The purpose of this postgraduate diploma thesis is to study the color in Chemistry that includes two parts. The first part is negotiating the theoretical approach of the color phenomenon as wel as the applications and the usefulness of the colorants, dyes and pigments, in Analytical Chemistry, Clinical Chemistry, Biochemistry, Molecular Diagnostics and Chemical Technology.
The second part includes a didactic – teaching approach to color phenomenon by developing two teaching scenarios, “color in chemical balance” and “color – fluorescence – chemiluminescence”, to transfer the scientific knowledge, developed in the first part, into the educational process, in her school version, and is aimed at students of Postgraduate Studies, based on the exploratory guided discovery approach in a collaborative learning environment with the necessary extensions and utilization of the Chemistry Teaching.
In the theoretical approach to the first chapter, we first attempt a study of the physical, chemical and biochemical basis of color, which relates to how the sensation of color is created during the interaction of light with the observer and the observed object, how the variety of colors is created, which parameters are used to describe the color, while the technique of electronic spectroscopy is developed to characterize the colors, and finally, the sense of color is perceived through a set of Biochemical signal transduction processes.
In the second chapter there is a systematic classification of organic colorants-pigments and dyes, based on their chemical structure, emphasizing azo dyes, carbonyl colorants-paints as well as polyene - polymethines and especially on natural colorants-dyes and pigments. While another way of classifying colorants-dyes, organic and inorganic, is proposed based on the electron stimulating mechanism which has a particular theoretical value for correlating the molecular structure of the colorants-dyes and the observed color.
A correlation developed in the third chapter with application for organic compounds of the donor-receptor chromogen type, but also with the quantum-mechanical view through both the valence bond theory and the theory of molecular orbits in its various versions.
The correlation of color structure is made for inorganic colorants-pigments, mainly Complex transition metal ions and compounds – Coordination complexes, with d – d transitions, both through the theory of the crystal field and the ligand field theory-molecular orbital theory, as well as the compounds observed charge transfer transitions, but also on gemstones.
Reference is made to the color of semiconductors through band theory and pigments, since their color is not only due to the selective absorption of light, as is the case with dyes, but also to its reflection due to its structure.
The fourth chapter deals extensively with luminescence, fluorescence, phosphorescence, by-via a Jablonski pattern, and chemiluminescence as well as the most commonly used chemiluminescent systems. An explanation of the visual effect of a fluorescent dye and the appearance of color through the chemical changes of a direct or indirect chemiluminescence course is attempted.
In the fifth chapter there is a presentation of the applications and utility of the natural and synthetic dyes and pigments, used by Chemical Technology in our everyday life as well as how these are exploited by Analytical Chemistry, Clinical Chemistry, Biochemistry and Molecular Diagnostics in combination with spectroscopic methods, immunochemical determinations and optical analysis techniques for the qualitative and quantitative determination of chemicals in a wide range of applications such as Biotechnology, Pharmacology, Molecular Biology, Biochemistry, Medicine, Environmental Analysis and Chemistry-Biochemistry of Food.
Σκοπός της παρούσης ΔΕ είναι η μελέτη του χρώματος στη Χημεία που περιλαμβάνει δύο μέρη. Το πρώτο μέρος διαπραγματεύεται τη θεωρητική προσέγγιση του φαινομένου του χρώματος καθώς και τις εφαρμογές–χρησιμότητα των χρωστικών ουσιών στην Αναλυτική Χημεία, Κλινική Χημεία, Βιοχημεία, Μοριακή Διαγνωστική και Χημική Τεχνολογία.
Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει μια διδακτική προσέγγιση του φαινομένου του χρώματος με την ανάπτυξη δύο διδακτικών σεναρίων, το «χρώμα στη χημική ισορροπία» και «χρώμα–φθορισμός–χημειοφωταύγεια» για τη μεταφορά της επιστημονικής γνώσης, που αναπτύσσεται στο πρώτος μέρος, στην εκπαιδευτική διαδικασία, στη σχολική της εκδοχή, και απευθύνεται σε μαθητές Γ΄Λυκείου προσανατολισμού Θετικών Σπουδών, βασιζόμενα στην καθοδηγούμενη διερευνητική ανακαλυπτική προσέγγιση σε ένα περιβάλλον συνεργατικής μάθησης, με τις απαραίτητες προεκτάσεις και αξιοποίηση της Διδακτικής της Χημείας.
Στη θεωρητική προσέγγιση στο πρώτο κεφάλαιο, επιχειρείται αρχικά μια μελέτη της φυσικής, χημικής και βιοχημικής βάσης του χρώματος, που αφορά το πώς δημιουργείται η αίσθηση του χρώματος κατά την αλληλεπίδραση του φωτός με το παρατηρούμενο αντικείμενο και τον παρατηρητή, πως δημιουργείται η ποικιλία των χρωμάτων, ποια μεγέθη χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του χρώματος, ενώ αναπτύσσεται η τεχνική της ηλεκτρονικής φασματοσκοπίας για τον χαρακτηρισμό των χρωμάτων και τέλος πως γίνεται αντιληπτή η αίσθηση του χρώματος, μέσω ενός συνόλου βιοχημικών διεργασιών μεταγωγής σήματος.
Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια συστηματική ταξινόμηση των οργανικών χρωστικών ουσιών με βάση τη χημική τους δομή, δίνοντας έμφαση στα αζωχρώματα, τα καρβονυλικά χρώματα καθώς και τα πολυενικά–πολυμεθινικά και κυρίως στις φυσικές χρωστικές. Ενώ προτείνεται και ένας άλλος τρόπος ταξινόμησης των χρωστικών, οργανικών και ανόργανων, με βάση το μηχανισμό ηλεκτρονιακής διέγερσης που έχει ιδιαίτερη θεωρητική αξία για τη συσχέτιση της μοριακής δομής των χρωστικών ουσιών και του παρατηρούμενου χρώματος. Μια συσχέτιση που αναπτύσσεται στο τρίτο κεφάλαιο με εφαρμογή για τις οργανικές ενώσεις του τύπου χρωμογόνο δότη-δέκτη, αλλά και με την κβαντομηχανική θεώρηση τόσο μέσω της θεωρίας δεσμού σθένους όσο και με την θεωρία των μοριακών τροχιακών στις διάφορες εκδοχές της. Η συσχέτιση δομής χρώματος γίνεται και για τις ανόργανες χρωστικές, κυρίως τις σύμπλοκες ενώσεις-ιόντα των μεταβατικών στοιχείων, με τις d-d μεταπτώσεις, τόσο μέσω της θεωρίας του κρυσταλλικού πεδίου όσο και της θεωρίας του πεδίου των υποκαταστατών-μοριακών τροχιακών καθώς και στις ενώσεις που παρατηρείται μετάβαση μεταφοράς φορτίου, αλλά και στους πολύτιμους λίθους. Γίνεται αναφορά στο χρώμα των ημιαγωγών μέσω της θεωρίας ζώνης, αλλά και των χρωστικών επίστρωσης, αφού το χρώμα τους δεν οφείλεται μόνο στην επιλεκτική απορρόφηση του φωτός όπως συμβαίνει στις βαφές, αλλά επιπλέον και στη σκέδασή του, λόγω της δομής τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στα φαινόμενα φωταύγειας, στον φθορισμό, φωσφορισμό, μέσω ενός διαγράμματος Jablonski, και τη χημειοφωταύγεια καθώς και τα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενα συστήματα χημειοφωταύγειας. Επιχειρείται μια εξήγηση του οπτικού αποτελέσματος που δίνει μια φθορίζουσα χρωστική, καθώς και της εμφάνισης χρώματος μέσω των χημικών μεταβολών μιας άμεσης ή έμμεσης πορείας χημειοφωταύγειας.
Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των εφαρμογών και της χρησιμότητας των φυσικών και συνθετικών χρωστικών ουσιών που χρησιμοποιεί η Χημική Τεχνολογία στην καθημερινότητά μας καθώς και πως αυτές αξιοποιούνται από τη Αναλυτική Χημεία, Κλινική Χημεία, Βιοχημεία και τη Μοριακή Διαγνωστική σε συνδυασμό με φασματοσκοπικές μεθόδους, ανοσοχημικούς προσδιορισμούς και οπτικές τεχνικές ανάλυσης για τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό χημικών ουσιών, σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως στη Βιοτεχνολογία, τη Φαρμακολογία, τη Μοριακή Βιολογία, τη Βιοχημεία, την Ιατρική, την Περιβαλλοντική Ανάλυση και τη Χημεία-Βιοχημεία Τροφίμων.
Περιέχει : πίνακες, διαγράμματα, σχήματα, εικόνες, φωτογραφίες
