Στόχος μελέτης: Ο ρόλος της έρευνας στις σημαντικότερες ανακαλύψεις της Χημείας και η βασική εφαρμογή τους στην τεχνολογική εξέλιξη Διερευνητική εργασία

Οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις 1. Οξυγόνο (1770) Ο Joseph Priestley ανακαλύπτει το οξυγόνο. Παράγει οξυγόνο σε πειράματα και περιγράφει το ρόλο του στην καύση και την αναπνοή. Αργότερα ο Antoine Lavoisier διευκρινίζει τη φύση των στοιχείων, δίνει στο οξυγόνο το όνομα του και μαζί με άλλους βάζουν τις βάσεις για την ονοματολογία των χημικών στοιχείων.Joseph PriestleyAntoine Lavoisier 2. Ατομική Θεωρία (1808) Ο John Dalton παρέχει έναν τρόπο που συνδέει αόρατα άτομα με μετρήσιμες ποσότητες, όπως ο όγκος του αερίου ή της μάζας ενός στερεού. Σύμφωνα με τη θεωρία του, τα στοιχεία αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται άτομα. Έτσι, ένα καθαρό στοιχείο αποτελείται από ίδια άτομα, που έχουν όλα την ίδια μάζα, και οι ενώσεις αποτελούνται από άτομα διαφορετικών στοιχείων τα οποία ενώνονται μαζί.John Dalton 3. Τα Άτομα Συνδέονται σε Μόρια (1811 και μετά) Ο Ιταλός Amedeo Avogadro διαπιστώσει ότι τα άτομα των στοιχείων συνδυάζονται για να σχηματίσουν μόρια.Amedeo Avogadro

4. Σύνθεση της ουρίας (1828) Ο Friedrich Woehler συνθέτει τυχαία ουρία από ανόργανα υλικά, αποδεικνύοντας ότι οι ουσίες που βρίσκονται στα έμβια όντα μπορούν να αναπαραχθούν και από ανόργανες ουσίες και όχι μόνο με τη βοήθεια της «ζωτικής δύναμης" που περιέχεται στα ζώα και τα φυτά. 5. Χημική δομή (1850) Ο Friedrich Kekule Μετά από χρόνια μελέτης της φύσης του δεσμού άνθρακα-άνθρακα, κατάφερε να δώσει μια εξήγηση για την περίεργη μέχρι τότε δομή του βενζολίου. Σχεδιάζει τη χημική δομή του, φέρνοντας τη μελέτη της μοριακής δομής στην πρώτη γραμμή της χημείας. Η ασυνήθιστη δομή απαντά στο ερώτημα: πώς μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους περισσότερα από τέσσερα άτομα άνθρακα ταυτόχρονα.Friedrich WoehlerFriedrich Kekule

6. Περιοδικός Πίνακας των Στοιχείων ( ) Ο Dmitry Mendeleyev αντιλαμβάνεται ότι εάν το σύνολο των 63 γνωστά στοιχεία είναι διατεταγμένα σε αύξουσα σειρά ατομικού βάρους, οι ιδιότητές τους επαναλαμβάνονται σύμφωνα με ορισμένους περιοδικούς κύκλους. Έτσι διαμορφώνει τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων και προβλέπει την ύπαρξη στοιχείων που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Τρία από αυτά τα στοιχεία βρίσκονται κατά τη διάρκεια της ζωής του: Τα γάλλιο, σκάνδιο και γερμάνιο. 7. Η Ηλεκτρική ενέργεια προκαλεί χημικές μεταβολές ( )Dmitry Mendeleyev Ο Humphry Davy διαπιστώνει ότι ο ηλεκτρισμός προκαλεί χημικές μεταβολές. Χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό στοιχείο (πρώιμη μπαταρία) για να διαχωρίσει τα άλατα, μια διαδικασία που σήμερα είναι γνωστή ως ηλεκτρόλυση.Humphry Davy

8. Το Ηλεκτρόνιο (1897) Ο J.J. Thomson ανακαλύπτει ότι τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπονται από καθοδικούς σωλήνες είναι μικρότερα από τα άτομα και μέρος του συνόλου των ατόμων. Ονομάζει αυτά τα σωματίδια "corpuscles", που είναι γνωστά πλέον ως ηλεκτρόνια. 9. Τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν χημικούς δεσμούς (1913 και μετά) Ο Niels Bohr δημοσιεύει το μοντέλο της ατομικής δομής στην οποία τα ηλεκτρόνια κινούνται σε συγκεκριμένες τροχιές γύρω από τον πυρήνα, και ότι οι χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου σε μεγάλο βαθμό καθορίζονται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας του ατόμου του. Αυτό ανοίγει το δρόμο για την κατανόηση του ρόλου των ηλεκτρονίων στους χημικούς δεσμούς.J.J. ThomsonNiels Bohr

10. Άτομα έχουν Υπογραφές Φωτός (1850) Ο Gustav Kirchhoff και ο Robert Bunsen διαπιστώνουν ότι κάθε στοιχείο απορροφά ή εκπέμπει φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, τα οποία παράγουν συγκεκριμένα φάσματα. 11. Ραδιενέργεια ( ) Η Marie και ο Pierre Curie ανακαλύψουν και απομονώνουν ραδιενεργά υλικά. Μετά από χημική εξόρυξη ουρανίου από μεταλλεύματα ουρανίου, η Marie σημειώνει το υλικό που μένει και είναι πιο «ενεργό» από το καθαρό ουράνιο. Καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το μετάλλευμα περιέχει, εκτός από το ουράνιο, και νέα στοιχεία που είναι επίσης ραδιενεργά. Αυτό οδηγεί στην ανακάλυψη των στοιχείων πολωνίου και ραδίου.Gustav Kirchhoff MariePierre Curie

12. Πλαστικά (1869 και 1900) Ο John Wesley Hyatt παρασκευάζει Celluloid πλαστικό. Το Celluloid είναι το πρώτο σημαντικό συνθετικό πλαστικό και χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο για τις ακριβές ουσίες, όπως ελεφαντόδοντο, κεχριμπάρι, κόρνο και ταρταρούγα. 13. Φουλερένια (1985) Οι Robert Curl, Harold Kroto και Richard Smalley ανακαλύπτουν μια εξ ολοκλήρου νέα κατηγορία των ενώσεων του άνθρακα με δομή σαν ένα κλουβί. Αυτό οδηγεί στην ανακάλυψη δομών άνθρακα παρόμοιων με σωλήνα. Οι ενώσεις αυτές θα ονομαστούν buckballs ή buckminsterfullerenes, ή φουλερένια. Τα μόρια τους που αποτελούνται αποκλειστικά από άνθρακα και μπορούν να πάρουν τη μορφή μιας κοίλης σφαίρας (σχήμα ελλειψοειδές), ενός σωλήνα ή ενός δαχτυλιδιού.John Wesley HyattRobert CurlHarold KrotoRichard Smalley

Επιλογή πεδίου: «Μαθηματικά, Φυσικές Επιστήμες και Τεχνολογία» Τίτλος: «Από την υπόθεση της εικοσαεδρικής δομής του C 60 έως την ανίχνευση των φουλερενίων C 60 Η 60 στις σκοτεινές γωνιές του Γαλαξία μας……….»

Υπο-θέματα: α. Η υποθετική πολυατομική δομή του εικοσαεδρικού C 60 Η 60 (Eiji Osawa, 1965) ……… β. Η φασματοσκοπία μάζας πιστοποιεί την ύπαρξη πολυατομικών μορίων C με 60 ή περισσότερα άτομα C στη δομή τους. γ. Οι Kroto, Curl και Smalley, (Nobel Χημείας 1996), παρασκευάζουν τα φουλερένια στο εργαστήριο τα οποία αργότερα ανιχνεύονται με τη βοήθεια των lasers στη φύση. (εμπεριέχονται στον καπνό του φυσικού κεριού καθώς και στις ηλεκτρικές εκκενώσεις στην ατμόσφαιρα). δ. Εφαρμογή των φουλερενίων στις δομές των νανοσωλήνων και άλλων νανοϋλικών.

Τύποι φουλερενίων ανάλογοι των εφαρμογών α. πολυσφαιρικές δέσμες β. νανοσωλήνες γ. μεγασωλήνες δ. πολυμερή ε. νανο ¨κρεμμύδια¨ στ. δακτύλιοι φουλερενίων ζ. συνδυαστικές διμερείς μορφές πολύπλευρων σφαιρών και ανθρακικών αλυσίδων

Εφαρμογές φουλερενίων  στη Φυσική,  στη Χημεία,  στη Βιολογία,  στην Ιατρική και  στα λιπαντικά.

Δράση  Φορείς φαρμακευτικών δραστικών ενώσεων  Φωτοδυναμική θεραπεία με στοχευμένη κατάλληλη ακτινοβολία  Σύζευξη φουλερενίων με αλληλουχίες DNA  Υδατοδιαλυτά παράγωγα των φουλερενίων εμφανίζουν αντινεοπλασματική, αντιϊκή, αντιβακτηριδιακή, αντιοξειδωτική, νευροπροστατευτική δράση.  Υλικά κατασκευής νανορομπότ