質問: 色ガラスの作製 このような実験を授業でやりました。 酸化鉛(ii)6.7gとホウ酸ナトリウム4.0gと二酸化ケイ素1.3gと塩化銅0.05gをよく混ぜてマッフル炉で強く加熱し、ガラスを作りました。 その後のレポートに考察を書くのですが、このようなものが出ました。 1.ガラスを科学的に説明しなさい。また、ガラスは通常の結晶とは違う状態であるが、どのような構造をしているか。また、その構造を何というか。 2.酸化鉛(ii)とホウ酸ナトリウムの役割を説明しなさい。 3.なぜそのような色になったのか。 1.についてですが、科学的にというのは何を説明すればいいのでしょうか? 2.についてですが、調べても分からなかったのでお願いします。 3.については自分で何とか出来そうです。 長文失礼しました。 よろしくお願いします。
回答: 高校ですか・・・。 ガラスとはガラス状態にあるものである。ガラス状態とはガラス転移を示す非晶質状態である、といったようなわけのわからない説明があるのですが、とりあえず、原子などが不規則に並んでいるってことでいいんじゃないでしょうか。 以下、参考に。 二酸化ケイ素もホウ酸も共有結合ですが、二酸化炭素やブドウ糖などの共有結合と違って、シリコンやダイヤモンドのように原子がずうっと3次元的にどこまでもつながっています。シリコン原子は手が4本で、3次元的に結合しやすくなっています。 二酸化ケイ素は-si-o-si-o-(siからはこれ以外の2本の手にも同様に酸素がついています)という結合がつながっていますが、結合が適当に切れないとホウ酸などの他の化合物が入りにくく、また高温にしないと溶けません。酸化ナトリウムなどを入れると、-si-o-si-o-naで結合が切れます。酸化鉛などもこれに近い働きがあります。 ホウ素は周期律表をみると手が3本になりそうですが、酸化ナトリウムなどと化合して、そこから手を借りてきて、ガラス中ではかなりのホウ素原子は手が4本になっています。 ホウ酸ナトリウムは低めの温度で溶けやすいのでこれを入れるとマッフル炉で簡単にガラスを作ることができます。ホウ酸ナトリウムのみでは冷やすと簡単に結晶になってしまいますが、二酸化ケイ素やいろんなものを入れると、-b-o-b-o- といった結合の中にsiやpbが入ってきて(bがsiやpbに置き換わったような状態になります)、結晶になりにくくなってガラスになります。 色は塩化銅の結晶や水溶液と同じような色になったでしょうか。銅イオンは青色ですが、塩化銅になると緑色っぽくなるのは、もちろん塩素の働きですが、高校の範囲での説明はちょっと難しいです。