Волшебный мир зеркала.

ПРАВОСЛАВНАЯ ГИМНАЗИЯ

ИМЕНИ ПРЕОДОБНОГО СЕРГИЯ РАДОНЕЖСКОГО

ФЕСТИВАЛЬ НАУЧНО-ТВОРЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ

«ГАРМОНИЯ МИРОЗДАНИЯ»

Волшебный мир зеркала

Авторы: Борисова Анна Владимировна, 9 «Б» класс

  Шеманаева Марина Евгеньевна, 9 «Б» класс

Руководитель: Осипова Марина Сергеевна,

учитель химии

г. Сергиев Посад

2011г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История зеркал
2. Химический аспект
3. Физический аспект
4. Математический аспект
5. Использование зеркал
6. Открытия, связанные с зеркалами, сделанные в последнее время
7. Правильный уход за зеркалами
8. Получение зеркальной поверхности в лаборатории

Вывод

Список использованной литературы

Введение

Вы можете представить себе жизнь без зеркала? Проснуться утром – и не увидеть своего отражения? Кажется, ерунда, мелочь. А ведь какой душевный дискомфорт! Недаром сказочных персонажей в качестве наказания лишали отражения. Сегодня мы поговорим о зеркалах.

Что такое зеркало? В чем его сила? Откуда оно появилось? Как его изготавливают? На эти и другие вопросы мы постараемся сегодня ответить. Добро пожаловать в удивительный, таинственный, волшебный мир зеркала![14]

Первое зеркало – водная гладь

Что же такое зеркало?

Малый энциклопедический словарь Ф.A.Брокгауза и И.А.Ефрона дает такую формулировку: «Зеркало – физическая, гладкая плоская или кривая поверхность, отражающая свет по определенным направлениям относительно падающего луча».

В толковом словаре В.Даля читаем: «Зеркало – весьма гладкая, металлическая или стеклянная доска, отражающая предметы».

В словаре С.И.Ожегова сказано: «Зеркало – гладкая отполированная блестящая поверхность (стеклянная, металлическая), дающая отражение находящихся перед ней предметов».

Цели работы

Сформировать представления о роли металлов в производстве зеркал, их физико-химических свойствах и областях применения; совершенствовать навыки работы с дополнительной литературой.

Практическое получение зеркальной поверхности при помощи химической реакции «серебряного зеркала». Изучить разные способы получения зеркал.

1. История зеркал

Вы когда-нибудь смотрелись в водяную гладь реки или озера? Вы видели там свое отражение, деревьев и неба? По существу вы смотрелись в зеркало. Ведь зеркало – это гладкая поверхность, которая отражает свет и другие предметы. И чем она более гладкая, тем лучше отражение. Когда ветерок рябит воду, вы можете видеть только солнечные блики – и ничего больше.

Зеркала известны с незапамятных времен. В древние времена их делали из полированного металла. Мы никогда не узнаем, как человек придумал зеркало. Вероятно, он часто смотрел в гладкую поверхность водоемов и видел там себя. А в один прекрасный день специально отполировал кусочек металла и придал ему нужную форму. Так появилось зеркало. [13]

Первые металлические зеркала из бронзы и серебра люди начали изготавливать в III тысячелетии до н.э. Они были широко распространены у народов Древнего Востока, а позже – у древних греков и римлян. Последнее подтверждает большое количество полированных металлических пластинок, найденных при раскопках Помпеи. Уже тогда широко использовали карманные зеркальца, которые было удобно носить с собой. Их делали из круглой пластинки металла: меди, серебра, золота и бронзы (сплава меди и олова). Такие зеркала были, конечно, не столь совершенными, как стеклянные, но в течение тысячелетий женщинам приходилось довольствоваться только ими.

При исследовании древней резиденции египетских фараонов в окрестностях Каира был обнаружен неглубокий бассейн, дно которого некогда было залито слоем жидкой ртути. Возможно, это также один из образцов древних зеркал.

Первыми, кто догадался делать стеклянные зеркала со слоем ртути или олова, были венецианцы. К 1300 г. стали выпускать такие зеркала, и скоро они заменили металлические пластины. С этого времени небольшое ручное зеркало стало обязательной принадлежностью наряда богатой дамы. Его носили на золотой цепочке на шее или у пояса, вставляли в веер, оправляли в рамки из черепаховой или слоновой кости, украшали позолотой, миниатюрами из эмали и гравировкой. Эта мода прошла лишь в XVII в., когда вследствие мощного подъема стеклоделия французскими мастерами был разработан метод отливки больших зеркальных стекол на медных плитах с последующей их прокаткой. Парадные залы дворцов знати стали украшаться огромными зеркалами, и необходимость в постоянном ношении маленьких зеркал отпала.[11]

   Начиная с XV в. лучшие стеклянные зеркала производились в ведущем центре европейского стеклоделия – Венеции, на острове Мурано. Они были небольшими по величине, но весьма дорогими. Их отражательная поверхность сначала делалась из свинцово-сурьмяного сплава. Однако последний быстро тускнел и утрачивал необходимые для зеркала свойства. В XVI в. венецианцы изобрели подводку стеклянных зеркал оловянной амальгамой. Ртутно-оловянный сплав обладал хорошей отражательной способностью и относительно высокой устойчивостью. Поэтому этот сплав, несмотря на высокую токсичность (ядовитые пары ртути отравляли наводчиков зеркал), почти до середины XIX в. оставался незаменимым в производстве зеркал.

Стеклоделы острова Мурано тщательно хранили секреты зеркального производства. За этим ревностно следила и Венецианская республика: мастера постоянно находились под надзором специальной тайной службы, им под страхом смерти запрещено было покидать остров. Конечно, по отношению к жителям Мурано это было жестоко, но Венеция оберегала таким образом свои финансовые интересы, поскольку муранское стекло и зеркала стоили очень дорого.

Однако вскоре после изобретения в Венеции зеркального стекла, изготовляемого надувным способом, его стали производить и мастера Голландии, Германии, Франции. Технологии производства зеркал в разных странах были различны.

В Италии, например, расплавленную стеклянную массу выдували в длинные баллоны, затем разрезали их вдоль, расстилали на медном листе, наводили блеск и амальгировали.

Во Франции стеклянную массу разливали по гладкому столу и медленно охлаждали, а затем шлифовали стекло наждаком. Амальгирование происходило так: на гладком столе располагался оловянный лист, на него наносили тонкий слой ртути, а поверх расстилали лист стекла.

В 1832 г. один из европейцев, совершивших путешествие по Китаю, привез в Европу небольшое медное зеркало – тонкую круглую пластинку, одна сторона которой была отполирована так, что в нее можно было смотреться. Это зеркало обладало совершенно удивительными свойствами. Если оно отражало солнечный свет, то на стене, куда попадал отраженный луч, проступало отчетливо видимое изображение. Чаще всего это был текст заклинания для защиты от злых духов. Исследователи установили, что подобные зеркала производились в Китае еще в III в. н.э. В книге «История древних зеркал» (X в.) было написано, что изобретение таких зеркал относится к глубокой древности и секрет их изготовления утрачен. Китайскими зеркалами заинтересовались физики. Но прошло целых сто лет, прежде чем эту тайну удалось разгадать знаменитому английскому физику Уильяму Брэггу. В 1932 г. он опубликовал работу, в которой показал, что секрет зеркала заключается в особых приемах полировки его поверхности. Вначале на нее наносили необходимые иероглифы, а затем поверхность полировали для придания блеска. В ходе полировки поверхность сглаживали так, что глаз переставал замечать выпуклости. Они становились заметными только тогда, когда их освещал яркий солнечный свет.[1]

Итак, зеркала могут быть металлическими, с тщательно отполированной поверхностью, и стеклянными, с нанесенными на их поверхность металлами.

2. Химический аспект

Какие металлы используют для изготовления зеркал?

Металлы – химические элементы, образующие в свободном состоянии простые вещества с характерной металлической структурой. В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный «газ» подвижных электронов. Эти электроны компенсируют силы электрического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их в твердые тела. Такой тип химической связи называют металлической. Она обусловливает важнейшие физические свойства металлов: высокую электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск, которые широко используются человеком в практической деятельности. Своеобразный металлический блеск объясняется тем, что обобществленные электроны отражают световые волны. Самые блестящие металлы – ртуть (из которой изготавливали в средние века знаменитые «венецианские зеркала») и серебро (из него теперь с помощью реакции «серебряного зеркала» изготавливают современные зеркала). Металлический блеск наблюдается обычно, когда металл образует сплошную компактную массу. Большинство металлов в мелко раздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок. [2]

Первыми зеркалами служили отполированные до блеска металлические пластинки из меди, золота, серебра. Однако такие зеркала имели большой недостаток – на воздухе быстро темнели и тускнели. Какой же выход нашли из этой ситуации? Многочисленные опыты показали, что блестящий металлический слой можно нанести и на стекло. Так, в I в. н.э. начали изготавливать стеклянные зеркала – стеклянные пластинки, соединенные со свинцовыми или оловянными пластинами.

Делалось это так: мыли спиртом стекло, очищали его тальком и затем к поверхности плотно прижимали оловянный лист. Сверху наливали ртуть и, дав ей постоять, сливали избыток. Образовавшийся слой амальгамы заклеивали или закрашивали. Такие зеркала оказались намного долговечнее металлических, поэтому ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова (раствор олова Sn в ртути Hg). Но, поскольку пары ртути очень ядовиты, производство ртутных зеркал было весьма вредным, да и сами зеркала содержали ртуть. Было опасно держать ртутные зеркала в жилых помещениях. Поэтому ученые продолжали искать замену для ртути. Ее нашли французский химик Франсуа Птижан и великий немецкий ученый Юстус Либих. Они предложили заменить ртуть серебром.[9]

Какие химические процессы лежат в основе изготовления таких зеркал?

Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра AgNO3 добавляли водный раствор гидроксида калия KОН, что приводило к осаждению черно-коричневого осадка оксида серебра Ag2O.

2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O.)

Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH3.

Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2] (OH).)

Оксид серебра растворялся в аммиачной воде с образованием комплексного соединения (аммиаката, или аммина) – гидроксида диамминсеребра(I). Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид НСНО.

2[Ag(NH3)2](OH) + HCHO = 2Ag +  HCOONH4 + 3NH3 + H2O.)

Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла, покрывая его блестящим зеркальным налетом. Любопытно, что реакцию, которую открыл Либих, так и называли – реакция «серебряного зеркала».

Серебро – драгоценный металл, известный с глубокой древности. На земле этого элемента 7•10–6 % от массы земной коры. Чистое серебро – блестящий белый металл, очень мягкий, тягучий, плавящийся при 960,8 °С. Плотность серебра при 20 °С равна 10,5 г/см3,
tкип = 2212 °С. Серебро устойчиво к атмосферным воздействиям, характеризуется высокой отражательной способностью и не дает оттенков.

В настоящее время много серебра расходуется на производство технических и бытовых зеркал. При изготовлении серебряных зеркал стекло обезжиривают и промывают, а затем обрабатывают раствором хлорида олова(II) SnCl2. После этого стекло обливают раствором нитрата серебра AgNO3, содержащим сахар. Сахар восстанавливает соль серебра до металла, и он ровным и плотным слоем ложится на поверхность стекла. Хлорид олова(II) играет роль активатора процесса восстановления и способствует образованию качественного слоя серебра.

Обычно толщина серебряной пленки колеблется от 0,15 до 0,3 мкм. Для электрохимической защиты отражающего слоя его покрывают медной пленкой, соизмеряемой по толщине с серебряной. На медную пленку наносят разные лакокрасочные материалы – поливинилбутиральные, нитроэпоксидные, эпоксидные эмали, предупреждающие механические повреждения защитного слоя.

Для предотвращения потускнения серебряного покрытия в технических зеркалах его защищают слоем химического элемента индия. Не сказываясь на отражательной способности зеркал, индий позволяет продлевать срок их службы.

Таким образом, технологический процесс производства зеркал серебрением состоит из следующих основных операций:

• удаление с поверхностей стекла загрязнений и продуктов коррозии;

• нанесение центров осаждения серебра;

• собственно серебрение;

• нанесение защитных покрытий на отражающий слой.

Серебро – драгоценный металл. Неужели нельзя заменить его другим металлом, менее дорогим? [6]

В последнее время зеркала изготавливают способами металлизации стекла катодным распылением и испарением в вакууме. Чаще всего используют термическое испарение алюминия в вакууме. Испарение алюминия осуществляется со жгутов из вольфрамовой проволоки либо из жаропрочного тигля. Подготовка поверхности стекла к алюминированию выполняется еще более тщательно, чем перед химическим серебрением, и включает обезвоживание и обработку электрическим разрядом. Толщина алюминиевой пленки для получения зеркала с максимальной отражательной способностью должна составлять 0,12 мкм. Благодаря повышенной химической стойкости алюминиевые зеркала иногда используют как поверхности наружного отражения, которые защищаются оптически прозрачными слоями Al2O3, SiO2, MgF2 и др. Обычно же слой алюминия покрывается непрозрачными лакокрасочными материалами, такими же, как и при серебрении. Некоторая неравномерность по спектру и ухудшение отражательной способности алюминированных зеркал по сравнению с посеребренными оправданы значительной экономией серебра при массовом производстве зеркал.

Способами катодного распыления и термического испарения могут быть получены зеркала с пленками большинства металлов, а также диэлектриков.

Серебряные зеркала на стеклянной основе до сих пор служат людям, однако их стойкость к действию высоких температур и вызывающих коррозию газов атмосферы невысока. Поэтому в технике их по возможности заменяют родиевыми. Отражательная способность родия несколько меньше, чем у серебра (95%), зато родированные поверхности не тускнеют даже в атмосфере вольтовой дуги. Родием покрывают рефлекторы прожекторов и технические зеркала прецизионных измерительных инструментов различного назначения. Особый блеск и красоту родиевое покрытие придает ювелирным изделиям.[3]

А какое зеркало не «обманывает», дает высококачественное изображение?

Самыми высококачественными оказались зеркала из индия. Одной из первых областей применения индия стало изготовление зеркал, необходимых для астрономических приборов, рефлекторов и тому подобных устройств. Оказывается, обычное зеркало не одинаково отражает световые лучи различных цветов. Это значит, например, что цветная одежда, если ее рассмотреть в зеркало, имеет несколько иную окраску, чем на самом деле.

Правда, глаз модницы, сидящей перед зеркалом, не в состоянии зафиксировать такие перемены в ее туалете, но для многих приборов цветовая фальсификация просто недопустима. И серебряные, и оловянные, и ртутно-висмутовые зеркала грешат этим недостатком. Индий же не только обладает чрезвычайно высокой отражательной способностью, но и проявляет при этом полнейшую объективность, совершенно одинаково относясь ко всем цветам радуги – от красного до фиолетового. Вот почему, чтобы свет, излучаемый далекими звездами, доходил до астрономов неискаженным, в телескопах устанавливают индиевые зеркала.

В отличие от серебра, индий не тускнеет на воздухе, сохраняя высокий коэффициент отражения. Между прочим, индий сыграл немаловажную роль при защите Лондона от массированных налетов немецкой авиации во время второй мировой войны. На первый взгляд, такое утверждение может показаться странным, но именно индиевые зеркала позволяли прожекторам противовоздушной обороны в поисках воздушных пиратов легко пробивать мощными лучами плотный туман, нередко окутывавший британские острова. Поскольку индий имеет низкую температуру плавления (156,2 °С), во время работы прожектора зеркало постоянно нуждалось в охлаждении, однако английское военное ведомство охотно шло на дополнительные расходы, с удовлетворением подсчитывая число сбитых вражеских самолетов.

получить зеркальную поверхность можно, используя не только металлы, но и их соединения. Так, сульфид свинца РbS – непримечательный осадок бурого цвета. Но его можно выделить из раствора свинцовой соли с получением зеркальной поверхности. Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую растворимую соль свинца, например нитрат свинца Pb(NO3)2 или ацетат Pb(CH3COO)2, гидроксиды натрия NaOH или калия KОН и тиокарбамид CS(NH2)2. При действии избытка NaOH на нитрат свинца в водном растворе образуется комплексное соединение – гексагидроксоплюмбат натрия.

Pb (NO3)2 + 6 NaOH = Na4 [Pb(OH)6] + 2NaNO3.

Если к такому раствору добавить тиокарбамид и равномерно нагревать, то вскоре можно почувствовать запах аммиака NH3.

Na4 [Pb(OH)6] + CS(NH2)2 = PbS + 2NH3 + Na2CO3 + H2O + 2NaOH.

В тщательно вымытом и обезжиренном реакционном сосуде сульфид свинца осаждается на стекле зеркально блестящим слоем.

Интересно, что в тонком слое (не более 1•10–3 мм) сульфид свинца PbS является фотосопротивлением: электропроводность такого слоя при освещении резко возрастает.[3]

3. Физический аспект

Наряду с плоскими зеркалами, которыми мы обычно пользуемся, существуют вогнутые и выпуклые. Изображение предмета в плоском зеркале образуется за зеркалом, т. е. там, где предмета на самом деле нет, на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед зеркалом. Предмет и его изображение в плоском зеркале представляют собой симметричные фигуры. Например, зеркальное изображение правой руки представляет собой как будто бы левую руку. Плоским зеркалом широко пользуются и в быту, и в технике при создании различных устройств и приборов.

Качество зеркала тем выше, чем ближе форма его поверхности к математически правильной. Максимально допустимая величина микронеровностей поверхности определяется назначением зеркала: для астрономических и некоторых лазерных зеркал она не должна превышать 0,1 наименьшей длины волны (lmin) падающего на зеркало излучения. Отражающие поверхности вогнутых и выпуклых зеркал делают сферическими, параболоидальными, эллипсоидными. Вогнутые зеркала чаще всего концентрируют энергию пучка света, собирая его, выпуклые – рассеивают.

Почему поверхности одних предметов отражают свет хорошо, а других – так себе? Почему одни выглядят зеркальными, а другие – матовыми? Наверное, дело в том, насколько хорошо эти поверхности отполированы?

Посмотрите внимательно на устройство самого обычного зеркала (демонстрирует плоское зеркало). Ведь это не что иное, как плоское стекло, покрытое с одной стороны ровной, будто отшлифованной металлической пленкой. Благодаря стеклу эта поверхность металла может долго сохраняться плоской и отлично выполнять роль, как говорят, прямого зеркала.

А теперь взглянем на плоскость фанерной двери, окрашенной белой краской (дверь кабинета). Она кажется нам гладкой и светлой, но согласитесь, что никакого зеркального эффекта нет. Всмотревшись, а еще лучше поводив пальцем по поверхности фанеры, мы убедимся в ее шероховатости. Значит, падающий на нее свет частично отражается в разные стороны. Иными словами, свет рассеивается.

Положение оптического изображения, даваемого зеркалом, может быть определено по законам геометрической оптики, оно зависит от формы поверхности зеркала и положения изображаемого предмета.

Когда-то наблюдения за обычными солнечными зайчиками навели на открытие закона отражения света. Звучит этот закон довольно просто: под каким углом лучик на зеркало падает, под таким и отражается. Чуть наклоним зеркало, и отраженный лучик так же отклонится в сторону.   Благодаря таким свойствам отражения мы можем увидеть себя в зеркале. Если зеркало ровное, то наше изображение в нем будет таким же, как мы, т.е. неискаженным. Но вспомните «комнату смеха» – стоит изогнуть поверхность зеркала, как изображения предметов в нем приобретают невероятные очертания. В полном соответствии с законом отражения разные участки кривого зеркала создают каждый свое изображение, их становится много, и они причудливым образом накладываются друг на друга. Использование закона отражения света позволило людям не только развлекать друг друга, но и создать много полезных и важных приборов.[8]

4. Математический аспект

В зеркале все предметы «переворачиваются», предстают обращенными. Если вы протянете своему отражению правую руку, то увидите, что оно протягивает вам левую.

Но почему в своем зеркальном отражении мы видим, что зеркало меняет левую и правую стороны, но не меняет верх и низ, хотя, по условиям симметрии, меняться должны все направления? Оказывается, когда мы стоим перед зеркалом, то мысленно как бы обходим его сбоку и становимся за ним. Поэтому меняется правое с левым.

Законы движения в Зазеркалье так же вывернуты, как и неподвижные отражения. В самом деле, коль скоро в ответ на помахивание правой рукой отражение машет левой, то, если вы желаете попасть в какое-то место в Зазеркалье, нужно идти прямо в противоположную сторону. Маленькая героиня Кэрролла этого не знала, поэтому «куда бы она ни шла, где бы ни сворачивала, всякий раз, хоть убей, она выходила снова к дому». И только пойдя в противоположном направлении, она вышла туда, куда хотела.

Удивительно! Просто чудеса!

Но чудеса встречаются не только в выдуманном мире. Ученых, занимавшихся исследованием и разработкой новых материалов для уникальных зеркал, ждали не менее сильные переживания и захватывающие открытия, чем те, что достались Алисе при встрече с жителями Зазеркалья.

Начало было положено исследованием оптических тонких пленок редкоземельных металлов иттрия и лантана. Эти металлы, как и более распространенные щелочно-земельные (магний, кальций и др.), способны поглощать водород и образовывать гидриды, которые при нагревании могут разлагаться, вновь выделяя водород. Гидриды в отличие от металлов – соединения ионные, поэтому их очень тонкие пленки должны быть прозрачными. Идея авторов работы, опубликованной в английском журнале «Nature», и состояла в том, чтобы тонкую зеркальную пленку иттрия превращать по желанию в прозрачную пленку гидрида иттрия и наоборот, добиваясь при этом нового оптического эффекта.

Реальное положение оказалось сложнее простой схемы: иттрий образует не одну, а три гидридные фазы – твердый раствор водорода в металле (соединение внедрения в кристаллическую решетку), дигидрид YH2 и тригидрид YH3. Обратимого превращения удалось добиться только между фазами ди- и тригидридов: увеличивали давление водорода – получали
YH3, уменьшали – YH2. Дигидрид обладает металлическими свойствами, поэтому его пленка дает зеркальное отражение, тригидрид – скорее ионное соединение и должен быть прозрачен. К сожалению, электронные свойства YH3 таковы, что его полной прозрачности добиться невозможно: он поглощает синие лучи (фотоны с относительно высокой энергией) и имеет желтый оттенок.

Был испытан магний, для которого характерно образование только одного соединения с водородом – дигидрида MgH2, но и этот металл для создания чудо-зеркала оказался малопригодным. Здесь причины иные: скорость образования MgH2 невелика, и переключения в прозрачное состояние приходится ждать часами.

Найти выход из такого положения удалось в Исследовательской лаборатории фирмы «Филипс» (Голландия, г. Эйндховен). Согласно статье в том же журнале «Nature», сплав магния с редкоземельным металлом гадолинием легко, всего за 1 с, переключается с зеркального состояния при малых давлениях водорода на прозрачное при больших. Правда, выяснилось, что в изученной системе не два оптически различных состояния, а три и при средних давлениях водорода пленка сплава и не зеркальная, и не прозрачная, а просто темная. Еще одна трудность состоит в том, что прозрачность достигается только при давлении водорода выше атмосферного.

Как же сегодня может выглядеть «переключаемое» зеркало?

Представим себе окно с двумя прозрачными стеклами, как в обычных жилых домах нашей климатической зоны. На одном из стекол с внутренней стороны нанесена тонкая пленка сплава, поверх нее – еще более тонкая, всего в 20 нм, прозрачная пленка палладия (легко поглощает водород и может переносить его в сплав). К герметично закрытому пространству между стеклами ведут трубки для подачи и откачивания водорода. К системе подсоединен источник водорода, например тот же сплав, но в виде порошка: при одной температуре он поглощает водород, при другой – выделяет.

При дальнейшей разработке в окнах-хамелеонах, наверное, будут использовать более простые, электрохимические способы насыщения сплава водородом. Пространство между стеклами можно заполнить щелочным раствором, который при пропускании тока станет диссоциировать, выделяя водород, или, наоборот, соединяться с водородом.

Где же можно использовать такие окна, меняющие свои свойства?

Они, конечно же, привлекут архитекторов, поскольку дают возможность построить здания с необычным эффектом. Способность к переключению можно использовать для создания дисплеев, осветительных систем, дорожных указателей и многого другого.

Необычные окна могут регулировать освещенность квартиры, школьного класса или других помещений: мало солнечного света – они прозрачны, излишне много света – они зеркальные, отражают, создают прохладу.[4]

Удивительно, казалось бы – самое обычное зеркало, а сколько тайн, загадок! Сколько простора для новых открытий, изобретений.

5. Использование зеркал

Зеркала используются в науке, технике и медицине. Свойство изогнутых зеркал концентрировать, фокусировать световые лучи широко используется, например, в телескопе. Разве он не собирает с большой площади своего «глаза» – объектива – «урожай» световых лучей от далекой звезды? На сегодня наиболее крупные линзы, используемые в телескопах, доходят до 1 м в диаметре. Больших размеров трудно достичь, и поэтому выгоднее прибегать к вогнутым зеркалам. Самый большой телескоп-отражатель изготовлен в нашей стране, диаметр его зеркала равен 6 м. Фокусируя лучи с помощью вогнутого зеркала, он усиливает светимость звезды и позволяет нам ее разглядеть. Если в фокусе подобного зеркала разместить источник света, то лучи, отразившись от зеркала, выйдут из него ровным и мощным пучком. Это применяется в карманных фонариках.

А если направить лучи не на вогнутую, а на выпуклую сторону зеркала? Легко догадаться, что тогда лучи будут не собираться вместе, а, напротив, рассеиваться. Такой эффект обнаруживается, если посмотреть в блестящий выпуклый бок самовара. Выпуклые зеркала, используемые водителями, позволяют расширить сектор обзора – в них видно больше предметов. Вам, наверное, попадались такие зеркала на перронах станций метро у головного вагона?

Зеркала, применяемые в сочетании с линзами, образуют группу зеркально-линзовых систем.

Зеркала с изогнутой поверхностью используются в прожекторах кораблей, маяках, фарах машин, в микроскопах.

Как вести наблюдение за полем боя солдату, сидящему в окопе, если пули свистят так, что не высунуть и головы? Как узнать капитану подлодки, не выдав ее присутствия, что происходит на поверхности моря? Разумеется, вы вспомнили про перископ. Этот прибор легко сделать самим с помощью двух зеркал. Первое из них, отразив горизонтальный лучик, сделает его вертикальным. Второе, расположенное внизу, наоборот, «поймав» отвесный луч, отразит его горизонтально – прямо к нашим глазам.

Зеркала применяют для дополнительной подсветки, например, при киносъемке. Отражающие свойства плоских зеркал используют в видоискателях фотоаппаратов и съемочных камер.

В медицине из зеркал наиболее распространен лобный рефлектор – вогнутое зеркало с отверстием посередине, предназначенное для направления узкого пучка света внутрь глаза, уха, носа, глотки и гортани. Зеркала многообразных конструкций и форм применяют также для исследований в стоматологии, хирургии и т.д. С успехом они используются в кабинетах психологической разгрузки (зеркало релаксации).

А еще зеркала помогают рассмотреть себя, причем с разных сторон. Выпускают даже трехстворчатые зеркала, благодаря которым мы можем увидеть, как выглядим сбоку. В парикмахерских с помощью второго зеркала вам покажут, хорошо ли подстрижен ваш затылок.

В старинных замках устраивали целые системы зеркал, передающих изображение людей из одной комнаты в другую.

Современные люди, так привыкли к зеркалам, что на них иногда не обращаем внимания. А ведь было время, когда зеркало казалось чудом, когда оно ценилось на вес золота. Зеркала вставляли в кольца и серьги вместо драгоценных камней. Зеркалами украшали жилища. В богатых домах были даже зеркальные комнаты – стены, потолки, двери – все из зеркал. Знатные дамы заказывали себе платья, обшитые кусочками зеркала.[5]

6. Открытия, связанные с зеркалами, сделанные в последнее время

Уникальное зеркало изобретено в Японии в 2004 г. Оно дает не зеркальное, а прямое отображение объекта. Если при взгляде в обычное зеркало правое становится левым, а левое правым, то здесь мы видим отражение прямое без искажений. В новом зеркале человек видит себя так же, как его видят другие. Для этого собрали своего рода аквариум с треугольным сечением, наполненный водой. Две его стенки образуют обычные зеркала, соединенные под прямым углом отражающими поверхностями внутрь, а третья стенка – прозрачное стекло. Оно и служит лицевой стороной устройства, которое дает «незеркальное» отражение находящихся перед ним предметов. Просто объекты отражаются в нем дважды. Глядеться в такое зеркало весьма необычно, поскольку эффект нарушает устоявшуюся привычку к обратному отражению. Однако изобретатели считают его полезным, например, для актеров или спортсменов.

Специалисты Национального политехнического института Мексики работают над созданием электронной системы – так называемого зеркала будущего, способной прогнозировать эволюцию человеческого лица. Устройство, способное создавать перспективную фотографию человеческого лица, станет незаменимым при розыске людей, потерявшихся много лет назад. Создаваемая система, по мнению исследователей, сможет учитывать изменения, которые будут происходить с внешностью человека с возрастом. При этом в качестве «точек отсчета» будут использоваться специфические черты лица. Система получила название «Катун», по имени бога у племен майя, обитавших на территории нынешней Мексики в доколумбовую эпоху. Электронное устройство создается на базе процессора «Пентиум». Чтобы увидеть себя в более зрелом возрасте, понадобится лишь фотография. [7]

7. Правильный уход за зеркалами

• Зеркала боятся сырости и солнца. Яркие солнечные лучи не должны падать прямо на зеркало.

• Зеркало лучше всего вытирать сухой мягкой тряпкой, а один-два раза в месяц протирать не оставляющей волокон полотняной тряпкой, смоченной уксусом. Зеркало будет блестеть, если в воде, в которой его моют, развести немного синьки. Можно также протирать зеркало настоем чая.

• Зеркало, засиженное мухами, лучше всего протереть разрезанной луковицей, вымыть холодной водой. Нашатырный спирт применять не следует.

• Если задняя сторона зеркала ничем не защищена, ее нельзя вытирать сырой тряпкой, нужно осторожно, чтобы не поцарапать, стереть или смести с нее пыль.

• Зеркало быстро портится, если находится в помещении с повышенной влажностью. Для продления срока службы зеркала следует создать герметическую прослойку между ним и рамой. Для этого зеркало вынимают из рамы, а на пазы намазывают тонкий слой стеклянной замазки. После чего зеркало ставят на прежнее место и осторожно придавливают. Избыток замазки разравнивают по пазу, а зеркало укрепляют в раме гвоздиками без шляпок. Затем сверх защитного слоя, имеющегося на оборотной стороне зеркала, наносят еще два слоя масляного лака. Второй слой наносят после высыхания первого.

• Одеколон легко снимает с зеркал мельчайшие капельки лака для волос.

• Для лучшей сохранности зеркал, находящихся в ванной и других влажных помещениях, надо смазывать обратную сторону (амальгаму) составом из растопленного воска и скипидара в соотношении 1:2. [5]

8. Получение зеркальной поверхности в лаборатории

Мы можем в лабораторных условиях получить «серебряное зеркало».

Реакция «серебряного зеркала»

В чистую колбу наливают на 1/4 объема 2%-й раствор нитрата серебра, затем добавляют постепенно раствор аммиака до тех пор, пока образующийся вначале осадок не растворится в его избытке. К образующемуся раствору добавляют осторожно по стенке 0,5–1 мл формалина и помещают колбу в стакан с горячей (лучше кипящей) водой.

Вскоре в колбе образуется красивое серебряное зеркало![10]

Изготовление различных зеркал, широко применяющихся как в домашнем быту, так и в астрономической, оптической и электротехнической практике, в настоящее время производится главным образом путем осаждения на стекле тонкого слоя металлического серебра. Иногда применяли ртутный способ, по которому оловянная фольга закреплялась на стекле при помощи ртути. Способ изготовления зеркал при помощи серебрения, усовершенствованный Либихом, основывается на восстановлении металлического серебра из щелочных растворов солей серебра, носящих название серебрильной жидкости, при помощи различных восстановителей, как, например, сегнетовой соли, винной кислоты, молочного сахара, виноградного сахара, инвертированного сахара, формальдегида и других веществ. В качестве серебряной соли применяется азотносеребряная соль (ляпис).

Осаждение металлического серебра можно производить также и на целлулоиде и таким образом получать гибкие небьющиеся зеркала.
     Стекло, предназначенное для изготовления зеркал, должно быть хорошего качества, ровное, без всяких изъянов и хорошо отшлифовано. Для изготовления небольших зеркал можно с успехом применять стекла старых фотографических пластинок. Негативный слой можно удалить при помощи раствора соды или же погружением пластинок на 5-10 минут в раствор, состоящий из 1 части формалина, 1 части едкого натра и 50 частей воды, после чего негатив ополаскивают водой и переносят в раствор, состоящий из 1 части соляной кислоты, 1 части глицерина и 20 частей воды. В этом растворе негативный слой сам отделяется от стекла.
     Важное значение для достижения хороших результатов имеет как чистота применяемых для изготовления растворов для серебрения, солей и воды, так и безукоризненная чистота самого стекла. Молочные пятна, заметные при рассмотрении стекла в наклонном положении, не смываются и исправлены могут быть лишь при помощи шлифовки крокусом.
     Перед серебрением стекла должны быть тщательно вымыты, для чего их помещают сначала в слабый раствор каустической соды с целью удаления жирных и маслянистых пятен. Вместо каустической соды можно пользоваться едким кали или обыкновенной содой.
     После промывания стекла в щелоке его хорошо обмывают чистой водой и намазывают до употребления мелким порошком отмученного мела или венской извести. Перед употреблением просушенное стекло хорошо очищают мягкой тряпкой и тщательно промывают водой, после чего оно готово к серебрению.
     Для удаления краски или лака со старых зеркал, погружают их в раствор каустической соды. Для удаления со старых зеркал серебряного слоя можно пользоваться или азотной кислотой или смесью из азотной и соляной кислот (1 часть азотной и 3 части соляной). Для удаления старой наводки можно также пользоваться так называемой хромовой смесью. В 400-500 г воды растворяют 10-12 г хромпика и приливают 4-6 см3 концентрированной серной кислоты. Хромовая смесь смывает также и краску, ею же можно пользоваться для мытья посуды, применяемой в зеркальном производстве. После применения кислот или хромовой смеси, стекло необходимо тщательно промыть чистой водой. После промывки стекла, а также при серебрении, к стеклу нельзя прикасаться руками, так как пальцы рук оставляют невидимые глазом жирные пятна, вследствие чего серебряный слой в месте прикосновения не пристанет. Стекла следует брать чистыми тряпочками, резиновыми перчатками или деревянными зажимами.
     Сам процесс серебрения может осуществляться двумя способами: серебрением "лицом вниз" (погружением в раствор) и серебрением "лицом кверху". Последний способ применяется обычно при серебрении больших стеклянных поверхностей.
     Посуду для серебрения можно применять любую только не металлическую, , а именно: стеклянную, фаянсовую, глиняную, кюветы из папье-маше и т. д. Можно также пользоваться деревянной или металлической посудой, но необходимо предварительно покрыть их слоем расплавленного парафина, асфальта или вара.
     При погружении стекла в ванну его кладут не непосредственно на дно ванны, а на 3-4 стеклянных кусочка, помещенных по углам ванны, или приклеивают к стеклу при помощи воска или вара брусок, концы которого должны выступать за края стекла При опускании стекла в ванну брусок задерживается на стенках ванны, оставляя между дном ванны и стеклом промежуток в 10-12 мм, Затем стекло опускают в ванну и наливают раствор в таком количестве, чтобы он покрыл дно ванны, нижнюю сторону стекла и дошел почти до верхней стороны стекла. При пользовании этим способом нужно следить за тем, чтобы под стеклом не было воздушных пузырьков, и чтобы раствор не заливал верхней стороны стекла.
     Рекомендуем раз и навсегда установить количество жидкости потребной для данного размера стекла. Для мелких стекол можно пользоваться также присосками в виде стаканчиков е резиновым кольцом а. При серебрении стекло держат за этот стаканчик. При серебрении наливанием, к стеклу приклеивают в виде бортика полоску восковой бумаги при помощи воска или парафина. Можно также сделать вокруг стекла бортик из воска, глины, парафина или других материалов.
     При серебрении больших стекол пользуются специальными наводными строго горизонтальными столами. Стол снабжается желобком, в который и стекает излишняя серебрильная жидкость. При пользовании горячим способом серебрения наводные столы снабжаются приспособлением для нагрева верхней стороны стола паром.
     После серебрения зеркала подвергают тщательной промывке в дистиллированной воде, после чего устанавливают их в вертикальном положении для просушки. После просушки серебряный слой покрывают, с целью предохранения от механического повреждения и атмосферного влияния, асфальтовым или даммаровым лаком или масляной краской (сурик, разведенный в льняном масле). Если же требуется особая прочность, то слой серебра покрывают гальваническим путем слоем меди и затем покрывают лаком. Нужно отметить, что на промывку готовых зеркал следует обратить серьезное внимание, так как недостаточная промывка может послужить причиной появления пятен на зеркале.
     Переходя к описанию способов серебрения зеркал, следует заметить, что всю работу нужно вести чрезвычайно аккуратно, терпеливо, особенное внимание уделяя чистоте посуды и применяемым химическим материалам.
     Во время опытных работ следует обращать внимание на то, как сказывается температура помещения, стекла, растворов, влажности помещения и ряд других обстоятельств на процесс серебрения стекла. При серебрении погружением стекло полезно предварительно опустить в до 30-40°воду.[15]

Вывод

Итак, пора подводить итоги. Нас окружает мир зеркал. Мы привыкли к ним. Мы спокойно смотрим в зеркало по утрам, поправляем прическу или улыбаемся своему отражению. И совершенно не задумываемся, что зеркало – не столь простое, каким кажется на первый взгляд.

В результате нашего исследования мы определили, что:

• Для изготовления зеркал используются металлы, в основном серебро
• Можно использовать и другие металлы, но отражательная способность у них меньше
• Процесс изготовления зеркал сложный, в основе лежат разные химические процессы
• Изучение зеркал продолжается, впереди много интересных открытий
• Мы познаем себя, мы идентифицируем себя, сравниваем с другими людьми, а это можно сделать только с помощью зеркала.[16]

Нам лица наши зеркало покажет,
Познать себя и мир оно позволит.
О горестях, о радостях расскажет.
Да, призадуматься над этим стоит!

Казалось бы, что зеркало – пустяк.
Кусок стекла. Металл с обратной стороны.

Но стоит что-то сделать нам не так –
Процесс зеркальный изменить – и вот,
Увы… Ни отраженья нет, ни глубины!

О зеркало! Магический предмет!
Ты – сплав стекла, металла, мастерства.
Пригодно в телескопе, в маяке,
И модница к тебе добра.

В калейдоскопе, в микроскопе, в фонаре,
В видеокамере, в прожекторе найдется
С тончайшей пленкою металла на стекле
Деталь важнейшая, что зеркалом зовется.

Список использованной литературы

1. Вашкевич Э. Вековая загадка зеркал. Техника молодежи, 2003, № 1, с. 20–48;
2. Венецкий С.И. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах. М.: Металлургия, 1981;
3. Винокуров В.М. Химические методы серебрения зеркал. М., 1970; Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей.М.: Ключ-С, 1994;
4. Глюк И. И все это делают зеркала. Пер. с англ. М., 1990;
5. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас: Справочное пособие. М.: Высшая школа, 1992;
6. Кукушкин Ю.Н. Что мы знаем о химии? М.: Высшая школа, 1993;
7. Лисичкин Г.В., Бетанели В.И. Химики изобретают. М.: Просвещение, 1990; Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М.: Химия, 1994;
8. Тудоровский А.И. Теория оптических приборов. Ч. 2. М.–Л., 1982; Химия в быту. Смоленск: Русич, 1996;
9. Химия для гуманитариев. Сост. Н.В.Ширшина. Волгоград: Учитель, 2004;
10. Цветков Л.А. Эксперимент по органической химии: методика и техника. Пособие для учителей. М.: Школьная пресса, 2000;
11. Энциклопедия для детей. Аванта+. Физика. М.: Аванта+, 2000; 12/
12. Энциклопедический словарь юного химика. Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо. М.: Педагогика, 1982;
13. Я познаю мир: Детская энциклопедия. Химия. Авт.-сост. Л.А.Савина. М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998.
14. http://him.1september.ru
15. http://www.lformula.ru 

     16.         http://www.wiki.iteach.ru