Επιστήμη Υλικών ΙΙ (Ε)

Σταμάτιος Μπογιατζής

Περιγραφή

Το μάθημα «Επιστήμη Υλικών ΙΙ» αποτελείται από Θεωρητικό και Εργαστηριακό μέρος τα οποία έχουν πλήρη αντιστοίχηση μεταξύ τους ως προς τις θεματικές ενότητες. Για το μάθημα προαπαιτείται η επιτυχής παρακολούθηση του μαθήματος «Οργανική Χημεία της Συντήρησης» (μάθημα Θεωρίας, Β’ εξαμήνου).

Σε κάθε εργαστηριακό τμήμα φιλοξενούνται το πολύ 20 σπουδαστές οι οποίοι συμμετέχουν ενεργά στις ασκήσεις σε ομάδες των δυο ή των τριών, ανάλογα με τη δυσκολία και την ιδιομορφία της άσκησης.

Το Εργαστηριακό μέρος που παρουσιάζεται εδώ, πραγματοποιείται και ολοκληρώνεται εντός 13 εργαστηριακών ενοτήτων διάρκειας 2 ωρών έκαστη. Την δέκατη τρίτη εργαστηριακή ημέρα πραγματοποιείται εργαστηριακό διαγώνισμα με σκοπό την αξιολόγηση των σπουδαστών και της αποτελεσματικότητας του μαθήματος.

Για την επιτυχή παρακολούθηση του εργαστηριακού μαθήματος οι σπουδαστές πρέπει να έχουν συνεχή παρακολούθηση, με επιτρεπόμενο ανώτατο όριο 2 απουσιών. Οι σπουδαστές είναι υποχρεωμένοι να παρουσιάσουν γραπτή εργασία για κάθε εργαστηριακή άσκηση εντός μιας εβδομάδας. Η συνολική αξιολόγηση των σπουδαστών γίνεται κατά 50% μέσω του μέσου όρου των εργασιών που προσκομίζουν, και κατά 50% μέσω του εργαστηριακού διαγωνίσματος.

Θεματικά, στο εργαστηριακό μάθημα εξετάζονται τα υλικά με οργανική χημική σύσταση (δηλαδή αποτελούνται από οργανικά μόρια) που απαντώνται στα αντικείμενα των έργων τέχνης και σε εκείνα που έχουν αρχαιολογική προέλευση. Συνεπώς, υπάρχει άμεση συνάφεια με την οργανική χημεία των αντίστοιχων χημικών ενώσεων, δηλαδή τη δομή τους, τις χημικές και φυσικές τους ιδιότητες και πως τα ανωτέρω επηρεάζουν τις χρήσεις τους.

Στη σειρά των εργαστηριακών ασκήσεων, έμφαση δίνεται

(α) στις τρεις κύριες κατηγορίες φυσικής προέλευσης υλικών (δηλαδή, των πρωτεϊνικής, λιπαρής και υδατανθρακικής προέλευσης),

(β) σε συνθετικά υλικά (πολυμερή) που χρησιμοποιούνται ως μέσα συντήρησης (π.χ. στερεωτικά, επικαλυπτικά, συγκολλητικά μέσα),

καθώς και

(γ) σε υλικά που χρησιμοποιεί ο συντηρητής σε επίπεδο ρουτίνας (διαλύτες, μέσα καθαρισμού, όπως τασιενεργά-απορρυπαντικά).

Λέξεις Κλειδιά: Οργανικά μόρια, Χημική σύσταση, Χημική σύσταση έργων τέχνης Χημική σύσταση αρχαιολογικών ευρημάτων Χημική δομή, Φυσικές ιδιότητες, Χημικές ιδιότητες Υδρόλυση Όξινη υδρόλυση Ογκομέτρηση Οξύτητα pH Πρωτεϊνικά υλικά Αμινοξέα Υδατάνθρακες Πολυσακχαριτικά υλικά Λιπαρά συστατικά Συνδετικά μέσα Διαλύτες Πολυμερή Συνθετικές ρητίνες Υαλώδης μετάβαση Επικαλυπτικά μέσα Στερεωτικά μέσα Συγκολλητικά μέσα Μέσα καθαρισμού Απορρυπαντικά μέσα Τασιενεργά υλικά

Θεματικές Ενότητες

Επιχειρείται εισαγωγή στο εργαστηριακό μάθημα Επιστήμης Υλικών ΙΙ όπου εξετάζονται οι χημικές κυρίως ιδιότητες: (α) των φυσικής προέλευσης οργανικών υλικών που απαντώνται στα Μουσειακά αντικείμενα και (β) των (συνθετικών κυρίως) οργανικών υλικών που χρησιμοποιούνται στη συντήρηση.

Επιχειρείται επίσης, ενημέρωση και εξοικείωση με τα σκεύη και όργανα και αντιδραστήρια του εργαστηρίου Υλικών ΙΙ. Εργαστηριακοί κίνδυνοι και προφυλάξεις.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας οι σπουδαστές πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με τη θεματική των εργαστηρίων και το σκοπό του. Επίσης, θα πρέπει να είναι σε θέση να εντοπίζουν τα βασικά τμήματα ενός εργαστηρίου οργανικής χημείας των υλικών, και να προβλέπουν και να εντοπίζουν τους πιθανούς κινδύνους.

Λέξεις Κλειδιά

Εργαστήριο οργανικής χημείας, οργανικά υλικά, απαγωγός, αντιδραστήρια, πυρκαγιά, ασφάλεια, προφύλαξη

Η γεωμετρία των μορίων καθορίζεται από τη γειτνίαση των ατόμων μεταξύ τους και την ύπαρξη ηλεκτρικών φορτίων επάνω στα μόρια. Έχει άμεση επίδραση στις πολύ σημαντικές διαμοριακές δυνάμεις. Η γεωμετρία των μορίων σε συνδυασμό με τα είδη των ενδομοριακών δεσμών επηρεάζουν τη χημική δραστικότητα και την δομή των υλικών (άμορφα ή κρυσταλλικά υλικά). Οι διαμοριακές δυνάμεις επηρεάζουν τις φυσικές και φυσικοχημικές ιδιότητες των υλικών. Με άλλα λόγια, η γνώση της γεωμετρίας των μορίων μας βοηθά να κατανοήσουμε τις παραπάνω ιδιότητες και να προβλέπουμε τη σωστή αντιμετώπιση και χρήση των υλικών.

Όλα τα οργανικά μόρια έχουν σαν κοινό στοιχείο τους τον άνθρακα, και σχεδόν όλα περιέχουν επίσης και υδρογόνο. Από αυτά τα δύο είδη ατόμων, είναι δυνατό να κατασκευαστεί (και η φύση πράγματι τα κατασκευάζει) τεράστιος αριθμός διαφορετικών μορίων τα οποία καλούνται υδρογονάνθρακες. Στην περίπτωση των υδρογονανθράκων, το σχήμα τους καθορίζεται κατά βάση από τα άτομα άνθρακα. Στην περίπτωση που στα μόρια συμμετέχουν και ετεροάτομα, όπως οξυγόνο, άζωτο, φώσφορος, αλογόνα, κλπ., έχουν και αυτά σημαντική συνεισφορά στο σχήμα των μορίων.

 Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να κάνουν τη σύνδεση με τη δομική οργανική χημεία (structural organic chemistry), και βάσει αυτής  να γίνουν κατανοητές και να προβλεφθούν σημαντικές  ιδιότητες των οργανικών μορίων.

Λέξεις Κλειδιά

Ομοιοπολικές χημικές ενώσεις, ενώσεις του άνθρακα, οργανικές χαρακτηριστικές ομάδες, μοριακά τροχιακά, υβριδισμός, τετραεδρική μοριακή δομή, επίπεδη τριγωνική μοριακή δομή, ευθύγραμμη μοριακή δομή

Επιχειρείται η σύνδεση της γεωμετρίας, και κατά συνέπεια, της πολικότητας των οργανικών μορίων με τη διαλυτότητα των υλικών τους σε συγκεκριμένους διαλύτες. Η χρήση οργανικών διαλυτών (π.χ. αιθέρας), καθώς και υδατικών συστημάτων (ουδέτερου, όξινου και αλκαλικού pH) και μέσω αυτών ελέγχεται η διαλυτότητα χημικών ενώσεων (αμινοξέων, σακχάρων, λιπαρών υλών) σε αυτά. Η χρήση της επιλεκτικής διαλυτοποίησης σε οργανικούς ή μη διαλύτες στην συστηματική ταξινόμηση των χημικών ενώσεων που απαρτίζουν τα υλικά. Εισάγεται η έννοια και η  χρήση του τριγώνου διαλυτότητας στην επιλογή του κατάλληλου διαλύτη προς επιλεκτική διαλυτοποίηση ενός υλικού.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να συνδυάζουν τις ιδιότητες των οργανικών μορίων με τις δυνατότητες διαλυτοποίησής τους σε συγκεκριμένους διαλύτες.

Λέξεις Κλειδιά

Πολικότητα χημικών ενώσεων, διαλυτότητα, διαλύτης, διαλυτοποιημένη ουσία, διπολική ροπή, πολικοί διαλύτες, άπολοι διαλύτες, κλασματικές παράμετροι διαλυτότητας, τριγωνικό διάγραμμα διαλυτότητας

[Παρακαλώ δώστε  την αναλυτική περιγραφή του γνωστικού αντικειμένου.]

 

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να έχουν αποκτήσει εξοικείωση με τη χημική σύσταση των λιπαρών υλών, την όξινη υδρόλυση ως παράγοντα φθοράς των λιπαρών υλών. Θα πρέπει να μπορούν να συσχετίζουν τη φθορά λόγω όξινης υδρόλυσης στην ποιότητα/κατάσταση διατήρησης  ενός ελαιώδους συνδετικού μέσου, καθώς και στην ορθή χρήση του. Θα πρέπει, τέλος, να μπορούν να προτείνουν την ορθή χρήση κλασικών μεθόδων οξεοβασικής ογκομέτρησης στον προσδιορισμό της φθοράς λιπαρών υλών λόγω όξινης υδρόλυσης.

Λέξεις Κλειδιά

Εστέρες, γλυκερόλη (γλυκερίνη), τριγλυκερίδια, ενωμένα (συνδεδεμένα) λιπαρά οξέα, όξινη υδρόλυση, οξύτητα, ελεύθερα λιπαρά οξέα, βαθμός οξύτητας, ογκομέτρηση.

[Παρακαλώ δώστε  την αναλυτική περιγραφή του γνωστικού αντικειμένου.]

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να συσχετίζουν τη δομή των λιπαρών οξέων με εκείνη των σαπουνιών, καθώς και με τη διαδικασία αποικοδόμησης των λιπαρών υλών σε αλκαλικό περιβάλλον. Επίσης να συσχετίζουν τη δομή των σαπουνιών με την απορρυπαντική δράση.

Λέξεις Κλειδιά

Λιπαρά οξέα, εστέρες, τριγλυκερίδια, άλατα λιπαρών οξέων, σάπωνες, σαπωνοποίηση

Αναλυτική Περιγραφή Ενότητας

Οι σάπωνες παρασκευάζονται και χρησιμοποιούνται από την αρχαιότητα μέχρι και σήμερα με κύριο σκοπό την ικανότητά τους να απομακρύνουν λιπαρούς ρύπους.

Στο εργαστήριο θα εξεταστεί η απορρυπαντική τους δράση καθώς και η αναστολή της στην περίπτωση του σκληρού νερού (δηλαδή νερού με σημαντική παρουσία αλάτων ασβεστίου και μαγνησίου). Η εξεύρεση λύσεων απέναντι σε αυτή την αναστολή είναι και λόγος που έχουν εισαχθεί τα βιομηχανικά απορρυπαντικά: παρουσία σκληρού νερού η απορρυπαντική δράση δεν επηρεάζεται σημαντικά.

Η απορρυπαντική δράση των σαπώνων και των βιομηχανικών απορρυπαντικών μπορεί να εξηγηθεί τόσο από τη χημεία (σε μοριακό επίπεδο), όσο και από τη φυσική. Η εξήγηση από την πλευρά της χημείας λαμβάνει υπόψη τη δομή των μορίων των συγκεκριμένων υλικών. η εξήγηση από την πλευρά της φυσικής λαμβάνει υπόψη το φαινόμενο της επιφανειακής τάσης των υγρών (π.χ. του νερού) και πώς αυτή μεταβάλλεται όταν προστίθεται ένας σάπωνας ή ένα απορρυπαντικό (=τασιενεργά υλικά) σε μια ποσότητα υγρού.

Οι σάπωνες είναι τασιενεργά υλικά με ανιονική καρβοξυλική ομάδα.

Σε καθημερινή χρήση βρίσκονται τα απορρυπαντικά του εμπορίου που είναι συνθετικά τασιενεργά μόρια. Ανάλογα με το φορτίο της πολικής ομάδας των συνθετικών αυτών υλικών διακρίνονται σε: Ανιονικά τασιενεργά, Κατιονικά τασιενεργά, Μη ιονικά (ουδέτερα) τασιενεργά

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να κατανοούν το φαινόμενο  της απορρυπαντικής δράσης των τασιενεργών μορίων, και να συσχετίζουν τη δομή των τασιενεργών μορίων με την ιδιότητα του αφρισμού και της απορρυπαντικής δράσης, καθώς και την αποτελεσματικότητά τους.

Λέξεις Κλειδιά

Τασιενεργά μόρια, ιοντικά και μη ιοντικά τασιενεργά, σάπωνες, συνθετικά απορρυπαντικά, απορρυπαντική δράση, γαλακτωματοματοποίηση, αφρισμός, μικκύλια

 

Οι πρωτεΐνες είναι ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους και βρίσκονται παντού στο ζωικό και φυτικό βασίλειο. Ο ρόλος τους σχετίζεται τόσο με τη δομή, όσο και με τη δράση στο περιβάλλον των κυττάρων όπου ανήκουν. Στα κύτταρα έχουν την ευθύνη της ακεραιότητας και της λειτουργίας των οργανελλών. Άλλοτε πάλι, ως ένζυμα, καταλύουν συγκεκριμένες βιοχημικές αντιδράσεις. Πολλά υλικά όπως το αυγό και η ζωική κόλλα, αλλά και μεγάλο πλήθος αντικειμένων με τα οποία ασχολείται ένας συντηρητής, όπως τα οστά και το δέρμα, είναι πρωτεϊνικής φύσεως.

Οι πρωτεΐνες σχηματίζονται από τη συνένωση απλούστερων μορίων, των α- αμινοξέων, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός διπεπτιδίου. Με μεγαλύτερο αριθμό αμινοξέων σχηματίζονται τα ολιγοπεπτίδια. Οι πρωτεΐνες μπορούν να οριστούν ως τα πεπτίδια μεγάλου μοριακού βάρους (μερικών χιλιάδων) που απαντούν στην φύση 

Στο εργαστήριο, θα γίνει  διαπίστωση της ταυτότητας δειγμάτων ως πρωτεϊνικών μέσω της αντίδρασής τους με συγκεκριμένα αντιδραστήρια. Σε περίπτωση θετικού τεστ (αναμενόμενης αλλαγής χρώματος), οι σπουδαστές οδηγούνται στο συμπέρασμα ότι το δείγμα είναι πρωτεϊνικό. Εξετάζονται: η αντίδραση νινυδρίνης, η ξανθοπρωτεϊνική αντίδραση και η αντίδραση διουρίας (biuret test).

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να αναγνωρίζουν και να ανιχνεύουν τα  πρωτεϊνικά υλικά επί τη βάσει συγκεκριμένων χημικών ιδιοτήτων τους.

Λέξεις Κλειδιά

Αμινοξύ, οξύ, βάση, αμφιπρωτικό μόριο, πεπτίδιο, πεπτιδικός δεσμός, πρωτεΐνη, μέθοδοι ανίχνευσης, νινυδρίνη, αρωματικός δακτύλιος

Κάθε πρωτεΐνη συμπεριφέρεται σαν αμφοτερικό μόριο, όπως ακριβώς και τα ίδια τα αμινοξέα που την απαρτίζουν. Δηλαδή διαθέτουν μια ομάδα που συμπεριφέρεται σαν βάση (αμινομάδα) και μια που συμπεριφέρεται σαν οξύ (καρβοξυλική ομάδα). Συνεπώς, και εδώ όπως και στα αμινοξέα, υπάρχει η έννοια του ισοηλεκτρικού σημείου, στο οποίο και οι δυο ομάδες είναι φορτισμένες. Σε όξινο διάλυμα (pH μικρότερο του ισοηλεκτρικού σημείου), είναι φορτισμένες μόνο οι αμινομάδες (ΝΗ3+), ενώ σε αλκαλικό (pH μεγαλύτερο του ισοηλεκτρικού σημείου), είναι φορτισμένες μόνο οι καρβοξυλικές ομάδες (COO-). Στην όξινη και αλκαλική μορφή όλο το μόριο φέρει ένα μόνο είδος φορτίου (θετικό, ή αρνητικό αντίστοιχα). Αποτέλεσμα: ασκείται μια σημαντική ηλεκτροστατική άπωση μεταξύ των μορίων.

Η καζεΐνη είναι μια πρωτεΐνη που απαντάται στο γάλα και από χημικής πλευράς είναι μια φωσφοπρωτεΐνη (δηλαδή υπάρχουν συνδεδεμένες φωσφορικές ομάδες). Τα μικκυλιακά συσσωματώματα της καζεΐνης είναι αρνητικά φορτισμένα και συνεπώς απωθούνται. Ως συνέπεια, το γάλα, αν και ετερογενές υδατικό μίγμα, δεν καταβυθίζεται (δηλαδή είναι ένα σταθερό γαλάκτωμα).  Όταν προστεθεί στο γάλα μια ποσότητα οξέος οι φωσφορικές ομάδες αποκτούν την όξινη (πρωτονιωμένη) μορφή τους και εξαφανίζεται η άπωση μεταξύ των συσσωματωμάτων (μικκυλίων) της πρωτεΐνης με αποτέλεσμα την καθίζησή της και τον αποχωρισμό της από τον ορό του γάλακτος.

Στο εργαστήριο, οι σπουδαστές θα χρησιμοποιήσουν σε πειραματικό επίπεδο  τις παραπάνω έννοιες με σκοπό την απομόνωση της καζεΐνης από δείγματα γάλακτος.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμούν την τη σύσταση και τις ιδιότητες καζεϊνούχων πρωτεϊνικών υλικών, να προβλέπουν τη συμπεριφορά τους σε συσχέτιση με τις οξεοβασικές συνθήκες του περιβάλλοντός τους. Θα πρέπει τέλος, να μπορούν να χρησιμοποιούν τις βασικές τεχνικές για την απομόνωση της καζεΐνης από την πρώτη ύλη (γάλα).

Λέξεις Κλειδιά

Πρωτεΐνες, Αμινοξέα, Καζεΐνη, Καζεϊνικό ασβέστιο, Ισοηλεκτρικό σημείο, Φωσφοπρωτεΐνη, Κροκίδωση, Τεστ νινυδρίνης, ξανθοπρωτεϊνική αντίδραση, τεστ διουρίας (biuret)

Τα σάκχαρα (υδατάνθρακες) ανήκουν στις ενώσεις βιολογικού ενδιαφέροντος και, όπως και οι πρωτεΐνες, έχουν μεγάλη σημασία επειδή απαντώνται ως δομικό συστατικό πολλών οργανικών υλικών. Οι υδατάνθρακες έχουν ενδιαφέρον και στον χώρο της τέχνης, αφού απαντώνται ως συστατικά στα υλικά προετοιμασίας και συνδετικά υλικά των έργων ζωγραφικής. Απαντώνται  επίσης και στο χώρο των αρχαιολογικής σημασίας αντικειμένων, ως συστατικά των υφάνσιμων υλών, του ξύλου και του χαρτιού.

Επιχειρείται η διάκριση μεταξύ μονο-, δι- και πολύ-σακχαριτών, καθώς και μεταξύ αναγόντων και μη αναγόντων σακχάρων.

Στο εργαστήριο οι φοιτητές θα εφαρμόσουν και θα καταγράψουν τα συμπεράσματά τους από τα τεστ Fehling, Molisch (αντίδραση α-ναφθόλης) και ιωδίου επάνω σε δείγματα υδατανθρακικών υλικών.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με τη σύσταση των σακχάρων (υδατανθράκων) και να συνδυάζουν τις βασικές τους ιδιότητες με εκείνες των αλκοολών. Θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμούν την υδατανθρακική σύσταση υλικών επί τη βάσει της χημικής τους συμπεριφοράς έναντι συγκεκριμένων αντιδραστηρίων.

Λέξεις Κλειδιά

Πολυδύναμες αλκοόλες (πολυόλες), μονοσακχαρίτης, αλδόζες, κετόζες, εξόζες, ανάγον σάκχαρο, οπτική δραστικότητα, οπτικοί αντίποδες, πολυσακχαρίτης, μέθοδοι ανίχνευσης υδατανθράκων, αντιδραστήριο fehling

Ως πολυμερή γενικώς νοούνται τα μακρομόρια (δηλ.  μεγάλου ΜΒ) που συντίθενται είτε σε εργαστηριακή είτε σε βιομηχανική κλίμακα. Επιχειρείται συσχέτιση της αντίδρασης μεταξύ αμίνης και καρβοξυλικού οξέος με σκοπό το σχηματισμό αμιδίου και εφαρμογής της στην αντίδραση συμπύκνωσης διαμίνης με δικαρβοξυλικό οξύ. Στο εργαστήριο επιχειρείται σύνθεση νάιλον 6,10 με βάση την παραπάνω αντίδραση συμπύκνωσης.

 Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να συσχετίζουν βασικές έννοιες των δεσμών στα οργανικά μόρια με τη δόμηση και τη δομή των πολυμερών υλικών.  Θα πρέπει να μπορούν να χειρίζονται τα βασικά αντιδραστήρια και τις απλές τεχνικές του πολυμερισμού συμπύκνωσης.

Λέξεις Κλειδιά

Μακρομόριο, πολυμερές, μονομερές, ομάδα μονομερούς, νάιλον (nylon), αμιδικός δεσμός, αντίδραση πολυμερισμού - συμπύκνωσης.

Το χρώμα των οργανικών ενώσεων και των υλικών στα οποία αυτές απαντώνται οφείλεται στην απορρόφηση τμήματος της ορατής περιοχής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Όταν απορροφά μόνο στο υπεριώδες (UV) ή υπέρυθρο (IR), τότε η ένωση εμφανίζεται άχρωμη (αν το υλικό είναι διαφανές) ή λευκή (αν το υλικό είναι αδιαφανές). Η συστηματική μελέτη του χρώματος των διαφόρων υλικών γίνεται με την καταγραφή-αποτύπωση και μελέτη των φασμάτων απορρόφησης στο υπεριώδες και το ορατό (UV-vis).

Οι οργανικές βαφές οι οποίες από τα αρχαιότατα χρόνια είχαν χρησιμοποιηθεί στην βαφή των υφασμάτων είναι χημικές ενώσεις που απορροφούν την ορατή ακτινοβολία σε περιοχές αντίστοιχες με το χρώμα που κατέχουν.

Στην ινδιγοτίνη, έγχρωμη οργανική ένωση-συστατικό του indigo (ινδικού), υπάρχουν διπλοί δεσμοί C=C και C=O (οι οποίοι μάλιστα βρίσκονται σε συζυγία) οι οποίοι αποτελούν χρωμοφόρες ομάδες, και  αμινομάδες (-ΝΗ-) οι οποίες αποτελούν αυξόχρωμες ομάδες. Σε αυτές οφείλεται το χρώμα της συγκεκριμένης κατηγορίας οργανικών ενώσεων.  

Στο εργαστήριο επιχειρείται η εκχύλιση της ινδιγοτίνης από αντίστοιχα βαμμένο ύφασμα και εκτίμηση του χρώματος μέσω του φάσματος απορρόφησης στο UV-ορατό.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμούν τα γενικά γνωρίσματα των έγχρωμων οργανικών μορίων. Να αξιολογούν την παρουσία συγκεκριμένων οργανικών χαρακτηριστικών ομάδων ως χρωμοφόρων και ως αυξόχρωμων και να εκτιμούν την επίδρασή τους στην διαλυτότητα των ενώσεων που τις περιέχουν σε συγκεκριμένους διαλύτες. Θα πρέπει τέλος, να μπορούν να χρησιμοποιούν απλές τεχνικές εκχύλισης με σκοπό την απομόνωση της ινδιγοτίνης, και αντιστοίχων τεχνικών για τη βαφή υφασμάτων.

Λέξεις Κλειδιά

Εκχύλιση, διαλυτική ικανότητα, χρωστική, χρωμοφόρες ομάδες, αυξόχρωμες ομάδες, φασματοφωτομετρία απορρόφησης uv-ορατού, φάσμα απορρόφησης, ινδιγοειδή, ινδιγοτίνη.

Ανάλογα με τη ανταπόκρισή τους στη θέρμανση, τα πολυμερή χωρίζονται σε θερμοπλαστικά και θερμοσκληραινόμενα. Τα θερμοπλαστικά γίνονται μαλακότερα όταν θερμαίνονται (και κατά περίπτωση μετατρέπονται σε ρευστά),

Η μεταβολή αυτή δεν είναι μόνιμη: τα πολυμερή σκληρύνονται πάλι εάν από εκείνο το σημείο ψυχθούν. Οι διαδικασίες αυτές είναι αντιστρεπτές και μπορούν να επαναληφθούν με τη μορφή θερμοκρασιακών κύκλων. Τα υλικά αυτά μπορούν να υποστούν κατεργασία όταν σε ψηλή θερμοκρασία είναι μαλακά, με παράλληλη εφαρμογή πίεσης. Τα περισσότερα γραμμικά πολυμερή είναι θερμοπλαστικά. Για παράδειγμα: Πολυαιθυλένιο, Νάιλον, Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), Ακρυλικές και βινυλικές ρητίνες

Ορισμένα πολυμερή, με γραμμική, καθώς και κάποια με διακλαδιζόμενη αλυσίδα εμφανίζουν κρυσταλλικότητα. Το νάιλον, το υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (HDPE) και το ισοτακτικό πολυπροπυλένιο (i-PP) εμφανίζουν έντονη κρυσταλλικότητα.

Όταν θερμανθούν τα κρυσταλλικά πολυμερή υφίστανται τήξη σε μια θερμοκρασιακή περιοχή που ονομάζεται θερμοκρασία τήξης (Tm), κατά την οποία μεταπίπτουν σε μια ρευστή φάση. Όταν θερμανθούν τα άμορφα πολυμερή, υφίστανται υαλώδη μετάβαση στη θερμοκρασία Tg, δηλαδή μεταπίπτουν από την υαλώδη, σε μια πιο εύκαμπτη (ή ελαστόμορφη, rubbery) κατάσταση. Τα ημικρυσταλλικά πολυμερή (στα οποία συνυπάρχουν οι κρυσταλλικές με τις άμορφες περιοχές) εμφανίζουν πρώτα την υαλώδη μετάβαση και στη συνέχεια, τήξη.

Στο εργαστήριο θα χρησιμοποιηθεί θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης με σκοπό την καταγραφή των παραπάνω μεταβάσεων και των σημείων Tg και Tm.

Στόχοι Ενότητας

Στο τέλος της ενότητας, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να εκτιμούν τη θερμική συμπεριφορά συγκεκριμένων πολυμερών με δεδομένα τις τιμές θερμοκρασίας τήξης και υαλώδους μετάβασης.

Λέξεις Κλειδιά

Θερμοπλαστικά πολυμερή, θερμοσκληραινόμενα πολυμερή, άμορφα (υαλώδη) πολυμερή, ημικρυσταλλικά πολυμερή, κρυσταλλικές μικροφάσεις, θερμοκρασία τήξης (Tm), θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg)

Οι σπουδαστές αξιολογούνται με βάση τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απέκτησαν κατά τη διάρκεια του εργαστηριακού μαθήματος.

Οι σπουδαστές αξιολογούνται με βάση τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απέκτησαν κατά τη διάρκεια του εργαστηριακού μαθήματος.

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ημερολόγιο

Ανακοινώσεις

  • - Δεν υπάρχουν ανακοινώσεις -