色ガラスの作製

質問

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No.3

toboke · ベストアンサー

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。

お礼

詳しい説明をありがとうございます。
レポートを書くことが出来ました。

回答No.2

toboke

1はウィキペディアの「ガラス」の第１項に書いてあることが理解できれば十分かと思います。

2は、ウィキペディアに書いてある網目形成酸化物、修飾酸化物の例は少し変です。修飾酸化物と中間酸化物の説明もわかりにくく書かれています。
基本的にはこれらは共有結合性とイオン結合性の度合いなどで分類され、修飾酸化物の代表はアルカリ金属酸化物です。共有結合性のあるアルミナや酸化鉛は中間酸化物的な挙動を示し、また組成、成分比によって同じ酸化物でも働きが変わってきます。
No.1さんの言われているように、調べてみていろいろな例を見ればわかるかと思いますが、ウィキペディアから引用されている例は無視して下さい。

参考URL：

http://okwave.jp/qa1350979.html

お礼

回答ありがとうございます。
とりあえず、ガラス(やゴム)は他の物質とは違い、原子などが不規則に並んでいるということを書けばいいのでしょうか？

また、書き忘れましたが、Siについて調べよという課題もありました。
これは網目形成酸化物の役割で、原子同士の接着剤のような役割をしているという解釈で良いのでしょうか？

何度もすいません。よろしくお願いします。
ちなみに、高1なので、出来れば分かりやすくお願いします。
本当にすいません。

回答No.1

umaibocheese

とりあえずヒントを、

１.非晶質、アモルファス等で調べてみてください。
２.網目形成酸化物、修飾酸化物で調べてみてください。

お礼

回答ありがとうございます。
よく調べてみます。