Химические опыты

Стекло и эмаль

Значки, броши, различные украшения и многие предметы обихода покрывают эмалью — стеклом, нанесенным на металл. Вот и мы попробуем приготовить стекло. Для этих опытов необходима специальная печь. Уже по этой причине изготовлением стекла нельзя заниматься дома. Но, кроме того, нужны и навыки в работе с горячими расплавами, так что опыты, безусловно, надо проводить в присутствии старших.

На заводах и в химических лабораториях стекла получают из шихты — тщательно перемешанной сухой смеси порошкообразных солей, оксидов и других соединений. При нагревании в печах до очень высокой температуры, нередко выше 1500°С, соли разлагаются до оксидов, которые, взаимодействуя между собой, образуют силикаты, бораты, фосфаты и другие устойчивые при высоких температурах соединения. Вместе они и составляют стекло.

Мы будем готовить так называемые легкоплавкие стекла, для которых достаточно лабораторной электрической печи с температурой нагрева до 1000°С. Еще понадобятся тигли, тигельные щипцы (чтобы не обжечься) и небольшая ровная плита, стальная или чугунная. Сначала мы сварим стекло, а потом найдем ему применение.

Перемешайте шпателем на листе бумаги 10 г тетрабората натрия (буры), 20 г оксида свинца и 1,5 г оксида кобальта, просеянных через сито. Это и есть наша шихта. Пересыпьте ее в небольшой тигель и уплотните шпателем так, чтобы получился конус с вершиной в центре тигля. Уплотненная шихта должна занять в тигле не более трех четвертей объема, тогда стекло не будет проливаться. Щипцами поставьте тигель в электропечь (тигельную или муфельную), нагретую до 800—900 °С, и подождите, пока шихта не сплавится. Об этом судят по выделению пузырьков: как только оно прекратилось, стекло готово. Достаньте тигель щипцами из печи и сразу же вылейте расплавленное стекло на стальную или чугунную плиту с чистой поверхностью. Остывая на плите, стекло образует слиток сине-фиолетового цвета.

Чтобы получить стекла других цветов, замените оксид кобальта другими окрашивающими оксидами. Оксид железа(III) (1—1,5 г) окрасит стекло в коричневый, оксид меди(II) (0,5—1 г)—в зеленый, смесь 0,3 г оксида меди с 1 г оксида кобальта и 1 г оксида железа (III)—в черный цвет. Если же взять только борную кислоту и оксид свинца, то стекло останется бесцветным и прозрачным. Поэкспериментируйте сами с другими оксидами, например, хрома, марганца, никеля, олова.

Стекло измельчите пестиком в фарфоровой ступке, Чтобы не пораниться осколками, обязательно обмотайте руку полотенцем, а ступку с пестиком прикройте чистой тряпкой.

Ссыпьте мелкий стеклянный порошок на толстое стекло, добавьте немного воды и разотрите до сметанообразного состояния курантом — стеклянным или фарфоровым диском с ручкой. Вместо куранта можно взять маленькую плоскодонную ступку или полированный кусок гранита — так поступали старые мастера, когда растирали краски. Полученную массу называют шликером. Его мы будем наносить на поверхность алюминия примерно так же, как это делают, изготовляя украшения.

Очистите поверхность алюминия наждачной бумагой и обезжирьте кипячением в содовом растворе. На чистой поверхности прочертите скальпелем или иглой контур рисунка. Поверхность с помощью обычной кисточки покройте шликером, просушите над пламенем, а потом нагревайте в том же пламени до тех пор, пока стекло не наплавится на металл. У вас получится эмаль. Если значок невелик, его можно покрывать слоем стекла и нагревать в пламени целиком. Если же изделие более крупное (скажем, табличка с надписью), то надо разбить его на участки и наносить стекло на них поочередно. Чтобы цвет эмали был более интенсивным, нанесите стекло повторно. Таким способом можно получать не только украшения, но и надежные эмалевые покрытия для защиты алюминиевых деталей во всевозможных приборах и моделях. Так как в этом случае эмаль несет дополнительную нагрузку, металлическую поверхность после обезжиривания и промывки желательно покрыть плотной оксидной пленкой; для этого достаточно подержать деталь 5—10 мин в печи с температурой чуть ниже 600°С.

Разумеется, на большую деталь шликер удобнее наносить не кисточкой, а из пульверизатора или просто поливом (но слой должен быть тонким). Подсушите деталь в сушильном шкафу при 50—60°С, а затем перенесите в электропечь, нагретую до 700—800°С.

А еще из легкоплавких стекол можно приготовить окрашенные пластинки для мозаичных работ. Куски битой фарфоровой посуды (их вам всегда дадут в посудном магазине) облейте тонким слоем шликера, просушите при комнатной температуре или в сушильном шкафу и наплавьте стекло на пластинки, выдерживая их в электропечи при температуре не ниже 700°С.

Освоив работу со стеклом, вы можете помочь своим коллегам из биологического кружка: там нередко изготовляют чучела животных, а для чучел нужны разноцветные глаза...

В стальной плите толщиной около 1,5 см высверлите несколько углублений разных размеров с коническим или сферическим дном. Тем же способом, что и прежде, сплавьте разноцветные стекла. Гаммы, пожалуй, хватит, а чтобы изменить интенсивность, чуть увеличьте или уменьшите содержание окрашивающей добавки.

Небольшую каплю яркого расплавленного стекла поместите в углубление стальной плиты, затем налейте стекло цвета радужной оболочки. Капля войдет в основную массу, но не смешается с ней, — так будут воспроизведены и зрачок, и радужная оболочка. Охлаждайте изделия медленно, не допуская резких перепадов температур. Для этого затвердевшие, но еще горячие «глаза» достаньте из формы подогретым пинцетом, положите в рыхлый асбест и уже в нем охладите до комнатной температуры.

Конечно, легкоплавким стеклам можно найти и другие применения. Но не лучше ли будет, если вы поищете их сами?

И в завершение опытов со стеклом, пользуясь все той же электропечью, попытаемся превратить обыкновенное стекло в цветное. Естественный вопрос: нельзя ли таким способом сделать солнечные очки? Можно, но вряд ли это удастся вам с первого раза, потому что процесс капризен и требует некоторых навыков. Поэтому беритесь за очки только после того, как потренируетесь на кусочках стекла и убедитесь, что результат соответствует ожиданиям.

Основой краски для стекла будет канифоль. Из резинатов, солей кислот, входящих в состав канифоли, вы ранее готовили сиккативы для масляных красок. Вновь обратимся к резинатам, потому что они способны образовывать на стекле тонкую ровную пленку и служить носителями красящего вещества,

В растворе едкого натра концентрацией около 20% растворяйте при помешивании и помня, конечно, об осторожности, кусочки канифоли до тех пор, пока жидкость не станет темно-желтой. Отфильтровав, добавьте немного раствора хлорида железа FeCl₃ или другой соли трехвалентного железа. Имейте в виду, что концентрация раствора должна быть небольшой, соль нельзя брать в избытке — осадок гидроксида железа, который в этом случае образуется, нам помешает. Если же концентрация соли невелика, то образуется красный осадок резината железа — он-то там и нужен.

Отфильтруйте красный осадок и высушите его па воздухе, а затем растворите до насыщения в чистом бензине (не автомобильном, а бензине-растворителе) еще лучше было бы взять гексан или петролейный эфир. Кисточкой или пульверизатором окрасьте поверхность стекла тонким слоем, дайте подсохнуть и положите на 5—10 мин в печь, нагретую примерно до 600°С. Но канифоль относится к органическим веществам, а им такую температуру не выдержать! Правильно, но именно это и нужно — пусть органическая основа выгорит. Тогда на стекле останется тончайшая пленка оксида железа, хорошо сцепленная с поверхностью. И хотя оксид в общем-то непрозрачен, в столь тонком слое он пропускает часть световых лучей, т. е. может служить светофильтром.

Возможно, светозащитный слой покажется вам слишком темным или, напротив, излишне светлым. В таком случае поварьируйте условия опыта — чуть увеличьте или уменьшите концентрацию раствора канифоли, измените время и температуру обжига. Если же вас не устраивает цвет, в который скрашено стекло, замените хлорид железа хлоридом другого металла, но непременно такого, оксид которого ярко окрашен, например хлоридом меди или кобальта.

А когда технология тщательно отработана на кусочках стекла, можно без особого риска совершить превращение обычных очков в солнечные. Не забудьте только вынуть стекла из оправы — пластмассовая оправа не выдержит нагревания в печи точно так же, как канифольная основа...

О. Ольгин. "Опыты без взрывов" М., "Химия", 1986

Список тем