вахитов_стеклоx

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
СЕВЕРНОЕ ОКРУЖНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
ДЕПАРТАМЕНТА ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА №1287
Сказка о волшебной стеклянной палочке
Работу выполнял:
Вахитов Данил Олегович,
ученик 3 «Б» класса ГБОУ СОШ № 1287
Научный руководитель:
Гудкова Марина Леонидовна,
учитель начальный классов
Москва
2014
Содержание
1.Введение
2.Как появилась основная гипотеза, и что я делал дальше
3.Что я узнал и мои исследования:
а) чуть-чуть из истории возникновения стекла, стекло - материал древний
и современный;
б) верна ли моя основная гипотеза;
как стекло устроено изнутри;
как устроен изнутри лёд;
вывод;
в) хочется поделиться интересными знаниями
4.Как я проводил мои опыты
5.Заключение
6.Реализация проекта, рефлексия по проекту
7.Список литературы и интернет ресурсов
Введение
Я расскажу вам сказку про мое увлекательное путешествие в волшебный мир химии.
Даже не сказку, а самый достоверный рассказ. Правда в нем вы встретитесь с
волшебницей, но она ни капельки не похожа ни на злую колдунью, ни на фею с
магической палочкой. Палочка у этой волшебницы конечно была – самая обыкновенная,
стеклянная... Волшебница не шептала таинственных заклинаний и, все - таки, она была
самой настоящей, потому что я, встретившись с ней, начал сам творить чудеса. Фея
дружила с огнём, который прославился своими волшебными способностями, и огонь
помогал ей.
«Жил на свете мальчик по имени Данил».
Это я. И я, как все дети, ни за что вовремя не хотел ложиться спать. Я любил слушать
сказки перед сном. Меня давно интересовало, из чего состоят разные материалы. Я
задавал вопросы родителям. И поэтому иногда мне рассказывали не сказки, а истории про
мир атомов и молекул, который я тоже считал сказочным.
«Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать», — гласит народная мудрость. Я
вспомнил эту поговорку, когда оказался на выставке, которая называлась
«FLAMECREATIONS». Все было там так, как бывает в старинных сказках. На этой
выставке демонстрировалось огромное количество предметов, созданных в огне из стекла.
После многократного осмотра всех великолепных вещичек на выставке я
еще
внимательно и с удовольствием посмотрел шоу, где демонстрировалось, как волшебно
изменяется под действием огня стекло. Там - то я и познакомился с волшебницей, которая
на моих глазах, из стеклянной палочки сделала чудесную бусину, которая была похожа на
ночное небо в ясную ночь с множеством звезд и галактик. Таких чудес раньше мне видеть
не доводилось.
««Мне бы научиться ремеслу вашему!»- воскликнул мальчик»
А ещё лучше, чем увидеть - это попробовать и сделать своими руками. Мне повезло.
Я сам изготовил своими руками свою первую бусину из стекла.
«Твои десять пальцев - это десять помощников, которые всегда с тобой».
Это событие произошло там же, на выставке. Мне удалось участвовать в «мастер классе», во время которого я наматывал стеклянную расплавленную нить вокруг спицы.
Конечно, волшебница мне помогала, потому что стеклянную палочку превращают в
стеклянную нить с помощью газовой горелки. Нужно соблюдать правила и быть
осторожным. Этот день я помню до сих пор. До этого события я думал, что стекло – это
нечто твердое, хрупкое и прозрачное, вдруг я узнал, что стекло можно согнуть,
расплавить, сделать цветным, непрозрачным, с узорами и пузырьками внутри. Стекло
становилось жидким, меняло свой цвет и в нем расплавлялись пылинки металла, которые
я туда добавлял. Они становились крупными и загадочными словно звезды.
«Ночь опустилась и звезды зажглись….»
Мне захотелось сделать дома ещё какой-нибудь опыт со стеклом и узнать больше про
этот чудесный материал.
«Такому умнику, как ты, все в диковинку» - сказала волшебница».
Так началось моё исследование чудесного и удивительного, древнего и современного
материала. Этот материал - стекло. Задумал я провести несколько опытов со стеклом и
хотелось, чтобы и родные, и друзья узнали о том, что было интересно мне. Так появилась
идея для моего проекта.
Актуальность моего проекта в том, что стекло есть повсюду вокруг нас, от самых
простых и привычных стекол в быту до уникальных стекол, используемых в
инновационных проектах и в научных исследованиях. Мы привыкли к чудесным
свойствам стекла и не замечаем стеклянные вещи вокруг, пока они есть. Без стекла,
современный человек, я уверен, не смог бы обойтись. Стекло не ржавеет, не портится от
воды, холода и жары, не загнивает. Не пропускает холод в наши дома. Я думаю, что ещё
не придумали все возможные способы применения стекла, и это должно случиться в
ближайшем будущем.
Как появилась основная гипотеза, и что я делал дальше
Я уже знал из вечерних рассказов до начала работы над проектом, что все вещества
состоят из молекул, которые строятся в твердых веществах в некотором порядке.
После выставки, сделал свой первый опыт со стеклом, две пластинки стекла,
смоченные водой и прижатые друг к другу очень трудно отделить. Этот опыт описан в
главе « Как я проводил мои опыты» под номером 3. В таком состоянии эти пластинки
способны даже удерживать небольшой груз. Подробное описание моих опытов я
описываю в отдельной главе. Я произвел этот опыт со стеклом, а потом и со льдом,
тонкими ровными пластинками льда. Со льдом опыт тоже хорошо получился. И каждый
знает, что лед и стекло имеют сходство по некоторым своим свойствам. И тот и другой
материал трудно разрезать ножом, можно только поцарапать. Но если уронить кусочек
или ударить молотком, и лед и стекло разбиваются на неровные осколки. И стекло, и лёд
могут быть прозрачными и непрозрачными. И оба эти вещества, очень твердые материалы
могут становиться жидкими при увеличении температуры. Только температура, при
которой стекло плавится, очень высокая. Я задумался, может быть если стекло и лёд
имеют некоторые одинаковые свойства, то и похожи их молекулы?
Это и стало моей основной гипотезой проекта: Похожи ли молекулы или порядок
расположения молекул у стекла и льда?
«В чертогах Снежной королевы стены и полы были из голубого льда и сверкали как
стекло».
Других вопросов о свойствах стекла у меня тоже было много. И на некоторые из них я
получил ответы, когда начал узнавать о структуре стекла на уровне молекул.
Что я узнал и мои исследования:
чуть-чуть из истории возникновения стекла
Сначала я расскажу маленькую сказочку из истории возникновения стекла, как
древние люди научились делать стекло. Естественно во всех сказках отражены некогда
происходившие события, рассказывается о героях, на самом деле живших в далекой
древности. Люди начали использовать стекло более 4000 лет назад. Люди научились
обжигать горшки из глины. Получалась керамика. Все знают, что керамика без глазури
пропускает воду. Глазурь - это своеобразная стеклянная оболочка для посуды из глины.
Для получения глазури древние люди использовали песок, соду и минералы: кальцит, мел,
известняк и малахит для окраски. Такими глазурями обмазывали керамику. В Египте,
например, в древние века вырезали амулеты, фигурки богов из бирюзы. Это было
трудоемко и стоило дорого. Со временем научились с помощью стекла искусно
имитировать бирюзу и другие полудрагоценные камни. Фигурки вырезали из стеотита.
Это - мягкий материал, поэтому не требовалось больших усилий для изготовления
фигурки. При нагревании стеотит затвердевает. Но полученные амулеты из стеотита,
например, фигурка жука - скарабея получалась некрасивой серого цвета, негладкая.
Такую фигурку окунали в жидкое стекло, и материал визуально становился неотличим от
бирюзы.
Когда же появилось настоящее стекло?
Однажды на пляже мне рассказали сказку, которая объясняет, как люди смогли
получить стекло в первый раз.
«Мореплаватели высадились на берег, развели костер на песчаном пляже, и когда
костер прогорел, на кострище нашли кусочки стекла»
Действительно. Если смешать песок, соду и известняк и нагреть смесь до
температуры 1200-1300 градусов, то можно получить стекло. Правда, костер из дров
может дать температуру только 700 градусов, но известно, что люди в то время уже умели
использовать шкуры животных для изготовления мехов, которыми подавали кислород в
огонь и температура горения повышалась. Эти древние стекла были легкоплавкие и
непрозрачные. В древние стекла специально добавляли минералы для окрашивания их и
использовали для украшения. Стеклянные сосуды изготавливали так. Делали амфору из
глины, жидким стеклом на палке обматывали сосуд, потом расчесывали гребнем. После
остывания стекла выламывали керамику. Стеклянные сосуды, полученные таким
способом, использовали для благовоний и косметики.
А как вы думаете, связано ли слово «халява» с изготовлением стекла? Да. Древние
люди догадались, что из жидкого стекла с помощью трубочки можно посуду выдувать, а
как сделать плоское стекло не знали. Придумали так. Выдували цилиндр, который
называли «халява», потому что выдуть его считалось просто.
«Так с тех пор и повелось, если что-то не требует больших усилий, то это - халява».
Потом стеклянный цилиндр, пока он теплый, правили, то есть раскатывали в
плоскость. Такая техника использовалась до конца 19 века.
Стекло - материал не только древний, но и
современный. Стекло в наше время
применяется везде в быту, в науке, в космосе и медицине. Например, все знают, что в
поликлиниках часто используют так называемую кварцевую лампу.
«Спросил как-то наставник троих своих учеников:
-Почему бьется оконное стекло, когда в него бросают камень?
-Потому, что камень тяжелый, — отвечал один из них.
-Потому, что стекло хрупкое, — произнес другой.
-Потому, что метнувшая камень рука была сильна и удар точный, — изрек третий.
-Никто из вас троих не ответил правильно, братья мои…..».
Верна ли моя основная гипотеза?
И вода, и стекло – это твердые материалы. Я узнал, что все твердые материалы имеют
кристаллическую решетку. Решетка – это пространственный каркас, который образуется
при соединении прямыми линиями точек, где находятся частицы. Кристаллические
вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они
состоят в точно определенных точках пространства. В узлах воображаемой решетки могут
находиться ионы, атомы и молекулы. Эти частицы совершают небольшие движения в
разные стороны.
И вода, и стекло – это хрупкие материалы, которые не умеют искривляться, не умеют
изменять свою форму. Либо материал держит ту форму, которая у него всегда была, либо
— при слишком сильном воздействии — ломается на кусочки. Такие свойства материалов
называются механическими. Оказывается, механические свойства тел определяются тем,
как связаны молекулы тела друг с другом. Каким будет тело — хрупким или пластичным,
— зависит от того, насколько легко молекулы связываются, если их просто приблизить
друг к другу.
Теперь мне стало известно, что все вещества могут существовать в трех агрегатных
состояниях: газообразном, жидком и твердом. Например, кислород при обычных условиях
представляет собой газ, при температуре –182,9 °С превращается в жидкость голубого
цвета, а при температуре –218,6 °С затвердевает в снегообразную массу синего цвета.
Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные. Аморфные вещества не
имеют четкой температуры плавления, их частицы расположены беспорядочно. К каким
же группам веществ относятся стекло и лёд?
Как стекло устроено изнутри
Стекло, как я теперь знаю, делается из песка, извести и соды. В тех случаях, когда
стекло должно обладать какими-либо специальными свойствами, к этой смеси
прибавляют различные другие вещества. Но само стекло не похоже ни на известь, ни на
соду, ни на песок. Стекло прозрачно. Стекло не портится, оно не горит, не боится кислот,
и в нем не живут микробы. По внешнему виду стекло похоже на лед, только более
прозрачно и твердо и не тает на воздухе. Так же, как лед был до замерзания жидкостью —
водой, так и стекло во время варки было жидким расплавом. Но, затвердевая, вода
образует кристаллы. Я рассматривал на окнах лёд через лупу и видел кристаллики. Как я
узнал, в стекле таких кристаллов, которые можно было бы увидеть даже с помощью
микроскопа, нет. Но можно, оказывается, только немного изменить состав стекла, убавить
одних веществ или прибавить других, и стекло закристаллизуется точно так же, как вода.
Это говорит о том, что эти материалы похожи. Я узнал, как стекло становится жидким. По
свойствам стекло – твердое тело, а по своей структуре - нет. В какой-то степени, стекло –
это четвертое особое состояние, возможное для некоторых веществ, стекло как раз такое
вещество. Стекло-это аморфное вещество.
На рисунке внизу изображение порядка молекул в кристалликах кварца (песок) и
кварцевого стекла, которое получают из кварца с помощью нагревания до высокой
температуры.
Кристалл кварца
Кварцевое стекло
Кристаллическое вещество (кварц) имеет строго определенный порядок в атомах. В
аморфных веществах (кварцевое стекло) – хаос в порядке атомов. Как отличить
кристаллическое вещество от аморфного вещества? Визуально – никак. Кристаллическое
вещество характеризуется температурой плавления. Она известна и постоянна. Например,
лед, температура плавления равна 0 градусов Цельсия. Стекло при нагревании ведет себя
как сало, плавится постепенно в интервале температур. В этом и заключается особая
прелесть стекла. Его можно сделать вязкой жидкостью и в этом состоянии его
обрабатывать.
Как устроен изнутри лёд
Лёд тоже трескается и ломается, если он не очень большой толщины. Лёд — вода в
твёрдом агрегатном состоянии. Лед — кристаллическая вода. В узлах кристаллической
решетки льда находятся молекулы. Силы межмолекулярного взаимодействия в
молекулярных кристаллах обычно слабые, однако вода составляет исключение.
Кристаллическая решетка льда напоминает пчелиные соты, в шести углах которых
располагаются молекулы воды.
Вывод
Таким образом, получается, что моя гипотеза не верна, хотя лёд и стекло твердые,
хрупкие материалы, молекулы этих веществ разные и расположены молекулы поразному. Лёд и вода относятся по внутренней структуре к разным группам веществ.
Лёд-это кристаллическое вещество, а стекло - аморфное вещество.
Хочется поделиться интересными знаниями
Во время работы над проектом я много читал и многие факты меня поразили. Я делился
своими открытиями с друзьями и родителями. Решил все самое интересное написать
здесь.






Считается, что витражи стали делать в Константинополе с 12 века. К тому времени
уже умели делать стекла любого цвета
В Венеции всех стеклодувов переселили на остров Мурано в целях пожарной
безопасности. С 13 века в Мурано делается mille-венецианская стеклянная нить.
Это очень красиво.
Венецианское стекло содержит соду, по нему плохо делать узоры. На севере
Аквитании, в Богемии много лесов, и не было природной соды. Соду получали из
золы. Вместо натрия в стекле появился калий. Такое стекло легче резать, удобно
для гравировки. Есть ещё способ нанесения на стекло узоров – это травление
стекла. Плавиковая кислота снимает верхний слой стекла. Получаются
изумительные рисунки.
Хрусталь – это стекло с добавлением свинца.
Железо придает стеклу бледно бирюзовый цвет.
Аметисты, например это тоже, оказывается кристаллы
Как я проводил мои опыты
За время работы над проектом мне удалось провести 4 опыта. Когда я делал некоторые
из них, друзья называли это фокусами. Так я стал еще и фокусником.
Опыт № 1 демонстрирует, что вода растворяет обычное стекло.

Я растолок кусок стекла в мелкий порошок.




В два одинаковых бокала налил обыкновенную водопроводную воду.
В один из бокалов добавил стеклянный порошок, перемешал.
Потом добавил индикатор щелочи в оба сосуда, т.е. капнул в воду фенолфталеин.
Вода окрасилась в розовый цвет только в стакане с порошком из стекла. Это
доказывает, что в воду перешли части вещества из стекла.
Обычное стекло придает растворам слабую щелочную среду. То, что вода приобретает
щелочную среду при хранении в стекле совсем неплохо. Такая вода неблагоприятна для
развития бактерий.
Опыт № 2 демонстрирует, как давление воды и воздуха действует на стекло, во время
резки его ножницами.




Я налил в аквариум воду.
Погрузил тонкий лист стекла в аквариум и держал его одной рукой.
Во вторую руку взял ножницы и погрузил их в аквариум.
Аккуратно и не спеша резал стекло.
Давление воды на стекло больше, чем давление воздуха на него же. Это то и помогает
стеклу не колоться и не трескаться в воде. Если резать стекло на большей глубине, делать
это будет проще.
Опыт № 3 демонстрирует, как две стеклянные пластины, смоченные водой, способны
удержать весомый груз.




Я приклеил крючки к стеклам ровно посередине.
Смочил поверхность стекол водой и соединил их.
Подвесил соединенные стекла на штатив.
На крючок подвесил груз
Притяжение молекул воды друг к другу слабее, чем притяжение молекул воды к
стеклу. Поэтому получается эффект смачивания, и жидкость растекается по поверхности
стекла, образуя тонкую ровную пленку. Площадь соприкосновения становится
максимальной, и силы притяжения молекул стекла-воды и воды-стекла удерживают две
пластины вместе. Для того, чтобы оторвать одну пластину от другой, не сдвигая их
горизонтально, нужно преодолеть силу притяжения молекул воды, так как она меньше
других межмолекулярных сил. Величина силы будет зависеть от площади смоченной
поверхности пластинок, количества и свойств жидкости.
Опыт №4 демонстрирует, как стекло при нагревании становится вязким, и это позволяет
придать ему любую форму.


Стеклянный стержень нагрел посередине с помощью газовой зажигалки.
Из двух половинок стеклянного стержня, с помощью пламени зажигалки, согнул
угол
У стекла нет четкой температуры плавления, это и позволяет гнуть его в любые формы.
Температура пламени в газовой горелке может достигать 2 200оС. Для размягчения стекла
обычно достаточно 900 – 1200 градусов.
Заключение
Во многих детских сказках говорится о чудесных хрустальных дворцах, в которых
живут сказочные феи и волшебники. Стеклянный дворец! Хрустальный дворец - чудо!
Это лет сто тому назад действительно казалось чем-то сказочным, невозможным в
настоящей жизни. Многим и сейчас еще, пожалуй, кажется немножко странным, когда
говорят о домах из стекла, а между тем постройка таких домов на современном уровне
развития стеклоделия — вещь вполне реальная. И стеклянный дом будет даже прочнее
каменного, и в нём будет действительно тепло. В этом доме не будет пожара. Я бы даже
назвал век, в котором мы живем веком стекла.
В моей сказке нет вымысла, но есть чудесные превращения, добрая фея, волшебные
палочки, и украшения, достойные принцесс. Освоив работу со стеклом можно делать
красивые предметы. Значки, броши, различные украшения и многие предметы можно
изготовить самому, для этого, например, покрыть эмалью из стекла металлическую
пластинку. Можно сделать разноцветные глаза для мягких игрушек, бусины для
украшений. Вот каким чудесам научился я у доброй волшебницы. Оказывается, что
творить чудеса не так уж и трудно, стоит только захотеть и лишь немного постараться.
Во время моего исследования, я иногда забывал о реальности и погружался в атмосферу
волшебной сказки. Мне было интересно и увлекательно.
Чудеса сами по себе прекрасны, а если они ещё и пользу приносят… Я теперь знаю,
что подарить на день рождения сестре и маме. Это бусины, сделанные мною.
Сказка всегда оканчивается хорошо, несмотря на трудности, которые как учит сказка,
конечно будут. Только их не надо бояться, а надо стремиться преодолеть. И надо читать
сказки, рассказывающие о чудесных тайнах, которые открываются только смелым и
добрым.
Результаты проекта, рефлексия по проекту
Во время работы над проектом я узнал про стекло много нового и интересного. Я
научился находить ответы на свои вопросы, делать опыты, фокусы со стеклом, объяснять
их. Я прослушал лекцию про стекло на Химическом факультете в Московском
Государственном Университете имени М. В. Ломоносова. Увидел, в каких огромных
аудиториях учатся студенты. Видел там, как профессор проводит интересные опыты,
похожие на волшебство и фокусы. На память об этой работе у меня останутся знания,
много фотографий, стеклянные фигурки и бусины изумительной красоты. Когда я
сравнивал структуру льда и стекла, я заинтересовался удивительными свойствами воды.
Может про воду и будет мой следующий проект…
«Вот и всё. Осталась только сказка - длинная как река, но и река кончается, добежав
до моря. А сказка? Куда придет сказка, где кончится, об этом не знаю»
Список литературы и интернет ресурсов
1. «Детская Энциклопедия Академии педагогических наук РСФСР»
2. «Компьютерная Энциклопедия Кирилла и Мефодия».
3. http://simplescience.ru/video/gnushcheesya_glass/
4. «Юный исследователь» Издательство «Росмэн»
5. « Что такое. Кто такой» Издательство «Педагогика-Пресс»
6. « Человек и вселенная» Совместное издание ПКО «Картография» и АО «Буклет»