Страница 160 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

1. Какими общими свойствами обладают металлы?

Металлы — это группа химических элементов, обладающих рядом характерных общих свойств, которые обусловлены особенностями их атомного и кристаллического строения. В кристаллах металлов атомы связаны металлической связью, ключевой особенностью которой является наличие свободных, или обобществлённых, электронов («электронный газ»). Эти электроны не принадлежат конкретному атому, а могут свободно перемещаться по всему объёму металла. Именно «электронный газ» определяет большинство уникальных свойств металлов.

Общие свойства металлов делят на физические и химические.

Физические свойства

• Металлический блеск. Способность хорошо отражать свет, что обусловлено взаимодействием световых волн со свободными электронами. Большинство металлов имеют серебристо-белый или серый цвет, исключения — золото (жёлтый) и медь (красно-розовый).
• Электропроводность и теплопроводность. Металлы отлично проводят электрический ток и тепло. Это свойство объясняется наличием подвижных свободных электронов, которые переносят заряд и тепловую энергию. С ростом температуры электропроводность металлов уменьшается.
• Пластичность (ковкость и тягучесть). Способность металла изменять свою форму под действием внешних сил без разрушения. Это возможно благодаря тому, что слои атомов в кристаллической решётке могут смещаться друг относительно друга, не разрывая металлическую связь, которую поддерживает «электронный газ».
• Твёрдость. Большинство металлов — твёрдые вещества при стандартных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). Твёрдость варьируется в широких пределах: от мягких щелочных металлов (натрий, калий) до очень твёрдых (хром, вольфрам).
• Высокие температуры плавления и кипения. Как правило, металлы имеют высокие температуры фазовых переходов, так как для разрушения прочной металлической связи требуется много энергии. Самый тугоплавкий металл — вольфрам ($T_{пл} \approx 3422$ °C), а самые легкоплавкие — ртуть ($T_{пл} \approx -39$ °C) и цезий ($T_{пл} \approx 28.5$ °C).

Химические свойства

Главное общее химическое свойство металлов — их низкая электроотрицательность и, как следствие, способность легко отдавать валентные электроны, то есть проявлять восстановительные свойства.

• Взаимодействие с неметаллами. Металлы реагируют с кислородом (образуя оксиды), галогенами (галогениды), серой (сульфиды) и другими неметаллами. Пример: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
• Взаимодействие с водой. Активность реакции зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений. Активные металлы (щелочные, щелочноземельные) реагируют с водой при комнатной температуре, металлы средней активности — при нагревании, а неактивные (стоящие после водорода) — не реагируют. Пример: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$.
• Взаимодействие с кислотами. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из растворов большинства кислот (кроме кислот-окислителей, таких как азотная). Пример: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$.
• Взаимодействие с растворами солей. Более активный металл может вытеснить менее активный из раствора его соли. Пример: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.

Ответ: Металлы обладают комплексом общих физических и химических свойств. Ключевые физические свойства: металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, пластичность (ковкость), твёрдость (за исключением ртути) и, как правило, высокие температуры плавления. Эти свойства обусловлены наличием свободных электронов в их структуре. Основное химическое свойство — способность выступать в реакциях в качестве восстановителей, то есть легко отдавать электроны. Они взаимодействуют с неметаллами, водой, кислотами и растворами солей.

2. Найдите металлы, перечисленные в параграфе, в периодической таблице.

Поскольку текст параграфа, на который ссылается задание, отсутствует, невозможно точно указать, какие именно металлы имеются в виду. Ниже приведено положение в периодической таблице Д.И. Менделеева для нескольких распространённых металлов, которые часто упоминаются в учебных материалах по химии.

Алюминий (Al)

Алюминий — это металл серебристо-белого цвета. В периодической таблице он расположен в 3-м периоде, в 13-й группе (по устаревшей классификации — в главной подгруппе III группы, или IIIА). Атомный номер алюминия — 13.

Железо (Fe)

Железо — это переходный металл. Он находится в 4-м периоде, в 8-й группе (по устаревшей классификации — в побочной подгруппе VIII группы, или VIIIВ). Атомный номер железа — 26.

Медь (Cu)

Медь — это переходный металл золотисто-розового цвета. Она расположена в 4-м периоде, в 11-й группе (по устаревшей классификации — в побочной подгруппе I группы, или IВ). Атомный номер меди — 29.

Цинк (Zn)

Цинк — это переходный металл. Он находится в 4-м периоде, в 12-й группе (по устаревшей классификации — в побочной подгруппе II группы, или IIВ). Атомный номер цинка — 30.

Серебро (Ag)

Серебро — это благородный металл. Оно расположено в 5-м периоде, в 11-й группе (по устаревшей классификации — в побочной подгруппе I группы, или IВ). Атомный номер серебра — 47.

Золото (Au)

Золото — это благородный металл. Оно находится в 6-м периоде, в 11-й группе (по устаревшей классификации — в побочной подгруппе I группы, или IВ). Атомный номер золота — 79.

Натрий (Na)

Натрий — это щелочной металл. Он расположен в 3-м периоде, в 1-й группе (по устаревшей классификации — в главной подгруппе I группы, или IА). Атомный номер натрия — 11.

Кальций (Ca)

Кальций — это щёлочноземельный металл. Он находится в 4-м периоде, во 2-й группе (по устаревшей классификации — в главной подгруппе II группы, или IIА). Атомный номер кальция — 20.

Ответ: Чтобы найти металл в периодической таблице, необходимо знать его название, химический символ или атомный номер. По этим данным определяется его положение: номер периода (горизонтальный ряд) и номер группы (вертикальный столбец), которые определяют его свойства. Например, Железо (Fe) находится в 4-м периоде, 8-й группе. В решении выше приведены примеры расположения других распространённых металлов.

3. Какие сплавы вы знаете?

Сплавы — это макроскопически однородные металлические материалы, состоящие из двух или более химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Сплавы создаются для придания исходным металлам определённых свойств: большей прочности, твёрдости, коррозионной стойкости, определённого цвета, низкой температуры плавления и т.д.

Существует огромное количество сплавов, которые можно классифицировать по основному металлу. Ниже приведены некоторые из наиболее известных сплавов.

1. Сплавы на основе железа (Fe)

Это самая распространенная группа сплавов, используемая в промышленности и строительстве.

• Сталь — это сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2,14%). Углерод придаёт сплаву прочность и твёрдость. Для получения специальных свойств в сталь добавляют легирующие элементы (хром, никель, марганец, вольфрам и др.). Например, нержавеющая сталь (сплав с хромом) обладает высокой коррозионной стойкостью. Сталь используется повсеместно: в строительстве, машиностроении, для изготовления инструментов, бытовых приборов.

• Чугун — это сплав железа с углеродом, где содержание углерода превышает 2,14%. Чугун очень твёрдый, обладает хорошими литейными свойствами, но хрупкий. Используется для изготовления массивных деталей, работающих на сжатие (станины станков, блоки цилиндров двигателей), а также радиаторов отопления, посуды.

2. Сплавы на основе меди (Cu)

Эти сплавы известны с древности и широко применяются до сих пор.

• Бронза — это сплав меди, как правило, с оловом в качестве основного легирующего компонента. Также существуют безоловянные бронзы, где в качестве легирующих элементов выступают алюминий, кремний, бериллий, свинец. Бронза прочна, износостойка, устойчива к коррозии. Используется для изготовления памятников, колоколов, деталей машин (подшипники, втулки), художественных изделий.

• Латунь — это сплав меди с цинком. Латунь хорошо поддаётся обработке давлением, имеет красивый желтый цвет, похожий на золото, и устойчива к коррозии. Применяется в сантехнике (смесители), для изготовления музыкальных инструментов (трубы), патронных гильз, декоративных изделий.

• Мельхиор — сплав меди с никелем (иногда с добавками железа и марганца). Имеет серебристый цвет, высокую коррозионную стойкость, в том числе в морской воде. Из мельхиора изготавливают столовые приборы, монеты, медицинские инструменты и детали для морских судов.

3. Сплавы на основе алюминия (Al)

Главное преимущество этих сплавов — низкая плотность в сочетании с высокой прочностью.

• Дюралюминий (дюраль) — это сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. После специальной термической обработки (закалки и старения) дюралюминий приобретает прочность, сравнимую с прочностью стали, но при этом он почти в три раза легче. Это основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

• Силумин — это сплав алюминия с кремнием. Обладает отличными литейными свойствами, что позволяет изготавливать из него детали сложной формы. Применяется в автомобилестроении для отливки блоков цилиндров, поршней и других деталей двигателей.

4. Другие важные сплавы

• Нихром — сплав никеля и хрома. Его главные свойства — высокое электрическое сопротивление и жаростойкость. Благодаря этому нихром является основным материалом для изготовления нагревательных элементов в электроплитах, фенах, тостерах и промышленных печах.

• Припой — легкоплавкий сплав на основе олова и свинца (или других металлов, например, висмута, кадмия). Используется для пайки — соединения металлических деталей путем введения между ними расплавленного припоя, который имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы.

• Победит — твёрдый сплав на основе карбида вольфрама, сцементированного кобальтом. Обладает исключительно высокой твёрдостью, близкой к твёрдости алмаза. Применяется для оснащения режущих инструментов, буровых коронок.

Ответ: Известны многочисленные сплавы, например: сталь, чугун (сплавы на основе железа); бронза, латунь, мельхиор (сплавы на основе меди); дюралюминий, силумин (сплавы на основе алюминия); а также нихром, припои, победит и другие.

4. Как металл добывают из руды? Расскажите на примерах из параграфа.

Решение

Добыча металлов из руды — это сложный многостадийный процесс, называемый металлургией. В общем виде он включает в себя несколько основных этапов: подготовку и обогащение руды, химическое восстановление металла из его соединения и, при необходимости, очистку (рафинирование) полученного металла. Выбор конкретного способа получения металла зависит от его химической активности и типа руды.

В природе металлы чаще всего встречаются в виде оксидов, сульфидов, карбонатов и других соединений. Процесс извлечения чистого металла заключается в его восстановлении из этих соединений. Рассмотрим основные промышленные способы на конкретных примерах, которые часто приводятся в учебных материалах.

Пример 1: Производство чугуна (пирометаллургия)

Пирометаллургия — это получение металлов при очень высоких температурах. Классическим примером является доменное производство чугуна из железной руды.

1. Сырье: В доменную печь загружают шихту — смесь, состоящую из:
- Железной руды (в основном гематит $Fe_2O_3$ или магнетит $Fe_3O_4$).
- Кокса (углерод $C$) — он служит топливом и восстановителем.
- Флюсов (например, известняк $CaCO_3$) — для удаления примесей (пустой породы).

2. Процесс в доменной печи: В нижней части печи кокс сгорает в потоке горячего воздуха, образуя монооксид углерода ($CO$) — главный восстановитель железа. Происходят следующие основные химические реакции:
- Горение кокса и образование восстановителя: $C + O_2 \rightarrow CO_2$; $CO_2 + C \rightarrow 2CO$.
- Восстановление железа из руды: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
- Образование шлака для удаления примесей (например, $SiO_2$): $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$; $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$.

3. Продукты: В результате из печи выпускают жидкий чугун (сплав железа с углеродом) и шлак, который легче чугуна и плавает на его поверхности.

Пример 2: Производство алюминия (электрометаллургия)

Электрометаллургия — это получение металлов с помощью электрического тока. Этот метод применяют для очень активных металлов, таких как алюминий.

1. Сырье: Очищенный оксид алюминия (глинозем $Al_2O_3$), который получают из бокситов.

2. Процесс электролиза: Глинозем растворяют в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$) для снижения температуры плавления. Электролиз проводят в ваннах с угольными электродами.
Процессы на электродах:
- На катоде (–) восстанавливается жидкий алюминий: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$.
- На аноде (+) окисляются ионы кислорода: $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2$.

3. Продукты и особенности: Получают жидкий алюминий. Кислород, выделяющийся на аноде, реагирует с его угольным материалом ($C + O_2 \rightarrow CO_2$), что приводит к расходу анодов.

Ответ:

Металлы из руды добывают путем химического восстановления их из соединений (чаще всего оксидов). Выбор метода зависит от активности металла. Основные способы:
1. Пирометаллургия (для металлов средней активности, например, железа): Железо получают в доменных печах, восстанавливая железную руду ($Fe_2O_3$) угарным газом ($CO$), который образуется при сжигании кокса. Реакция: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
2. Электрометаллургия (для активных металлов, например, алюминия): Алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия ($Al_2O_3$) в криолите. На катоде происходит восстановление металла: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$.
3. Гидрометаллургия (в растворах, например, для меди или золота): Металл сначала выщелачивают (переводят в раствор), а затем извлекают из раствора.

5. Приведите пример из жизни, иллюстрирующий пластичность металлов.

Пластичность металлов — это их способность изменять форму под действием внешней силы и сохранять эту новую форму после того, как сила перестает действовать, не разрушаясь при этом. Это одно из важнейших свойств металлов, которое находит широкое применение в нашей жизни.

Можно привести несколько наглядных примеров:

• Изготовление ювелирных изделий: Золото, серебро и платина — очень пластичные металлы. Ювелиры используют это свойство, чтобы создавать украшения сложной формы. Металл можно раскатать в тончайшие листы (сусальное золото), вытянуть в тонкую проволоку или отлить в заготовку, а затем гнуть, чеканить и гравировать, придавая ему желаемый вид.
• Ковка: Классический пример — работа кузнеца. Он нагревает кусок железа или стали докрасна, делая его более пластичным, и ударами молота придает ему нужную форму: подковы, меча, гвоздя или декоративного элемента. После остывания изделие навсегда сохраняет новую форму.
• Штамповка деталей: Кузовные панели автомобилей, корпуса бытовой техники, столовые приборы (ложки, вилки) и монеты изготавливают методом штамповки. Мощный пресс выдавливает из листа металла деталь нужной формы, используя его пластичность.
• Бытовые примеры: Простой и понятный пример — обычная канцелярская скрепка. Если ее разогнуть, она не вернется в первоначальное состояние, а останется деформированной. То же самое происходит с алюминиевой фольгой для запекания: ее можно легко смять, и она сохранит новую форму.

Все эти процессы возможны именно благодаря способности металлов к пластической деформации.

Ответ: Примером из жизни, иллюстрирующим пластичность металлов, является лепка из пластилина, только в данном случае "пластилином" выступает сам металл. Например, когда кузнец кует подкову из раскаленного куска железа, он использует пластичность металла. Другой пример — когда мы сгибаем металлическую скрепку, и она сохраняет согнутую форму, не ломаясь.

6. Составьте рассказ о жизни и деятельности учёного, изображённого на рисунке 126.

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

Рис. 126. Бронзовая статуя, покрытая патиной

На изображении представлена бронзовая статуя Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765), великого русского учёного-энциклопедиста, мыслителя, поэта и реформатора. Памятник установлен перед зданием Московского государственного университета, который с гордостью носит его имя.

Жизненный путь Ломоносова – это яркий пример невероятной целеустремлённости и безграничной жажды знаний. Он родился в деревне Мишанинской Архангельской губернии в семье крестьянина-помора. С юных лет он проявлял неутомимую тягу к наукам. В 19 лет, чтобы получить образование, он тайно ушёл с рыбным обозом в Москву. Скрыв своё крестьянское происхождение, он поступил в Славяно-греко-латинскую академию. Несмотря на бедность и насмешки соучеников из-за возраста, он за несколько лет блестяще освоил программу, рассчитанную на гораздо больший срок.

Выдающиеся способности Ломоносова были замечены, и его в числе лучших учеников направили для продолжения обучения сначала в Петербургскую Академию наук, а затем в Германию – в Марбургский и Фрайбергский университеты. Там он изучал химию, физику, металлургию и горное дело у ведущих европейских учёных того времени.

Вернувшись в Россию, Ломоносов развернул колоссальную научную и просветительскую деятельность. Его вклад в науку поистине огромен и многогранен. В химии он сформулировал основы атомно-молекулярного учения и экспериментально подтвердил закон сохранения массы веществ в химических реакциях, который стал одним из фундаментальных законов естествознания. В физике Ломоносов исследовал природу теплоты, электричества и света, а наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 году, совершил великое открытие – обнаружил наличие атмосферы у этой планеты. В геологии он создал труд «О слоях земных», где высказал идеи об эволюционном развитии природы. Как астроном он усовершенствовал конструкцию телескопа-рефлектора. Ломоносов был также выдающимся гуманитарием: он провёл реформу русского литературного языка и стихосложения, заложив основы современной русской литературы, а его «Российская грамматика» стала первым научным описанием норм русского языка. Увлекаясь искусством, он возродил в России забытую технику мозаики и создал мозаичную мастерскую, самым известным произведением которой является монументальное панно «Полтавская баталия».

Одним из главных дел жизни Ломоносова стало основание в 1755 году Московского университета. По его замыслу, это учебное заведение должно было стать центром просвещения для представителей всех сословий, а не только для дворян. Этот университет, носящий сегодня его имя, является главным вузом России и живым памятником вкладу Ломоносова в отечественную науку и образование.

Михаил Васильевич Ломоносов – уникальная фигура в российской и мировой истории, «универсальный человек», который своим трудом и гением прославил русскую науку и культуру на века.

Ответ: На рисунке изображён памятник Михаилу Васильевичу Ломоносову – выдающемуся русскому учёному-энциклопедисту XVIII века. Он родился в крестьянской семье на севере России, самостоятельно добрался до Москвы ради обучения и благодаря таланту и упорству получил блестящее образование в России и Германии. Ломоносов внёс фундаментальный вклад в развитие химии (сформулировал закон сохранения массы), физики (открыл атмосферу на Венере), астрономии, геологии, а также реформировал русский язык и стихосложение, возродил искусство мозаики. Его величайшей заслугой является основание Московского университета в 1755 году, который сегодня носит его имя и является ведущим университетом страны.

✓ Из чего состоит стекло?

Стекло — это аморфное, то есть некристаллическое, твердое вещество, полученное путем быстрого охлаждения расплава. Его состав может сильно варьироваться в зависимости от требуемых свойств (прозрачность, термостойкость, цвет и т.д.), но у большинства стекол есть общая основа.

Основной состав обычного стекла

Самый распространенный тип стекла, используемый для изготовления окон, бутылок и банок, — это натрий-кальций-силикатное стекло. Его получают путем плавления трех основных компонентов:

• Кварцевый песок (Диоксид кремния, $SiO_2$): Это основной стеклообразующий компонент, составляющий примерно 70-75% от массы. Он определяет основную структуру стекла.

• Кальцинированная сода (Карбонат натрия, $Na_2CO_3$): Добавляется в качестве флюса (плавня). Она значительно снижает температуру плавления диоксида кремния (с ~2000°C до ~1000°C), что делает производство экономически выгодным. В стекле присутствует в виде оксида натрия ($Na_2O$).

• Известняк (Карбонат кальция, $CaCO_3$): Выступает в роли стабилизатора. Оксид кальция ($CaO$), который образуется из известняка при нагреве, придает стеклу химическую стойкость и защищает его от разрушения под действием воды.

Приблизительная химическая формула обычного оконного стекла может быть записана как $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$.

Специальные виды стекла и добавки

Для придания стеклу особых свойств в его состав вводят различные добавки:

• Боросиликатное стекло (жаропрочное): Добавление оксида бора ($B_2O_3$) резко снижает коэффициент теплового расширения. Такое стекло выдерживает резкие перепады температур, поэтому его используют для изготовления лабораторной посуды и посуды для духовых шкафов (например, Pyrex).

• Свинцовое стекло (хрусталь): Оксид свинца ($PbO$) заменяет оксид кальция. Это значительно увеличивает показатель преломления света, что придает изделиям характерный блеск, "игру света" и мелодичный звон.

• Кварцевое стекло: Состоит практически из чистого диоксида кремния ($SiO_2$). Оно обладает очень высокой температурой плавления, химической чистотой и прозрачностью для ультрафиолетового излучения. Используется в научном оборудовании и высокотемпературных лампах.

• Цветное стекло: Цвет получают, добавляя в расплав оксиды металлов:

  • Оксиды кобальта ($CoO$) — для синего и голубого цвета.

  • Оксиды железа ($FeO, Fe_2O_3$) — для зеленых и коричневых оттенков.

  • Оксид хрома ($Cr_2O_3$) — для насыщенного зеленого цвета.

  • Коллоидные частицы золота или селена — для получения рубиново-красного цвета.

Ответ: Стекло в основном состоит из диоксида кремния (получаемого из песка), соды (оксида натрия) и извести (оксида кальция). Для придания стеклу специальных свойств, таких как жаропрочность, цвет, высокий показатель преломления (блеск), в его состав вводят различные химические добавки, например, оксиды бора, свинца или других металлов.

✓ Из чего получают стекло?

Стекло — это аморфный (некристаллический) твердый материал, получаемый путем плавления смеси определенных компонентов (шихты) с последующим быстрым охлаждением, которое предотвращает кристаллизацию расплава. Состав исходной смеси определяет вид и свойства получаемого стекла.

Для производства наиболее распространенного, так называемого натрий-кальций-силикатного стекла (оконное, тарное, посудное), используют три главных компонента:

• Кварцевый песок (химическая формула $SiO_2$ — диоксид кремния). Это основной стеклообразующий компонент, составляющий около 70–75% массы шихты. Для производства качественного прозрачного стекла используется песок высокой степени очистки.

• Кальцинированная сода (химическая формула $Na_2CO_3$ — карбонат натрия). Этот компонент действует как плавень (флюс), то есть понижает температуру плавления кварцевого песка с более чем 2000 °C до приемлемых в производстве 1500 °C, что существенно снижает энергозатраты.

• Известняк (химическая формула $CaCO_3$ — карбонат кальция). Он вводится в состав в качестве стабилизатора. Образующийся из него оксид кальция ($CaO$) придает стеклу химическую стойкость (особенно к воде) и механическую прочность.

Кроме основных компонентов, в шихту часто добавляют стеклобой (измельченное переработанное стекло), который также способствует снижению температуры плавления и экономии сырья.

Процесс получения стекла включает в себя несколько ключевых стадий:

1. Приготовление шихты: Исходные компоненты точно дозируются и тщательно перемешиваются до однородного состояния.

2. Стекловарение: Шихта загружается в стекловаренную печь, где при температуре около 1500–1600 °C происходит ее плавление. Карбонаты разлагаются с выделением углекислого газа ($CO_2$), а оксиды натрия и кальция вступают в реакцию с диоксидом кремния, образуя сложный силикатный расплав — стекломассу.

3. Формование изделий: Вязкой стекломассе придают необходимую форму различными методами: выдуванием (бутылки, банки), прессованием (посуда), прокаткой или флоат-методом (листовое стекло).

4. Отжиг: Готовые изделия проходят через специальную печь для медленного контролируемого охлаждения. Это позволяет снять внутренние напряжения в материале, которые делают его хрупким.

Для получения стекла с особыми свойствами в базовый состав вводят различные добавки:

• Оксид свинца ($PbO$) — для изготовления хрусталя, который отличается высоким показателем преломления (блеском) и мягкостью, облегчающей огранку.

• Оксид бора ($B_2O_3$) — для создания боросиликатного стекла (например, лабораторная посуда), устойчивого к резким перепадам температур и химическим воздействиям.

• Оксиды различных металлов — для окрашивания стекла. Например, оксид кобальта ($CoO$) придает синий цвет, оксид хрома ($Cr_2O_3$) — зеленый, а коллоидные частицы золота — рубиновый.

Ответ: Стекло получают путем плавления смеси, основными компонентами которой являются кварцевый песок (диоксид кремния $SiO_2$), сода ($Na_2CO_3$) и известняк ($CaCO_3$). Путем введения в состав различных добавок (оксидов металлов) получают специальные виды стекла с заданными свойствами (цветное, термостойкое, хрусталь и др.).

✓ Почему одни стекла не имеют цвета, а другие окрашены?

Цвет любого прозрачного объекта, в том числе и стекла, определяется тем, какие длины волн видимого света он пропускает, а какие поглощает. Белый свет, например солнечный, является смесью всех цветов радуги, то есть всех длин волн видимого спектра.

Бесцветные стёкла. Обычное оконное или посудное стекло, которое мы называем бесцветным, состоит в основном из диоксида кремния ($SiO_2$) с добавками оксида натрия ($Na_2O$) и оксида кальция ($CaO$). В чистом виде эта комбинация веществ практически полностью прозрачна для всего видимого спектра света. Это означает, что стекло пропускает световые волны всех цветов (от красного до фиолетового) примерно одинаково. Когда белый свет проходит сквозь такое стекло, его спектральный состав не меняется, и наш глаз воспринимает стекло как не имеющее цвета. Стоит отметить, что абсолютно бесцветное стекло получить очень сложно, так как в сырье почти всегда есть примеси, чаще всего оксиды железа, которые придают стеклу лёгкий зеленоватый или голубоватый оттенок, заметный на торце.

Окрашенные стёкла. Чтобы придать стеклу цвет, в его состав на стадии плавления целенаправленно вводят специальные химические соединения, как правило, оксиды, сульфиды или соли переходных металлов, а также некоторые другие элементы. Эти добавки действуют как светофильтры: они избирательно поглощают свет в определенной части видимого спектра. Цвет, который мы видим, — это цвет тех световых волн, которые не были поглощены и прошли сквозь стекло. Например:

• Добавление оксида кобальта ($CoO$) заставляет стекло поглощать свет в жёлто-оранжевой части спектра. В результате мы видим проходящий синий свет, и стекло кажется синим.
• Оксиды железа($II$) ($FeO$) или оксид хрома($III$) ($Cr_2O_3$) поглощают лучи в красной и синей частях спектра, поэтому стекло приобретает зелёный цвет.
• Для получения знаменитого рубиново-красного цвета в стекло вводят коллоидные частицы золота или соединения селена ($Se$). Эти добавки поглощают сине-зелёные лучи, пропуская красные.
• Фиолетовый цвет стеклу придаёт оксид марганца ($MnO_2$).

Таким образом, фундаментальное различие между бесцветными и окрашенными стеклами заключается в их химическом составе и, как следствие, в их оптических свойствах по отношению к видимому свету.

Ответ: Различие между бесцветными и окрашенными стёклами определяется их химическим составом. Бесцветные стёкла имеют состав, который равномерно пропускает все длины волн видимого света. Окрашенные стёкла содержат специальные добавки (красители, например, оксиды металлов), которые избирательно поглощают свет определённых цветов, пропуская лишь оставшуюся часть спектра, которую мы и воспринимаем как цвет стекла.

✓ Где применяют стёкла?

Стекло — это уникальный материал, который благодаря своим свойствам (прозрачность, твердость, химическая стойкость, возможность придавать различную форму) нашел применение в самых разнообразных сферах человеческой жизни. Ниже приведены основные области его использования.

• Строительство и архитектура

  Это одна из самых обширных областей применения стекла. Сюда относится:

  • Остекление: оконные и балконные блоки, витрины магазинов, фасадное остекление зданий (в том числе небоскребов).
  • Интерьерные решения: стеклянные двери, перегородки в офисах и квартирах, душевые кабины, ограждения для лестниц и балконов (балюстрады).
  • Декоративные элементы: зеркала, витражи, стеклоблоки для возведения стен, стеклянная мозаика и плитка.
  • Кровля: стеклянные крыши, навесы и козырьки, зенитные фонари (окна в крыше).
• Быт и товары для дома

  В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся со стеклянными изделиями:

  • Посуда и тара: стаканы, бокалы, тарелки, салатники, а также банки для консервирования и бутылки для напитков.
  • Кухонная утварь: жаропрочные формы для выпечки, крышки для кастрюль и сковородок, варочные поверхности из стеклокерамики.
  • Мебель: столешницы, полки, дверцы шкафов и сервантов.
  • Осветительные приборы: колбы ламп накаливания и люминесцентных ламп, плафоны и абажуры для люстр и светильников.
• Транспорт

  Безопасность и обзор на транспорте во многом обеспечиваются стеклом:

  • Автомобилестроение: лобовые (триплекс), боковые и задние (закаленное стекло) стёкла автомобилей.
  • Авиация и судостроение: иллюминаторы самолетов и кораблей, стёкла в кабине пилотов.
  • Общественный транспорт: окна в поездах, автобусах, трамваях.
• Наука и медицина

  Химическая инертность и прозрачность делают стекло незаменимым в этой сфере:

  • Лабораторное оборудование: пробирки, колбы, мензурки, пипетки, предметные и покровные стёкла для микроскопов.
  • Оптика: линзы для очков, микроскопов, телескопов, объективов фото- и видеокамер.
  • Медицина: ампулы и флаконы для лекарств, некоторые виды шприцев.
• Электроника и технологии

  Современные технологии немыслимы без специальных видов стекла:

  • Дисплеи: экраны смартфонов, планшетов, телевизоров и мониторов, часто из высокопрочного стекла (например, Gorilla Glass).
  • Передача данных: оптоволокно (стекловолокно) для высокоскоростного интернета и связи.
  • Энергетика: защитное покрытие фотоэлементов в солнечных панелях.
• Искусство и декор

  Стекло является прекрасным материалом для творчества:

  • Художественные изделия: стеклянные скульптуры, вазы, статуэтки.
  • Декоративно-прикладное искусство: витражи, мозаика, бижутерия и ювелирные изделия из стекла.

Ответ: Стекло применяют практически во всех сферах человеческой деятельности: в строительстве и архитектуре, в быту, на транспорте, в науке и медицине, в электронике и высоких технологиях, а также в искусстве и декоре. Столь широкое распространение обусловлено его уникальным сочетанием свойств: прозрачности, твердости, химической стойкости и возможности принимать разнообразные формы.