Показать роль М.В. Ломоносова в создании цветных стекол, мозаичном искусстве.
- Научить учащихся анализировать свойства изделий силикатной промышленности и предсказывать на основе этого анализа отрасли их применения.
Задачи:
- Развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной литературой;
- развивать интерес к декоративно-прикладному искусству (керамика, фарфор, художественное стекло).
Оборудование: различные изделия из стекла, керамики, цемент, коллекция “Стекло”, мультимедиапроектор.
Методы работы: индивидуальный опрос, фронтальная работа с классом
Ход урока
Фронтальный опрос:
(Слайд 2)
Все сказанное вами подводит нас к более детальному ознакомлению применения соединений кремния в промышленности.
Изучение нового материала
Понятие о силикатной промышленности.
Учитель: прежде, чем говорить о силикатной промышленности, давайте вспомним слова М.В. Ломоносова:
“Пою перед Тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, ни злату, но стеклу”.
Профессиональный праздник работников стекольной промышленности не случайно совпадает с днем рождения выдающегося русского ученого М. В. Ломоносова.
Михаил Васильевич Ломоносов был создателем химического производства глазури, стекла, фарфора. Разработал технологию и рецептуру цветных стекол, которые он употреблял для создания мозаичных картин. Изобрел фарфоровую массу.
Сообщения учащихся:
Работы Ломоносова в науке о стекле.
Первый ученый стекловар - Михайло Васильевич Ломоносов
Картины из стекла
Учитель: И так, что же такое силикатная промышленность? Какие химические реакции лежат в основе ее производства? Какова ее продукция и где она применяется?
Силикатная промышленность – это производство различных строительных материалов, стекла и керамики из различных природных силикатов.
Силикатные изделия – это такие изделия, которые состоят из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов, алюмосиликатов.
Силикатная промышленность состоит из трех производств. (Слайд 3)
Производство керамики (Слайд 4)
(Слайд 5)
Основным сырьем для производства керамики (от греч. “керамон” - глина) является глина.
Изготовление этих изделий основано на свойстве глины при смешивании ее с небольшим количеством воды образовывать пластичную массу. Этой массе можно придать любую форму, которая сохраняется после высыхания и закрепляется посредством обжига при высокой температуре.
Образующая спекшаяся масса называется черепок. В зависимости от степени спекания могут образоваться изделия со спекшимся черепком и с пористым черепком.
В зависимости от состояния поверхности керамические изделия делятся на глазурованные (покрыты тонким слоем стеклообразной массы) и неглазурованные. При повторном обжиге глазурь расплавляется и после охлаждения образуется стеклообразная масса, которая прочно соединяется с черепком.
3(Al2O3 * 2SiO2* 2H2O) = 3Al2O3 * 2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O
К изделиям с пористым черепком относится строительный кирпич, фаянс, кафель, черепица, гончарные изделия, различные огнеупоры (шамотный кирпич, динас).
К изделиям со спекшимся черепком относятся фарфор, тротуарные и облицовочные плиты.
Механизм производства (Слайд 6)
(Слайд 7)
Керамические изделия находят применение в строительных материалах (канализационные трубы, дренажные трубы, облицовочные плиты, кирпичи). Предметах быта.
- Глиняная посуда, горшки были у разных народов: алебастровая посуда - у древних египтян; "краснофигурные и чернофигурные" амфоры - у древних греков и гжельская посуда - у русских.
(Слайд 8)
Фарфор впервые был изготовлен в Китае. Способ его производства держали в секрете. Фарфоровая посуда - тонкая, при постукивании издает нежный звук. Ею украшались залы дворцов и замков богатых вельмож.
(Слайд 9)
Около 1747 Д. И. Виноградов открыл состав твёрдого фарфора и положил начало производству фарфора в России.
Из керамики люди изготовляли и статуэтки. В одной из стоянок древних людей на Енисее при выходе реки из Саянских гор, обнаружена древнейшая статуэтка человека, выполненная из обожженной глины. Она изготовлена около 13 тысяч лет назад. Это самая древняя статуэтка, найденная на территории бывшего Советского Союза.
Производство стеклянных изделий (Слайд 10)
Важные свойства стекла: (Слайд 11)
1) не имеют определенной температуры плавления – при нагревании размягчаются, переходят в подвижную жидкость;
2) высокая прозрачность;
3) значительная механическая прочность;
4) стойкость к химическим реагентам;
5) низкая теплопроводность;
6) хрупкость.
Сырье для производства стеклянных изделий – различные природные минералы, обязательно содержащие SiO2.
Основное сырье: песок SiO2, известняк CaCO3, магнезит MgCO3, доломит MgCO3 * CaCO3 сода Na2CO3, сульфат натрия Na2SO4, поташ K2CO3, свинцовый глет PbO, борная кислота Н3ВО3, бура Na2B4O7 * 10H2O и др.
Вспомогательное сырье: глушители (SnO2, Ca3(PO4)2, тальк – для придания матовости), осветлители и др.
Стадии производства:
Подготовка сырья – промывают, сушат (речной песок – кварц предварительно промывают для удаления глины и оксидов железа)
Составление шихты - дробят, размалывают, перемешивают
Варка стекла – процесс расплавления шихты до образования однородной массы. Происходят сложные химические процессы. При 250?С начинается реакция
MgCO3 + Na2CO3 —> MgNa2(CO3)2
CaCO3 + Na2CO3 —> CaNa2(CO3)2
Образующиеся двойные соли взаимодействуют с кварцевым песком:
MgNa2(CO3)2 + 2SiO2 —> MgSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2
CaNa2(CO3)2 + 2SiO2 —> CaSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2
Параллельно происходит:
MgCO3 + SiO2 —> MgSiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2 —> CaSiO3 + CO2
В составе стекла, они находятся в виде силикатов.(Слайд 12-13)
При температуре 750-900oС разлагаются не вступившие в реакцию MgCO3 и CaCO3, сода взаимодействует с песком, а избыток SiO2 растворяется в расплаве силикатов. При дальнейшем нагревании (1200-1500oС) начинается процесс гомогенизации (выравнивание состава) за счет диффузии и удаление пузырьков газа (процесс осветления). Затем стекломасса идет на изготовление различных изделий.
Формование изделия - применяют вытягивание (листовое оконное стекло, стеклянные палочки и трубочки), прокат (листовое стекло, зеркальное стекло), выдувание (химическая и тарная посуда, колбы для электроламп), прессование - самый простой способ выработки изделий (банки, стаканы, изоляторы, пуговицы), отливку (архитектурные, художественные изделия, линзы очков, микроскопов, телескопов).
Отжиг – снимают остаточные напряжения, которое возникает при охлаждении наружных слоев. Они сжимаются, а внутренние препятствуют этому и могут вызвать разрушение стекла.
Обработка – механическая, термическая и химическая. (Слайд 14-18)
- Виды стекла. (Слайд 19)
- Цветное стекло. (Слайд 20)
| ОКРАСКА | ДОБАВКИ |
| КРАСНО-РУБИНОВАЯ | Au, Cu (в коллоидном состоянии), микрокристаллы CdS * CdSe |
| ЖЕЛТАЯ | Ag (в коллоидном состоянии) |
| РОЗОВАЯ | Se (в коллоидном состоянии) |
| ЖЕЛТАЯ | СrO3, NiO, Fe2O3, Ce2O3 |
| ЗЕЛЕНАЯ | Cr2O3, CuO, Fe2O3 |
| СИНЯЯ | CuO, CoO |
| ФИОЛЕТОВАЯ | NiO, Mn2O3, Nd2O3 |
| РОЗОВАЯ | СoO, MnO, Er2O3 |
| КОРИЧНЕВАЯ | Fe2O3, FeS, Ti2O3, Bi2S3 |
В России секрет рубинового стекла возродил М.В.Ломоносов.
Стекло - вязкая масса, густеет постепенно.
Поэтому:
а) оконное стекло получают - выплавлением
б) зеркало - прокатом;
в) бутылки, банки, елочные игрушки, фужеры - выдуванием (пример: упоминание о Новокузнецком стекольном заводе);
г) пуговицы - прессованием.
Из стекла также получают бусы, бисер.
Производство строительных вяжущих материалов (цемента). (Слайд 21)
Строительные вяжущие материалы – это такие вещества, которые в тонкоизмельченном состоянии при смешивании с водой образуют пластичную массу и со временем затвердевают и приобретают камневидное состояние. Сюда относятся вяжущие материалы на основе гипса, цемент.
Цемент (хлеб строительства).
Слово “цемент” происходит от латинского “цементум”, что означает битый камень. Цемент – собирательное название различных порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешении с водой образовывать пластическую массу, приобретающую со временем камневидное состояние.
Первый цемент был открыт во времена Римской империи. Примерно в это же время жители Древней Руси заметили, что устойчивость к воде придает извести измельченная обожженная глина.
Одним из наиболее распространенных промышленных цементов является портландцемент.
Известно несколько видов цемента: быстротвердеющий, расширяющийся, морозостойкий (добавляют хлорид кальция), жаропрочный, портландцемент.
(Слайд 22)
Основное сырье: известняк и глина, содержащие оксид кремния (IV), маргелистые породы, а также различные добавки – шлак, бокситы и др.
(Слайд 23)
Эти вещества размалывают и тщательно перемешивают, смесь обжигают в наклонных цилиндрических печах (длина – более 200 м, в поперечнике – 5 м). В процессе обжига печь медленно вращается, и исходные материалы постепенно движутся к нижней ее части навстречу потоку раскаленных газов- продуктов сгорания поступающего топлива.
Происходят различные химические превращения. Образовавшиеся в результате реакций вещества спекаются в виде отдельных кусков - клинкер. После охлаждения их размалывают до тонкого порошка.
Процесс затвердевания цементного теста объясняется тем, что входящие в состав алюминаты и силикаты реагируют с водой с образованием каменистой массы.
3СаО * SiO2 + nH2O —> 3СаО * SiO2 * 2H2O + Cа(ОН)2 —> + (n-3)H2O.
Бетон – смесь щебня и песка с цементом. При смешивании цемента со шлаком получают шлакобетон. Бетонные сооружения получают ещё более прочные, если в бетон закладывают каркас из железных стержней. Такой строительный материал называется железобетоном. Из него воздвигают капитальные строительные объекты: заводские корпуса, плотины и другие сооружения. Пластобетоны – цемент и органические полимеры. Шифер – цемент с асбестом.
(Слайд 24)
Народные художественные промыслы занимают видное место в отечественном декоративно-прикладном искусстве. Искусство народных художественных промыслов предстает перед нами как сложное, богатое по декоративным возможностям, глубокое по идейно-образному содержанию явление современной культуры.
(Слайд 25-31)
Виды народных художественных промыслов: гусевский хрусталь, гжельская керамика, кисловодский фарфор, дымковская игрушка, абашевская игрушка, скопинская керамика.
(Слайд 32)
Домашнее задание: подготовить презентации по группам – 1 группа производство керамики, 2 группа - производство стекла, 3 группа - производство цемента.
В конце урока учитель выставляет оценки.