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화학실험] 간단한 유리세공

1.Title - 간단한 유리세공2.Introduction● 유리는 반응성이 매우 낮아서 대부분의 화합물과 반응하지 않는 특성을 가지고 있다. 또한 완전한 결정형 고체가 아니고 녹는점도 확실하지 않아서 유리를 가열하게 되면 모양을 쉽게 변화시킬 수 있고, 냉각시키면 다시 딱딱하게 변한다. 이번에 실험하게 될 유리세공은 이러한 유리의 특성을 이용하여 유리를 가열한 후 구부리거나 길게 뽑아 실험에 필요한 간단한 유리 기구를 만드는데 사용되기도 한다.3.Principle & Theory● 유리의 정의규사·탄산나트륨·탄산칼슘 등을 고온으로 녹인 후 냉각하면 생기는 투명도가 높은 물질로 일반적으로 융해된 액체를 냉각하면 일정한 온도에서 응고하여 결정으로 되지만 어떤 종류의 것은 냉각해도 응고·결정화 하지 않고, 온도가 낮아짐에 따라 점차 점성이 증가하고, 나중에는 굳은 고형물이 된다. 이와 같이 된 비결정 고형 물을 일반적으로 유리상태에 있다고 하며, 특히 무기물로서 이와 같은 상태가 된 것을 유리라고 한다. 유리는 아스팔트 등과 같은 무정형 물질로 보며, 물성적으로 는 극단적으로 점도가 높은 액체(과냉각 액체)로 본다.● 유리의 성질유리는 비결정 고형물이며 이것은 원자가 일정한 규칙에 따라 경합된 금속이나 비금속과는 달리 원자가 불규칙하게 연결된 것을 말한다. 유리는 화학적으로 안 정하나 일반적으로 상온의 물에는 부식되기 쉬우며 특히 나트륨, 칼슘, 규소 등이 비교적 많은 유리일수록 물에 침식되기 어렵다. 따라서 경질 유리, 초경질 유리는 비교적 안정하다고 한다. 염기에 대하여는 물보다 내항성이 없으므로 OH- 기가 많이 있는 용액과 pH가 큰 액에 침식되기 쉽다. 특히 시약병 안에 강 염기류를 보존하는데는 주의를 요한다. 산에 대하여 유리는 내 부식이 있으며 무수규산이 많이 함유되어 있는 것은 안정하고 붕산이 섞여 있는 것은 침식되기 쉽다.실용유리의 대부분은 규산염유리를 주로 하는 산화물 유리이다. 산화물 유리에 포함되어 있는 조성산화물의 종류·함유량 등은 다양하며, 따라서 이에 대응하는 여러 성질은 광범위하게 변한다. 일반적으로 여러 성질과 조성사이에는 근사한 가성성이 성립하여 그 값은 각 산화물 고유의 정수에 조성 비율을 곱해서 얻는 갑과 일치한다. 비중·굴절률·열팽창률 등이 그 예이다. 또한 유리의 성질은 조성 에 따라 변할 뿐 아니라 열처리 등에 따라서도 달라지므로 주의해야 한다.● 유리의 종류유리는 그 성분에 따라 매우 다양한 특성을 나타내며 화학 실험실에서는 주로 소 다-석회 유리와 보로 규산염 유리를 많이 사용한다. 소다-석회 유리는 300~40 0℃에서 물렁물렁해지고 쉽게 구부러진다. 그러나 소다-석회 유리는 열팽창 계수 가 크기 때문에 급격하게 가열하거나 냉각시키면 쉽게 깨지는 단점이 있다. 보로 규산염 유리는 700~800℃가 되어야만 물렁물렁해지기 때문에 가공이 어렵지만 열팽창 계수가 작아서 급격한 온도 변화에도 깨지지 않는 장점이 있다. 실험실에 서는 값이 싸고 화학적으로 안정하며 적당히 단단하면서도 작품을 마무리 할 때 필요하면 언제든지 다시 녹일 수 있기 때문에 세공이 쉬운 소다-석회 유리로 만든 유리관을 많이 사용한다.조성(주성분)연화점화학물질에대한 내구성용도상품명상대적 가격소다-석회유리SiO₂,CaONa₂O낮다(600℃)낮다용기창유리-낮다보로규산염유리SiO₂B₂O₃높다(800℃)높다가열용 그릇실험용유리 기구PyrexKimaxHysil높다● 유리의 내부구조유리가 생성되기 위해서는 유리로 만드려는 이온들이 규칙적으로 배열되지 못하 게 해야 하는데 액체의 정도가 높거나 액체가 빠르게 냉각될 때 유리가 잘 만들 어지게 된다. 유리를 살펴보면 유리의 결합이 액체와 같이 입자간의 근거리에는 질서가 있고, 원거리에는 질서가 없는데 반해 고체와 같이 흐르지 않는다. 그래서 유리를 무정형 고체, 과냉각 액체라고도 한다.유리의 구조를 살펴보면 유리는 그물모양(망목구조)를 하고 있다. 그물을 만들기 위해서는 그물코 이온(망목형성 이온, 망목형성 산화물)이 있어야 하고, 그 그물 코 이온에는 Si, P, B, Ge, As, Sb, Bi, V등의 산성산화물이 있다. 소다석회유리 의 경우에는 석회, SiO₂가 그물코 이온이다.그물코 사이사이에 들어가 유리의 성질에 영향을 주는 이온들은 그물코 수식이온 (망목 수식이온)이라고 하고 그물코 수식이온에는 알칼리(Na, Li, K), 알칼리 토 금속류(Ca, Mg, Sr, Ba)등이 있다. 그물코 수식이온들이 원자가가 높거나 이온반 지름이 작을수록 결합 에너지가 커서 유리가 더 잘 생성된다. 소다석회유리의 경 우 소다,Na이 그물코 수식이온이다.그리고 상황에 따라서 그물코이온 또는 그물코 수식이온이 될 수 있는 이온들이 있는데 그들을 수식 중간이온이라고 하고 Zn, Cd, Pb, Al 등이 있다.[참고자료] 유리의 내부구조 그림4.Apparatus & Reagents● 실험기구 - 유리관, 분젠버너, 쇠망, 삼각줄, 불꽃 퍼지게(날개관)● 시약 - 없음5.Procedure● 유리관 자르기(1) 유리관을 실험대 위에 놓고 자르려는 부위를 줄로 누른다.(2) 줄은 자기 쪽에서 끌어당기고 동시에 다른 손으로는 관을 반대로 회전시키면서 흠집을 낸다.(3) 흠집 양쪽에 엄지를 댄 후 잡아당기면서 빠르게 구부린다.[유리관 자르기-(1)의 모습] [유리관에 흠집을 낸 모습]? 톱질할 때처럼 줄을 앞뒤로 움직이지 않도록 한다.● 관 끝을 불로 다듬기(1) 잘라진 끝 쪽을 분젠 버너의 가장 뜨거운 불꽃에 갖다 댄다.(속불꽃 바로 위)(2) 거친 부분이 완만해질 때 까지 관을 계속적으로 회전시킨다.[빨간 동그라미 부분에서 가열시킨다.] [자른 끝, 불로 다듬은 후, 너무 많이 가열한 경우]● 관 구부리기(1) 관 끝을 양손으로 잡고 불꽃 위에서 부드러워 질 때 까지 관을 굴린다.(2) 불을 제거하고 몇 초간 열이 균일해지도록 잡고 있는다.(3) 불꽃에서 꺼내어 석면판 위에 올려놓고 원하는 각도까지 굽힌 후에 충분히 식힌다.[관을 구부린 후의 모습]● 뾰족한 끝 만들기(1) 관 끝을 손으로 잡고 부드러워 질 때까지 관을 굴린다.(2) 가열한 부분이 좀 두꺼워 지도록 안쪽으로 천천히 밀어준다.(원래 굵기의2배 정도)(3) 불꽃에서 꺼내어 양쪽으로 잡아당긴다.[뾰족한 끝 만들기-(2)의 모습] [유리관을 뽑아 끝을 다듬은 후]? 유리관을 잡아당기거나 굽힐 때 양쪽 손에 같은 힘을 주어야 한다.6.Result● 녹는점이 확실하지 않은 유리는 완전한 결정형 고체가 아니라서 가열하게 되면 모양을 쉽게 변화시킬 수 있고 식히면 금방 딱딱하게 굳는 특성을 가지고 있다. 이러한 유리의 특성을 이용해 실험을 하였는데 먼저 줄을 이용해 유리관에 흠집을 내었다. 적당한 길이로 자른 유리관을 불꽃의 가장 뜨거운 부분에서 가열하여 관 끝을 다듬었는데 불로 너무 많이 가열하게 되자 유리관의 끝이 울퉁불퉁한 모양이 되었다. 관 구부리기를 할 때는 넓은 부위를 고르게 가열하는 것이 가장 중요한데 열이 균일하게 가해지지 않으면 구부러질 때 유리관의 직경이 줄어들기도 하고 여러 위치에서 구부러지기도 하였다. 마지막으로 유리관을 길게 뽑아 뾰족하게 만드는 실험을 하였는데 유리관을 약 1m를 넘게 뽑고 길게 뽑힌 부분을 구부렸더니 유리임에도 잘 깨지지 않았다. 뽑은 유리관의 끝을 자르고 불로 다듬었더니 실험실에서 자주 쓰이는 스포이드 모양의 유리도구를 만들 수 있었다.7.Discussion & Feeling● 유리세공은 모든 실험의 기초가 되는 실험이라고 할 수 있다. 간단하게 열만 가해줘도 가공하기 쉬운 유리의 성질을 이용해 실험에 필요한 유리도구들을 만들 수 있다.● 실험은 유리관을 자르는 것부터 시작하였는데 줄로 유리관에 흠집을 내는 것조차 쉽지 않았다. 적당한 힘이 들어가지 않으면 흠집이 생기지 않았고 너무 많은 힘을 가하자 얇은 유리관이 깨지기도 하였다. 또한 흠집을 낸 후 자를 때에도 적당한 흠집이 생겨있지 않으면 유리조각이 튀어 위험할 수 있었다.

자연과학| 2014.11.29| 6페이지| 1,000원| 조회(256)

유리세공, 일반화학, 화학실험, 간단한 유리세공

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