O άνθρωπος είχε την δυνατότητα να παρατηρεί χημικά φαινόμενα από τις πρωϊμες περιόδους της ύπαρξης του. Το «μαύρισμα» ενός δέντρου που κεραυνοβολείται απο την «θεϊκή» φωτιά –τον κεραυνό–, η δυσοσμία του φάγητου έπειτα από παραμονή ημερών στον ήλιο είναι κάποια από αυτά. Αυτές οι μεταβολές της ύλης παρατηρήθηκαν απο τους πρώτους ανθρώπους και συνέβαιναν, βέβαια, δίχως την παρέμβαση τους. Οι πρώτες εκούσιες αλλαγές της ύλης απο τον άνθρωπο έγιναν με την ανακάλυψη της φωτιάς. Εκει μπορούμε να τοποθετήσουμε τις απαρχές της εφαρμογής της χημείας απο τον άνθρωπο. Το φαγητό άλλαζε υφή και οσμή κατά την «ανάμιξή» του με τη φωτιά. Η λάσπη, θερμαινόμενη στη φωτιά, άλλαζε υφή και σκλήραινε. Έτσι, ο άνθρωπος σκέφτηκε να σχηματοποίησει την λάσπη, η οποία, κατά την επαφή της με τη φωτιά και μετά από την παρέμβαση του, δημιουργούσε σκεύη για την τοποθέτηση της τροφής. Αυτή η διεργασία ήταν η πρώτη επαφή με τα κεραμικά υλικά ή και ακόμη με τις πρωϊμες μορφές γυαλιού. Η χρονική περίοδος στην οποία τοποθετούνται αυτές οι εξελίξεις είναι η εποχή του λίθου. Τότε σηματοδοτείται μια αλλαγή στην οργάνωση των κοινωνιών, η οποία οδήγησε στην δυνατότητα συστηματικού κυνηγιού, και στην εξημέρωση των ζώων. Τα αποθέματα τροφής έγιναν μεγαλύτερα και σταθερά σε μέγεθος και έτσι ο πληθυσμός άρχισε σταθερά να αυξάνεται. Αυτό ήταν και το πέρασμα προς τη νεολιθική περίοδο. Το 4000 π.Χ., τα αποτελέσματα όλης αυτής της εξέλιξης πέρασαν απο την Μέση Ανατολή προς την Ανατολική Ευρώπη. Αυτή ήταν και η περίοδος κατά την οποία πραγματοποιήθηκε μια άλλη σημαντική ανακάλυψη· η ανακάλυψη του μετάλλου. Η αρχική περιοδος χρήσης των μετάλλων δεν είναι γνωστή. Πιθανολογείται οτι τα πρώτα μέταλλα που ανακαλύφθηκαν ήταν ψήγματα χρυσού και χαλκού. Όμως, η σπανιότητα των συγκεκριμένων μετάλλων δεν επέτρεπε τη συστηματική χρήση τους. Αυτή επήλθε όταν ο άνθρωπος παρατήρησε ότι, θερμαίνοντας κάποιους τύπους πέτρας στην φωτιά, θα μπορούσε να λάβει διάφορα μέταλλα. Τα πρώτα στοιχεία αυτής της ανακάλυψης εμφανίζονται περίπου στο 4000 π.Χ. στην περιοχή που βρίσκεται το σημερινό Ιράν. Το 2000 π.Χ. ένα κράμα χαλκού, η παραγωγή του οποίου έγινε κατά τύχη, έπειτα από τη θέρμανση χαλκού και κασσίτερου, χρησιμοποιήθηκε για οπλισμό. Αυτό το κράμα έδωσε και το όνομα του στην εποχή του ορείχαλκου. Το 1500 π.Χ. οι Χετταίοι είχαν ανακαλύψει τον τρόπο εξαγωγής του σιδήρου απο τα μεταλλεύματά του, μια διαδικασία που απαιτούσε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες απο τον χαλκό ή τον κασσίτερο. Οι επιστολές ενός Χετταίου βασιλιά  στον αντιβασιλέα, που χρονολογούνται το 1280 π.Χ, σε μια ορεινή περιοχή πλούσια σε σίδηρο, κάνουν σαφείς αναφορές στην παραγωγή του σιδήρου. Ο σίδηρος δεν είναι απο μόνο του ένα ισχυρό μέταλλο, αλλά, κατά την παραγωγή του, συλλέγει άνθρακα και δημιουργεί σε αξιόλογη ποσότητα ατσάλι, ένα πολύ πιο δυνατό μέταλλο που σφυρηλατείται πιο εύκολα και που μπορεί να δημιουργήσει ισχυρότερα όπλα και πιο αιχμηρές λεπίδες. Έτσι, ξεκίνησε η εποχή του σιδήρου. Το 900 π.Χ πολλές αυτοκρατορίες που αναπτύχθηκαν στηρίχθηκαν στην ισχύ του σιδήρου. Σύμφωνα με μια θεωρία, η λέξη Χημεία, προέρχεται απο την ελληνική λέξη χυμός, υποδηλώνοντας έτσι την τέχνη του να παραλαμβάνει κανείς χυμούς ή να παραλαμβάνει υγρό μέταλλο από την πέτρα και έτσι, κατά μια έννοια, μπορεί να υποδηλώνει και την «τέχνη της μεταλλουργίας»… …Μια γραφή είναι η “χυμεία” (Αλέξανδρος ο Αφροδισεύς, 2ος αι. μ.Χ.) που τη συνδέει με το ουσιαστικό “χυμός” και το ρήμα “χέω”. Μια άλλη γραφή ήταν η “χημία” που βρέθηκε στο έργο “Χημεύ” του Ερμητικού φιλοσόφου Ζώσιμου του Πανοπολίτη (4ος αι. μ.Χ.) ενώ ακριβώς την ίδια γραφή την συναντάμε ακόμη παλαιότερα με τον όρο “χημία” και στον Πλούταρχο (46 – 120 μ.Χ.)… Επιμέλεια κειμένου: Περδικάρης Σταμάτης 09.01.08 Πρωτότυπο κείμενο : Paul Charlesworth, Chemistry Department, Michigan   http://chemistry.mtu.edu/~pcharles/SCIHISTORY/

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

 

αξιολόγηση των μαθητών στην χημεία 1 κεφ γ λυκείου ΚΕΕ

θέματα εξετάσεων   

απαντήσεις θεμάτων εξετάσεων

θέματα 1 κεφαλαίου (συνολικά τι έχει ρωτηθεί στις πανελλήνιες εξετάσεις)

 

δοκίμασε τις γνώσεις σου

online ερωτήσεις πολαπλης επιλογής απο θέματα εξετάσεων

online ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής στη θεωρία Bohr

online ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής στη ηλεκτρονική διαμόρφωση κβαντικούς αριθμούς

online ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής στο Περιοδικό Πίνακα

online ερωτησεις σωστό λάθος στην ηλεκτρονική θεωρία

 

ασκήσεις απο Δ Μαργαρη και 2

 

ερωτήσεις διαγωνίσματα απο site Δ Μαργαρη

 

από Δημήτρη Μειντάνη

Γ΄ λυκείου Θετική κατεύθυνση Εξασκηθείτε με τις δομές κατά Lewis. Κατεβάστε το αρχείο εδώ

Παιχνίδι με τον Περιοδικό Πίνακα  Δημιουργία ηλεκτρονιακής δομής των στοιχείων στο περιοδικό πίνακα εδώ

Κεφ 1ο Ατομικά πρότυπα και Π.Π. Επαναληπτικές ασκήσεις

Γ΄λυκείου Κεφ 1ο Δομές κατα Lewis Δομές κατά Lewis , Εξασκηθείτε εδώ

Χημεία Γ’ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης Κεφάλαιο 1 Ηλεκτρονιακή δομή ατόμων 1ο Κριτήριο αξιολόγησης 45 min Το κριτήριο επιμελήθηκε η Μαρία Κατσαρού Χημικός

διαγώνισμα 1 κεφ Γ λυκείου από Γ Κοσμίδη

 

Modellus                        Δυναμικό εργαλείο για διαλογική κατασκευή και διερεύνηση μαθηματικών μοντέλων, το οποίο δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να κατασκευάζουν, να προσομοιώνουν και να αναλύουν μοντέλα με διαλογικό τρόπο. Atomo DOC atomo1024x768 ZIP Διδακτική αξιοποίηση της μοντελοποίησης με χρήση λογισμικού.Των Δ. Αλιμήση κ.α PDF Μοντελοποιήσεις φαινομένων από μαθητές Λυκείου Είναι εφικτό με το Modellus ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ MODELLUS Σχέδιο μαθήματος-Ταχύτητα αντίδρασηςγ ΦΕ-ταχύτης αντίδρασης Σχέδιο μαθήματος-Χημική Ισορροπία- ΦΕ ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΕ-Χημική Ισορροπία Γ

 

Σ.Ε.Π.                               Σύνθετο εργαστηριακό περιβάλλον με χρήση πολυμέσων. Επιτρέπει μέσω προσομοιώσεων τον πειραματισμό στα θέματα Θερμοδυναμικής και Θερμότητας. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ       ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Κατάλογος έτοιμων πειραμάτων του λογισμικού (46 kb, doc) Παραδείγματα χρήσης του λογισμικού με φύλλα εργασίας (53 Kb, doc) Ανδρεάδης Αλέξανδρος

 

Interactive Physics 2005 Ανοιχτό περιβάλλον μάθησης-εργαστήριο κίνησης στον ΗΥ, που προσομοιώνει τις βασικές αρχές της Μηχανικής του Νεύτωνα   ΧΡΗΣΗ INTERACTIVE PHISYKS 5_εκτελέσιμα_αρχεία_IP ZIP IP_final_παρουσίαση  ZIP Σκέδαση_Rutherford XLS Rutherford_Scattering PPT

 

Chemistry Set 2000         το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Πολυμεσική εγκυκλοπαίδεια Χημείας που καλύπτει ένα μεγάλο φάσμα αυτής της επιστημονικής περιοχής. Συνδυάζει κείμενο, ήχο, εικόνες, βίντεο, animations, slides και προσομοιώσεις για την άρτια παρουσίαση των φαινομένων.

Λεύκιππος                        Το λογισμικό αυτό παρουσιάζει θέματα από τις παρακάτω ενότητες: Δομή ατόμου Περιοδικός Πίνακας και χημικοί δεσμοί, Οξέα – Βάσεις – Άλατα, Ηλεκτροχημεία, Χημική Ισορροπία Σε τις ενότητες αυτές υπάρχουν video, προσομοιώσεις, πειράματα, ερωτήσεις, κ.α

 

 

Χημεία Β’ – Γ’ Γυμνασίου  Το παρόν ηλεκτρονικό υποστηρικτικό υλικό καλύπτει το σύνολο της ύλης της Β’ και Γ’ τάξης. Αποτελείται από περίπου 3.750 αρχεία, εκ των οποίων 1.900 αρχεία υπερκειμένου, 1.500 αρχεία γραφικών, 135 αρχεία βίντεο, 50 προγράμματα προσομοιώσεων πειραματικών διατάξεων, 90 αρχεία περιγραφής μοριακών δομών και όλα τα απαραίτητα βοηθητικά προγράμματα για να είναι δυνατή η διάθεσή του μέσω του διαδικτύου. Περιέχει γλωσσάριο 120 χημικών όρων και βιογραφίες 14 επιστημόνων που αναφέρονται κατά την ανάπτυξη της ύλης.

Δυναμικές Ισορροπίες       το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο, με κεντρικό άξονα μια διαδικασία που αναφέρεται ως αρχή Le Chatelier. Η αρχή αυτή διδάσκεται στo πλαίσιo του μαθήματος της Χημείας,

 

Χημικοί Υπολογισμοί Β’ το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο με κεντρικό άξονα τους χημικούς υπολογισμούς το οποίο περιλαμβάνει δραστηριότητες για τα παρακάτω θέματα: Προσδιορισμός της διαλυτότητας στο νερό στερεών ουσιών, Παρασκευή διαλυμάτων με περιεκτικότητα % w/w, Παρασκευή διαλυμάτων με περιεκτικότητα % w/v, Παρασκευή διαλυμάτων με περιεκτικότητα % v/v, Επίδραση της θερμοκρασίας στη διαλυτότητα, της σακχαρόζης στο νερό, Νόμοι αερίων: Νόμος Boyle, Νόμοι αερίων: Νόμος του Gay Lussac, Νόμοι αερίων: Συνδυαστική εξίσωση αερίων, Νόμοι αερίων: Καταστατική εξίσωση αερίων, Αραίωση και ανάμιξη διαλυμάτων ισχυρών ηλεκτρολυτών, Η ραδιοχρονολόγηση με 14C, Σύνθεση και προσδιορισμός του pH διαλυμάτων αλάτων, Ρυθμιστικά διαλύματα, Ογκομέτρηση, Οξυμετρία – Αλκαλιμετρία.

 

Χημικοί Υπολογισμοί Α’ το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο με κεντρικό άξονα την ανάπτυξη γνώσεων και δεξιοτήτων με «υπολογισμούς» στο γνωστικό αντικείμενο της Χημείας. Στόχος των δραστηριοτήτων του πακέτου είναι να εστιάσει σε μαθησιακές δυσκολίες γύρω από χημικούς υπολογισμούς, που αφορούν στην κατανόηση αφηρημένων εννοιών και νόμων της χημείας, στην επίλυση προβλημάτων και στην κατανόηση της σημασίας τους σε καθημερινά προβλήματα. Ενδείκνυται για τις τάξεις: Α’ Λυκείου, Β’ και Γ’ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης

Φως                               το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο, που σαν κεντρικό άξονα έχει τη μελέτη και κατανόηση των φαινομένων της οπτικής που σχετίζονται με το φως. Στόχος του είναι να βοηθήσει τους μαθητές και τις μαθήτριες, να κατανοήσουν βασικές έννοιες της γεωμετρικής οπτικής και της κβαντικής οπτικής

 

Άνθρακας Β                   το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο, με κεντρικό άξονα τη χημεία του άνθρακα.

 

Άνθρακας Α                 το υλικό αυτό μόνο μέσο του σχολείου

Ολοκληρωμένο εκπαιδευτικό πακέτο με κεντρικό άξονα την ανάπτυξη σεναρίων με βάση το στοιχείο και τις χημικές ενώσεις του άνθρακα. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη σύνδεση των διδασκόμενων εννοιών με φαινόμενα και καταστάσεις της καθημερινής ζωής, τα προβλήματα του περιβάλλοντος και τις εφαρμογές τους.

 

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑ

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑ – ΟΙ ΠΟΤΑΜΟΙ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΥΘΟΛΟΓΙΑ

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΙΑ

ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΙΝΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

 

 

Μετάφραση Αργυρώ Βεργανελάκη

Χορηγία εικόνας από www.pixelio.de

Ένας από τους πολλούς ρόλους των φυσικών επιστημών είναι να υποστηρίζουν τις θεωρητικές σπουδές. Έχοντας αυτό κατά νου, ο Gianluca Farusi και οι μαθητές του αποφάσισαν να ερευνήσουν και να παρασκευάσουν μελάνι από όζο σιδήρου, ένα πολύ σημαντικό ιστορικά υλικό για την μετάδοση της γνώσης.

Ιστορική αναδρομή

Πολλές μεσαιωνικές μινιατούρες του Αγ. Ιωάννη στην Πάτμο, δείχνουν την σημασία του μελάνιού : αναπαριστούν το Διάβολο να προσπαθεί να κλέψει το πολύτιμο μελάνι του αγίου. Κατά το μεσαίωνα δύο είδη μελανιού χρησιμοποιούνταν : μελάνι άνθρακα (ένα μίγμα άνθρακα, νερού και κόμμιου) και μελάνι από όζο σιδήρου (προερχόμενο από όζους βελανιδιάς). Το μελάνι άνθρακα εμφανίστηκε γύρω στο 2500 π.Χ. ενώ το μελάνι από όζο σιδήρου χρησιμοποιήθηκε από τον 3ο αιώνα μ.Χ. και μετά, από προσωπικότητες όπως οι Leonardo da Vinci, Johann Sebastian Bach, Rembrandt van Rijn και Vincent van Gogh. Σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα, ίχνη μελάνης από όζο σιδήρου έχουν βρεθεί σε πάπυρους της Νεκράς θάλασσας και στο χαμένο Ευαγγέλιο του Ιούδα^w1.

Η αντίδραση που δίνει την χρωστική του μελανιού δεν χρησιμοποιούταν στον αρχαίο κόσμο για την παραγωγή μελανιού, αλλά ήταν ήδη γνωστή: στην NaturalisHistoria(Φυσική Ιστορία) του ο Pliny ο Γηραιότερος (23-79 μ.Χ.) περιγράφει πώς να ξεχωρίζουμε την πρασινάδα χαλκού [Cu(CH₃COO)₂.2Cu(OH)₂], που χρησιμοποιείται στην κατεργασία δέρματος, από την φθηνότερη καραμπογιά (FeSO₄.7H₂O) με την οποία νοθευόταν συχνά. Γράφει:

“…Η απάτη μπορεί να αποκαλυφθεί χρησιμοποιώντας ένα φύλλο πάπυρου βουτηγμένο σε υγρό από όζο καρυδιάς: γίνεται κατευθείαν μαύρο όταν εφαρμόζεται η νοθευμένη πρασινάδα χαλκού”.

Παρά το γεγονός ότι έβλεπε την αλλαγή, δεν μπορούσε να την κατανοήσει. Τώρα γνωρίζουμε ότι αυτό το αρχαίο τεστ στηρίζεται στην αντίδραση ανάμεσα στο κατιόν σιδήρου (σίδηρος( ΙΙ )) και στο γαλλοτανικό οξύ που υπάρχει στη ρίζα του παρασκευάσματος  μελανιού από όζο σιδήρου (δείτε παρακάτω).

Το εκπαιδευτικό περιεχόμενο

Όταν ένας από τους μαθητές μου στη χημεία με ρώτησε τι είδος μελανιού χρησιμοποιούσαν οι καλόγεροι στο μεσαίωνα, εμπνεύστηκα να οργανώσω μία εργασία για το μελάνι των μοναχών (δείτε το ένθεμα). Ταυτόχρονα με την προσφορά μιας διδακτικής εκδοχής στην επιστήμη, δίνει έμφαση στους δεσμούς ανάμεσα στις φυσικές επιστήμες και τις θεωρητικές σπουδές.

Αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε τη συνταγή του Βενετσιάνου Pietro Canepario από το βιβλίο του Deatramentiscuiuscumquegeneris  (Όλα τα είδη του μελανιού,  1619). Σε ιδιωματικά Ιταλικά με ομοιοκαταληξία, περιγράφει τη σύσταση κατά βάρος του μελανιού : “Una, due, tre e trenta a far la bona tenta” (“με ένα, δύο, τρία και τριάντα μέρη προσπάθησε να το κάνεις σωστά”). Τώρα γνωρίζουμε ότι αυτή η αναλογία από αραβικό κόμμι, θειικό σίδηρο, όζους και νερό δεν είναι η καλύτερη για το μελάνι από όζο σιδήρου: επειδή είναι πολύ όξινο, πολλές φορές καταστρέφει το χαρτί. Ο στόχος μου, όμως, δεν ήταν να παρασκευάσουμε το καλύτερο μελάνι, αλλά μάλλον να ενθαρρύνω τους μαθητές να ερευνήσουν την ιστορία, χρησιμοποιώντας τη χημεία και να κατανοήσουν τον πολιτιστικό και εκπαιδευτικό της ρόλο.

Στη συνέχεια οι μαθητές ερεύνησαν όζους και ξεκίνησαν να συλλέγουν κοινούς τύπους- όζους τύπου βελανιδιάς (βελανιδιάς και κουμαριάς) και όζους κυπαρισσιού – για να μας δώσουν την ευκαιρία να συγκρίνουμε τρία διαφορετικά μελάνια.

Θέλαμε να εξακριβώσουμε τον καλύτερο τύπο μελανιού, αλλά με βάση ποια κριτήρια; Αποφασίσαμε να μην απομακρυνθούμε πολύ από την εποχή του Canepario, και αναφερθήκαμε στο De subtilitate (Οι εσωτερικοί δεσμοί ανάμεσα στα πράγματα) και στο De rerum varietate (Οι ποικιλία των πραγμάτων) από τον Gerolamo Cardano (1501-1576). Σύμφωνα με τον Cardano, ένα καλό μελάνι ρέει καλά, και είναι παχύ, μαύρο και φωτεινό. Δοκιμάσαμε τα μελάνια μας, γράφοντας και με πιππέτες Pasteur και με μύτες στυλό και βρήκαμε ότι το μελάνι από όζους βελανιδιάς τηρούσε καλύτερα τα κριτήρια. Το αγαπημένο μου , όμως, ήταν αυτό του κυπαρισσιού: παρόλο που δεν είναι τόσο μαύρο όσο αυτό της βελανιδιάς, μοσχοβολάει ρετσίνι.

Βέβαια, καταλήξαμε με συζήτηση πάνω στη χημεία: αναρωτηθήκαμε ποιες αντιδράσεις παίρνουν μέρος σε κάθε στάδιο της παραγωγής, για τις επακόλουθες αντιδράσεις ανάμεσα στο μελάνι και το χαρτί, καθώς και τη σημασία τους για τα ιστορικά κείμενα και πώς θα μπορούσε να αποφευχθεί η περαιτέρω καταστροφή τους.

Οι μαθητές λάτρεψαν την εργασία, ιδιαίτερα τη διαθεματική και ιστορική εκδοχή της. Ένας μαθητής δήλωσε ότι η χημεία “ μοιάζει να είναι το κλειδί στα σύγχρονα και τα αρχαία ερωτήματα”.

Συστατικά του μελανιού από όζο σιδήρου

Εικόνα 1: Όζος βελανιδιών Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi	Εικόνα 2: Όζος κουμαριάς Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi	Εικόνα 3: Όζος κυπαρισσιού Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

Η πρώτη συγκεκριμένη αναφορά στο μελάνι από όζο σιδήρου γίνεται στο βιβλίο του Martianus Minneus Felix Capella “De Nuptiis Philologiae et Mercurii et de septemArtibus liberalibus libri novem”, 420 μ.Χ.), που αναφέρεται σε ένα μίγμα από όζο και κόμμι. Παρόλο που και άλλες συνταγές διατηρήθηκαν, όλες συμφωνούν στα βασικά συστατικά: όζοι, θειικός σίδηρος (καραμπογιά), νερό και αραβικό κόμμι.

Όζοι

Οι όζοι είναι ανώμαλα εξογκώματα που υπάρχουν πάνω στα φύλλα, στους μίσχους, στα λουλούδια και στις ρίζες φυτών. Ο παράγοντας που προκαλεί το σχηματισμό τους, συνήθως μία μύγα ή σφίγγα, εναποθέτει ένα αυγό στον νεαρό φυτικό ιστό, και ο όζος σχηματίζεται γύρω από τη λάρβα, που τρέφεται κα αναπτύσσεται μέσα στον προστατευτικό σχηματισμό. Οι εκκρίσεις από τη λάρβα, συμπεριλαμβανομένων σάλιου και αποβλήτων, πιστεύεται ότι ελέγχουν την ανάπτυξη του σχηματισμού.

Η χημική σύσταση του όζου ποικίλει ανάλογα με τον παράγοντα που τον σχηματίζει και το συμμετέχον φυτό. Ο όζος από τη λεπτομονάδα Aleppo είναι πλούσιος σε ταννικό οξύ (65%) και γαλλικό οξύ (2%) ˙ ο όζος της Βασόρας (γνωστό και ως γεώμηλο) περιέχει 26% ταννικό οξύ και 1,6% γαλλικό οξύ ˙ ενώ ο όζος βελανιδιών περιέχει 45-50 % ταννικό οξύ. Και τα τρία επίσης περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις γαλλοταννικού οξέος. Στην εργασία μας, χρησιμοποιήσαμε όζους από βελανίδια και κούμαρα (τυπικοί όζοι δρυός) καθώς και όζους κυπαρισσιού (Εικόνα 1,2,3).

Και οι τρεις τύποι όζων μπορούν να βρεθούν σε όλη την Ευρώπη αλλά και οτιδήποτε περιέχει ταννίνες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μελανιού ˙ π.χ. τσάι. Αλλιώς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ταννικό οξύ.

Θειικό οξύ ή καραμπογιά

Τα αρχαία χρόνια, η καραμπογιά (FeSO₄.7H₂O) εκχειλιζόταν με εξάτμιση του νερού από σιδηρούχα εδάφη. Αργότερα, στο τέλος του 16ου αιώνα, παραγόταν με προσθήκη θειικού οξέος σε ρινίσματα σιδήρου. Εμείς χρησιμοποιήσαμε θειικό σίδηρο μία κοινή ουσία σε ένα χημικό εργαστήριο.

Νερό

Καθώς το νερό βρύσης μπορεί να περιέχει προσμίξεις (όπως χλώριο) που αλλάζουν την ποιότητα του μελανιού, χρησιμοποιήσαμε αποσταγμένο νερό. Στην ιστορία, χρησιμοποιούταν κατά πάσα πιθανότητα νερό βροχής.

Αραβικό κόμμι

Το αραβικό κόμμι, ένα φυσικό κόμμι που εκχειλίζεται από την ακακία και χρησιμοποιείται σαν σταθεροποιητής τροφίμων, διατηρεί την ποιότητα του μελανιού με τρεις τρόπους :

1. Διατηρεί το σύμπλοκο σιδήρου (την χρωστική ) αδιάλυτο
2. Πυκνώνει το μελάνι και έτσι αποτρέπει την γρήγορη ροή του από το στυλό
3. Ελαττώνει την ταχύτητα με την οποία το μελάνι εμποτίζει το χαρτί, δίνοντας καλύτερη και μακροβιότερη γραφή.

Υλικά και μέθοδοι

• Όζοι, 3 μέρη
• Νερό, 30 μέρη
• Θειικός σίδηρος, 2 μέρη
• Αραβικό κόμμι, 1 μέρος

Εικόνα 4: Κομματιασμένος όζος βελανιδιών Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi	Εικόνα 5: Φιτράρισμα του μίγματος νερού και θρυμματισμένων όζων Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi
Εικόνα 6. Τα τρία μελάνια Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi	Εικόνα 7. Τα αποτελέσματα! Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

1. Σπάστε τους όζους σε κομμάτια και μετά συνθλίψτε τους σε μύλο του καφέ (Εικόνα 4).
2. Σε ένα ποτήρι ζέσεως, προσθέστε το νερό και τους κομματιασμένους όζους. Αφήστε το μίγμα να ζυμωθεί σε φωτεινό σημείο και θερμοκρασία δωματίου για 3 ημέρες.
3. Φιλτράρετε το μίγμα (Εικόνα 5) και προσθέστε τον θειικό σίδηρο. Ανακατέψτε
   καλά και αφήστε το για 3 ημέρες
4. Προσθέστε το αραβικό κόμμι, ανακατέψτε το μίγμα και έτοιμο το μελάνι σας.

Η εμπλεκόμενη χημεία

Αν και οι αντιδράσεις είναι εύκολες, η χημεία που εμπλέκεται είναι μάλλον πολύπλοκη. Αυτό το πείραμα δουλεύει καλύτερα αν οι νεότεροι μαθητές (14-15 ετών) κάνουν το εργαστηριακό κομμάτι, αφού οι μεγαλύτεροι μαθητές (17-18 ετών) τους εξηγήσουν τη χημεία και την βιολογία που εμπλέκεται.

Αφού οι όζοι κομματιάστηκαν, οι αντιδράσεις γίνονται σε δύο στάδια: η ζύμωση του γαλλοταννικού με το γαλλικό οξύ ακολουθούμενη από το σχηματισμό της χρωστικής του μελανιού.

Οι όζοι περιέχουν μεγάλα ποσά γαλλοτανικού οξέος (Εικόνα 8) αλλά χρειάζεται αναλογικά μικρή ποσότητα γαλλικού οξέος για το σχηματισμό της χρωστικής. Κατά το στάδιο της ζύμωσης, οι όζοι απελευθερώνουν το ένζυμο ταννάση από το Aspergillus niger και Penicillium glaucum, μύκητες που βρίσκονται μέσα στους όζους. Στις τρεις ημέρες, η ταννάση καταλύει την υδρόλυση του γαλλοτανικού οξέος σε γαλλικό οξύ και γλυκόζη (Εικόνα 9).

Εικόνα 8: Το γαλλοταννικό οξύ αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης, οι ομάδες υδροξυλίου του οποίου εστεροποιούνται από ένα μίγμα γαλλικού, διγαλλικού και πολυγαλλικού οξέος. Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

Εικόνα 9: Το γαλλοτανικό οξύ υδρολύεται σε γαλλικό οξύ και γλυκόζη. Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

 

Η χρωστική μελάνης σχηματίζεται σε δύο περαιτέρω στάδια: μία αντίδραση οξέος-βάσεως κατά Lewis που ακολουθείται από μία οξειδοαναγωγή. Γαλλικό οξύ και θειικός σίδηρος σχηματίζουν σιδηρούχο γαλλικό άλας (ένα άχρωμο υδατοδιαλυτό συστατικό Εικόνα 10), μαζί με H3O+ και SO42-. Σχεδόν αμέσως, το σιδηρούχο γαλλικό άλας αντιδρά με το οξυγόνο για την παραγωγή νερού και σιδηρούχο πυρογαλλικού άλατος, ενός μαύρου δυσδιάλυτου οχταεδρικού συμπλόκου, στο οποίο οι σύνδεσμοι κάθε κατιόντος σιδήρου είναι δύο μόρια γαλλικού οξέος (Εικόνα 11). Η χρωστική της μελάνης είναι το σιδηρούχο πυρογαλλικό άλας. Λόγω της ύπαρξης ιόντων H3O+, το διάλυμα είναι όξινο.

Εικόνα 10: Γαλλικό οξύ και κατιόντα σιδήρου αντιδρούν για να σχηματίσουν σιδηρούχο γαλλικό άλας. Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi Εικόνα 11: Το σιδηρούχο γαλλικό άλας αντιδρά με οξυγόνο για να δώσει σιδηρούχο πυρογαλλικό άλας και νερό Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

Μακροχρόνια φθορά

Το μελάνι από όζους σιδήρου μπορεί να χρησιμοποιείται εδώ και 1800 χρόνια, αλλά δεν μπόρεσε να περάσει το τεστ του χρόνου. Κατά τη διάρκεια των αιώνων, το μελάνι ξεθωριάζει, αποχρωματίζεται και καταστρέφει το χαρτί. Αυτό οφείλεται στην περίσσεια των ιόντων σιδήρου: η αναλογία 2:3 θειούχου σιδήρου προς όζους είναι λανθασμένη στοιχειομετρικά, με περισσότερο θειούχο σίδηρο να αντιδρά με το γαλλικό οξύ από όσο χρειάζεται.

Μερικά από αυτά τα πλεονάζοντα κατιόντα οξειδώνονται για να σχηματίσουν οξείδιο του σιδήρου (III), το οποίο καθώς είναι πιο αχνό από το σιδηρούχο πυρογαλλικό άλας, ξεθωριάζει το αρχικό μαύρο χρώμα της μελάνης. Άλλα κατιόντα σε περίσσεια καταλύουν μία καταστροφική αλυσιδωτή αντίδραση:

Fe²⁺ + O₂ + H⁺ → Fe³⁺ + HOO–
Fe³⁺ + HOO– + H⁺ → Fe³⁺ + H₂O₂
Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + HO– + OH^– (Αντίδραση Fenton)
RH + HO– → R– + H₂O
R– + O₂ → ROO–
ROO– + R₁H → ROOH + R₁–
R₁– + …..

όπου Fe²⁺ είναι πλεονάζον κατιόν σιδήρου, O₂ είναι το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και  R είναι το ήμισυ της κυτταρίνης.

Επιπρόσθετα, όταν μία ρίζα HO– επιτίθεται την κυτταρίνη (RH) του χαρτιού, σπάει πολλούς δεσμούς και εμφανίζονται τρύπες. Στη συνέχεια, τα παραγόμενες ρίζες της κυτταρίνης (R–) αντιδρούν, σχηματίζοντας περισσότερες συνδέσεις, ώστε το κατεστραμμένο χαρτί να γίνεται πιο δικτυωτό, λιγότερο υδρόφιλο, και ως αποτέλεσμα πιο στεγνό και εύθραυστο.

Συντήρηση

Εικόνα 12: Φυτικό οξύ (εξαορθοφωσφορικό άλας της μυοινοσιτόλης) Χορηγία εικόνας από Gianluca Farusi

Μία λύση στο πρόβλημα θεωρούταν η δημιουργία χηλικής ένωσης του σιδηρούχου κατιόντoς: η σύνδεση των σιδηρούχων κατιόντων με κατάλληλους συνδέσμους, μειώνει σημαντικά την οξείδωσή τους σε σιδηρικά κατιόντα, εμποδίζοντας την περαιτέρω καταστροφή. Όμως, η ανεύρεση του κατάλληλου χηλικού συνδέσμου ήταν μία πρόκληση: το EDTA, για παράδειγμα, δεν ελαττώνει το ρυθμό οξείδωσης του Fe2+. Πρόσφατη έρευνα στο Ινστιτούτο πολιτισμικής παράδοσης στην Ολλανδίαw2, όμως, δίνει ελπίδες. Μία επεξεργασία στηριζόμενη στο φυτικό οξύ (εξαορθοφωσφορικό άλας της μυοινοσιτόλης ˙ Εικόνα 12), ένα φυσικό αντιοξειδωτικό στους σπόρους, οδηγεί στο σχηματισμό ενός συμπλόκου Fe2+-φυτικού οξέος (Botti et al., 2005). Αυτό παρεμποδίζει την αντίδραση Fenton, ένα βήμα των αλυσιδωτών αντιδράσεων που περιγράφεται παραπάνω, και περιορίζει την περαιτέρω καταστροφή του χαρτιού.

Συμπέρασμα

“Θα έρθει κάποια μέρα όπου ο χρόνος και η σχολαστική μελέτη πολλών γενεών θα αποκαλύψει αυτό που τώρα είναι κρυφό ˙ μία ζωή δεν θα είναι αρκετή για να τελειώσει μια τέτοια ατέρμονη έρευνα… και έτσι αυτά τα φαινόμενα θα αποσαφηνιστούν μετά από γενιές ερευνητών.. Θα έρθει κάποια μέρα που οι απόγονοί μας θα εκπλήσσονται που ήμασταν τόσο ανήξεροι για τόσο φανερά πράγματα. Πολλές ανακαλύψεις περιμένουν τις ερχόμενες γενιές όταν ακόμη και η μνήμη από εμάς θα έχει ξεθωριάσει. Ο κόσμος θα ήταν τιποτένιος, αν κάθε γενιά δεν έβρισκε κάποιο θέμα να διερευνήσει… Η φύση δεν αποκαλύπτει τα μυστικά της αβίαστα”
Seneca, Φυσικές ερωτήσεις, Βιβλίο VII

Αυτό το τοπικό απόσπασμα από τον Seneca (4 π.Χ – 65 μ.Χ) ισχύει ακόμη. Πιστεύω ότι ο Pliny θα ήταν ευχαριστημένος αν έβλεπε πως αυτή η γενιά είναι ικανή να αποκαλύψει αυτό που ο ίδιος δεν μπορούσε.

Αναφορές

Botti L, Mantovani O, Ruggiero D (2005) Calciumphytat zur Behandlung von Tintenfraß: Wirkungen auf das Papier (Ασβεστούχο φυτικό άλας, ένα φυσικό αντιοξειδωτικό για την αποτροπή της διάβρωσης του χαρτιού από το μελάνι σιδηρούχων όζων). Restaurator 26: 35-45

Αναφορές στο διαδίκτυο

w1 – ιστοσελίδα του National Geographic

w2 – ιστοσελίδα του Ινστιτούτου πολιτιστικής παράδοσης Ολλανδίας: www.icn.nl

Πηγές

Ιστοσελίδα οξείδωσης μελανιού : www.knaw.nl/ecpa/ink/index.html