Жидкое стекло

XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Жидкое стекло

Юрина А.Г. 1
1МОУ "СОШ № 13 им. Ю.А. Гагарина"
Синчак Е.А. 1
1МОУ "СОШ № 13 им. Ю.А. Гагарина"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Изучая химию, я услышала фразу «жидкое стекло», мне стало интересно, узнать, что это такое. Глядя на окна домов, витрин, мы видим всегда твердые стёкла, и у меня возник вопрос: «Бывают ли стёкла жидкими?» Поэтому я взяла эту тему для исследовательской работы.

Гипотеза: жидкое стекло – это обычное стекло в расплавленном состоянии.

Цель: изучение информации о жидком стекле и его применении. 

Задачи:

 1. Изучить литературу и Интернет-ресурсы по данной теме;

 2. Узнать виды и свойства жидкого стекла;

 3. Провести эксперимент с жидким стеклом;

4. Выяснить применение жидкого стекла.

Методы: анализ, обобщение, эксперимент, наблюдение, выводы.

Объект исследования: жидкое стекло.

Предмет исследования: свойства и применение жидкого стекла.

 

 

1 Основная часть

1.1. История возникновения стекла

      Как искусственный материал стекло впервые открыто в Египте около 4000 до н. э. На протяжении тысячелетий люди, используя различные добавки, добились большого разнообразия и разновидностей стекол. В России становление науки о стекле и промышленного стеклоделия связано с именами М. В. Ломоносова и Д. И. Менделеева.  М.В. Ломоносов первым в мировой практике стеклоделия обратил серьезное внимание на взаимосвязь свойств стекол и их химического состава [6]. Стекло — это такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Стекло – это химическая смесь силикатов натрия (Na) и кальция (Са). В воде силикаты практически не растворяются, прозрачные, хрупкие, твердые, образуют острые края при застывании.

  1. 2.  Состав обычного и жидкого стекла

     Жидкое стекло – это концентрированные водные растворы силикатов натрия (Na) или калия (К), а стекло, которое мы встречаем в жизни повсеместно, например, обычное оконное стекло – это силикат состава Na2O•СаО•6SiO2, то есть в состав входит натрий и кальций [1].

Жидкое стекло – это особый материал, изобретенный немецкими химиками еще в XIX веке. Если говорить простым языком, это продукт химической реакции, возникающей между кремниевой кислотой и различными силикатами щелочных металлов – натрия, калия. Со временем стало понятно, что наиболее распространенным станет именно натриевый состав, так как его свойства и стоимость удовлетворяют большинство потребителей. Калиевое жидкое стекло стоит дороже, так как технология его производства более затратная, однако и эффект от применения лучше. Химическая формула жидкого стекла: K2O(SiO2)n – калиевое, Na2O(SiO2)n – натриевое [6]. При высыхании жидкое стекло образует стекловидную массу, имеющую такие же свойства, что и обычное стекло: прозрачное, хрупкое, твердое, образует острые края. Но при повышенной влажности жидкое стекло может помутнеть, раствориться. А при повышенной сухости оно может растрескаться. Это объясняется тем, что в состав жидкого стекла не входит силикат кальция (Са), содержащийся в обычном стекле и препятствующий его растворению [3, с.202]. Всем с детства знаком силикатный клей. Силикатный клей, который продаётся в любом канцелярском    магазине – это жидкое стекло [1].

    1. Свойства жидкого стекла

Гидрофобность – застывший материал не пропускает влагу; растворимость – незастывшая масса легко растворяется в чистой воде; клейкость – масса обладает высокой адгезией к самым разным поверхностям; защита от грибка и плесени – силикаты отличаются отличными дезинфицирующими качествами; термостойкость – застывшая субстанция не боится высоких температур и открытого пламени; прочность – масса достаточно прочна на сжатие; антистатичность – получающаяся пленка не накапливает статическое электричество; термоизоляционные качества – полимер плохо передает тепло; безопасность и нетоксичность; простота в применении; универсальность, инертность [2].

1.4 Применение жидкого стекла

1.4.1. Применение в строительстве

Жидкое стекло обладает рядом качеств, которые делают возможным его применение в самых разных сферах. К дополнительным преимуществам этого материала относятся взрыво- и пожаростойкость. Состав и свойства этих видов жидкого стекла различны, поэтому область применения тоже различается:

1. Натриевое жидкое стекло используется в строительстве в качестве добавки к стройматериалам для повышения их прочности, долговечности. Оно является одним из популярных средств, которые придают бетону водоотталкивающие и антисептические свойства, его присутствие в составе смеси позволяет придать поверхности стойкость к высоким температурам и ржавчине. Жидкое стекло также прекрасно справляется с проблемой гидроизоляции колодцев, подвалов и различных перекрытий [3].

2. Калиевое жидкое стекло кислотоустойчивое и хорошо противостоит атмосферным воздействиям. Его добавляют в лакокрасочные материалы, также изготавливают силикатные краски, которые обладают водоотталкивающими и антисептическими свойствами, силикатные краски и антисептические затирки для отделочных работ. При этом жидкое стекло относится к экологически чистым антисептикам [3]. При добавлении в краску оно обеспечивает ее огнеупорность, что позволяет применять такую смесь для окрашивания помещений, где предполагается скопление большого количества людей. Калиевое жидкое стекло несколько дороже, чем натриевое.

1.4.2. Применение в творчестве

В последнее время жидкое стекло активно используется в творчестве не только как клей, но и как финишное покрытие и как самостоятельный материал. Даже не все еще знают такие современные, очень модные рукоделия, как создание картин в стиле алмазная вышивка. Алмазная вышивка или мозаика — это картина из разноцветных страз или бисера, наклеенных на основу. Поделка имеет рельефную поверхность, поэтому под простым стеклом их эффектность теряется. Здесь именно жидкое стекло, нанесенное поверх готового полотна, служит не только красивым глянцем, но и защитой от пыли, влаги и УФ-лучей. Алмазная вышивка покрывается очень тонким слоем, да еще и прижимается — тогда стразы не теряют своего блеска. Жидким стеклом ремонтируют художественную посуду или статуэтки, а также покрывают изготовленные собственноручно из гипса фигурки или даже фигуры-скульптуры. Также жидкое стекло может быть самостоятельным материалом — из него делают маленькие скульптурки или цветы, отливая детальки в специально приготовленные формочки, а затем сгибая их как надо и соединяя проволокой [3].

1.4.3. Применение в быту

Жидкое стекло находит применение в домашнем хозяйстве: от мелкого ремонта до очистки посуды. Один из популярных рецептов: силикатный клей, хозяйственное мыло и кальцинированную соду добавляют в воду, и в этом растворе кипятят посуду для очистки ее от нагара.  Это свойство можно использовать в каждой семье, не потратив при этом больших средств. Достаточно немного жидкого стекла добавить в воду и можно избавиться от пятен на одежде [3].

  1. Практическая часть

Жидкое стекло - силикат натрия – это неорганическое соединение, соль щелочного металла натрия и кремниевой кислоты с формулой Na2SiO3, бесцветные или белые кристаллы, растворяются в холодной воде, образуют коллоидный раствор «жидкое стекло» гидрозоля SiO2•n H2O [2]. Мы провели опыты, которые подтверждают свойства силиката натрия, для этого купили в магазине «Канцтовары» силикатный клей, химическая формула - Na2SiO3.

Опыт 1. «Получение кремниевой кислоты – H2SiO3»

Ход опыта: в пробирку с силикатом натрия налили соляную кислоту, наблюдали образование осадка. Na2SiO3+2HCI=H2SiO3+2NaCI

Вывод: в результате опыта образовался студенистый осадок кремниевой кислоты (см. Приложение 1. Рис. 1, 2).

Опыт 2. «Получение силиката натрия - Na2SiO3»

Ход опыта: в пробирку с полученным осадком кремниевой кислоты прибавили раствор гидроксида натрия, осадок растворился. H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O

Вывод: в результате опыта мы получили в пробирке силикат натрия (см. Приложение 1. Рис. 3, 4).

Опыт 3 «Взаимодействие силиката натрия с сульфатом меди CuSO4»

Ход опыта: в пробирку с силикатом натрия добавили сульфат меди, образовался студенистый осадок голубого цвета. Na2SiO3+CuSO4=CuSiO3+H2SO4

Вывод: силикат натрия реагирует с солями если образуется осадок (см. Приложение 2. Рис. 5).

Опыт 4. «Горение ткани и древесины обработанной силикатом натрия»

Ход опыта: ткань и древесина, накануне пропитали силикатным клеем, высушили и подожгли, ткань и древесина не загорелись.

Вывод: ткани, обработанные силикатом натрия, обладают противопожарными свойствами, поэтому ткань и древесина не горит (см. Приложение 2. Рис. 6, 7).

Общий вывод: силикат натрия или жидкое стекло имеет свойства растворимых солей, то есть реагирует с кислотами и солями. Но у него есть особое свойство – это пожаростойскость.

 

  1. Заключение

Работая над проектом, мы узнали, что такое жидкое стекло, цель и задачи проекта выполнили. Проведя опыты с жидким стеклом, доказали, что гипотеза не подтвердилась.  Жидкое стекло – это не обычное стекло в расплавленном состоянии. Оно является  водным раствором силикатов натрия или калия, имеет много сходных внешних физических свойств с обычным стеклом, но по составу отличается от него, так как не содержит силиката кальция, поэтому в определенных условиях может растворяться.

Выяснив все перечисленные особенности и характеристики, люди быстро поняли, что данный материал имеет большое будущее в строительстве, производстве и других областях человеческой деятельности[4]. С тех пор приступили к массовому производству жидкого стекла и изучению путей его практического применения.

 

Интернет-ресурсы

  1. Жидкое стекло https://ru.wikipedia.org/wiki/

  2. Жидкое стекло плюсы и минусыыhttps://stroyka-gid.ru/supplies/jidkoe-steklo.html?ysclid=lw8ytx7st575554326

  3. Что такое жидкое стекло и его применение https://yashim.ru/stati/chto-takoe-zhidkoe-steklo-i-gde-ono-primenyaetsya?ysclid=lw8z23tghc216454169

  4. Советы профессионалов жидкое стекло в строительстве https://stroyka-gid.ru/supplies/jidkoe-steklo.html

  5. Применение жидкого стекла https://cemmix.ru/clauses/kak-primenyaetsya-zhidkoe-steklo/dpage2

  6. Характеристики стекла https://goodhim.com/stati-i-video/pro-zhidkoe-steklo/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F

Приложение

Приложение 1

Рис.1 Рис.2

Рис. 3 Рис. 4

Приложение 2

Рис. 5ис. 6 Рис. 7

Просмотров работы: 17