LA NANOCIENCIA EN CONCRETO POLIAMIDICO

Polimorfos de cuarzo (nano materiales bidimensionales) para reproducir permanentemente la aceleración de reacciones con radiación luminosa.

Aceleración permanente de reacciones con radiación luminosa y n-materiales

Aceleración permanente de reacciones por radiación luminosa para controlar la contaminación ambiental.

n-materiales bidimensionales en estructuras de concreto para controlar la contaminación ambiental por radiación luminosa.

Iluminación natural sobre estructuras de concreto con n-materiales bidimensionales controlando la contaminación ambiental.

Control Permanente de la contaminación Ambiental por Radiación Lumínica

Contaminación Ambiental controlada por Radiación Lumínica

Radiación Lumínica controlando la Contaminación Ambiental

Radiación Lumínica regenerando el Medio Ambiente

Polimorfos

Anatasa Rutilo Brookita

Tanto la estructura del rutilo como la de la anatasa están basadas en un empaquetamiento

Cuarzo

SiO2

Etimología: Deriva del alemán "Quarz" antigua denominación de este mineral.

Clase: Silicatos

Subclase: Tectosilicatos

Grupo: de la sílice

Cristalografía:

Sistema y clase:

Cuarzo (a) bajo: Hexagonal 32

Cuarzo (b) alto: Hexagonal 622

Grupo espacial:

Cuarzo (a) bajo: P3221

Cuarzo (b) alto: P3121

Líneas de DRX (intensidades) d´s: 4.26(8) - 3.34(10) - 1.818(6) - 1.541(4) - 1.081(5).

Propiedades físicas:

Química: Es SiO2 pura con 46.7% de Si y 53.3% de O. El cuarzo presenta dos formas

Cuarzo a estable hasta 573º y Cuarzo b por encima de la misma.

Solamente es atacable por el bórax fundido y ácido clorhídrico.

Forma de presentarse: En cristales a veces de tamaños considerables, hexagonales, coronados por una pirámide trigonal. Estos cristales se pueden encontrar lo mismo aislados que maclados según tres importantes leyes: Delfinado, Brasil y Japón o en agrupaciones formando drusas o geodas. Suelen presentar los cristales inclusiones de otros minerales, agua o gases. También en granos irregulares o compactos.

Mineral del grupo IV (óxidos), según la Clasificación de Strunz, compuesto de dióxido de silicio (también llamado sílice, SiO2). No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal (romboédrico). Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático). Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes.

Génesis:

El cuarzo es el componente fundamental de muchos tipos de rocas, especialmente de las rocas ígneas ácidas, de ahí que sea tan frecuente y abundante, pero también en rocas sedimentarias y metamórficas por ser al mismo tiempo muy resistente.

La calcedonia es hidrotermal de baja temperatura, alrededor de los 120ºC, formándose cerca de la superficie.

Yacimientos en México:

Querétaro20° 35’ 34’’ Latitud Norte100° 23’ 34’’ Longitud Oeste M de G1,820 msnm

San Luis Potosí24° 29' y 21° 10' latitud norte 98° 20' y 102° 18' longitud oeste M de G1,860 msnm

Guanajuato19º 55’ 08’’ y 21º 52’ 09’’ latitud norte 99º 41’ 06’’ y 102º 09’ 07’’ longitud oeste M de G2,015 msnm

Empleo: Ampliamente utilizado en la industria de la óptica, en aparatos de precisión y científicos, para osciladores de radio, como arena se emplea en morteros y elaboración de concreto, como polvo en fabricación de porcelanas, pinturas, papel de esmeril, pastillas abrasivas y como relleno de madera. A diferencia de nuestra invención, que desarrollamos los materiales en su forma nanometrica, resaltando sus características al incorporarlos en la composite. [Los composites son materiales que están mezclados heterogéneamente y que forman un compuesto, como su nombre indica. Están compuestos por moléculas de elementos químicos

variados. Estos componentes pueden ser de dos tipos: los de cohesión y los de refuerzo. Los componentes de cohesión envuelven y unen los componentes de refuerzo (o simplemente refuerzos) manteniendo la rigidez y la posición de éstos. Los refuerzos confieren unas propiedades físicas al conjunto tal que mejoran las propiedades de cohesión y rigidez. Así, esta combinación de materiales le da al compuesto unas propiedades mecánicas notablemente superiores a las de las materias primas de las que procede. Tales moléculas suelen formar estructuras muy resistentes y livianas; por este motivo se utilizan desde mediados del siglo XX en los más variados campos: aeronáutica, fabricación de prótesis, astro y cosmonáutica, ingeniería naval, ingeniería civil, artículos de campismo.

El adobe, formado por arcilla y paja, es el composite más antiguo que conocemos y aún hoy se sigue utilizando en la construcción de viviendas. Macroscópicamente la arcilla (cohesión) se distingue de la paja (refuerzo), pero la mezcla heterogénea tiene unas propiedades mecánicas mejores que las de sus respectivos componentes individuales. Otro ejemplo claro lo podemos encontrar en los cimientos de los edificios: concreto con una matriz de acero corrugado, los innovadores cimientos de goma y muelles de Japón para amortiguar los terremotos (aislamiento sísmico). Los composites se utilizan en la industria aeroespacial y aeronáutica para aligerar el peso de la estructura y para el revestimiento de satélites, transbordadores y aviones.]

Esta página presenta los datos de nombres geográficos para Bajío en México, suministrada por la inteligencia militar de EE.UU. en formato electrónico, incluyendo las coordenadas geográficas y el nombre del lugar en diversas formas, latinos, caracteres romanos e indígenas, y su ubicación en la división administrativa de su respectivo país.

Zona metropolitana Queretaro20° 35’ 15’’ Latitud Norte100° 23’ 34’’ Longitud Oeste del Meridiano de Greenwich1,820 msnm

Nombre Completo: Bajío

Código Primario de País: MX (México)

Código de división administrativa de primer orden: 22 (Querétaro de Arteaga)

Código Fuente de Región: 1 (Las Américas/Europa Occidental)

Identificador Único de Lugar: -1661967

Identificador Único de Nombre: -2324722

Latitud en grados decimales: 21

Longitud en grados decimales: -101

Latitud en grados, minutos y segundos: 21° 00' 00" N

Longitud en grados, minutos y segundos: 10° 00' 00" W

Coordenadas Cartográficas Militares: 14QKJ9211123448

Referencia de Gráfica de Operaciones Conjuntas: NF14-07

Clasificación del Lugar: L (Lugar del tipo de área o localidad)

Código de Designación del Lugar: RGN (región)

Propiedades

Mineral del grupo IV (óxidos), según la Clasificación de Strunz, compuesto de dióxido de silicio (también llamado sílice, SiO2). No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal (romboédrico). Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático). Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes.

Propiedades piezoeléctricas

El cuarzo se conoce por sus propiedades piezoeléctricas: cuando se comprime se produce una separación de cargas eléctricas que genera a su vez una diferencia de tensión y, de manera recíproca, reacciona mecánicamente cuando se somete a un cierto Voltaje. Este efecto lo convierte en un elemento de gran utilidad para gran variedad de Transductores, desde encendedores o mecheros hasta altavoces.

Comportamiento resonante

Otra característica interesante de un cristal de cuarzo es su capacidad de presentar un comportamiento resonante. De la misma manera que un Péndulo o un columpio oscila con una Frecuencia propia si, tras darle impulso, se le deja moverse libremente, un cristal de cuarzo sometido a un estímulo eléctrico puede continuar vibrando a una cierta frecuencia (dependiente de la propia naturaleza del cristal), hasta perder ese impulso inicial. Si se mantiene el estímulo de manera periódica y sincronizada, tendremos una señal a una frecuencia extraordinariamente precisa, en lo que podría considerarse la contrapartida electrónica de un reloj de péndulo. Esta

aplicación es común en todo tipo de sistemas electrónicos como Relojes, Microprocesadores, y Osciladores.

Termoluminiscencia

La Termoluminiscencia es la capacidad de emitir luz cuando es calentado. Los rayos cósmicos procedentes del espacio producen cambios en la estructura cristalina del cuarzo que se acumulan con el tiempo. Cuando se calienta el cuarzo, la estructura vuelve a la normalidad, emitiendo luz. Cuanto más tiempo ha sido radiado, más luz emite el cuarzo. Al medir las longitudes de onda, y compararlas con elementos ya datados, se puede obtener el tiempo que ha estado expuesto a la intemperie. La técnica arqueológica de fechar cuarzo se le denomina Datación por termoluminiscencia.

Propiedades abrasivas

Se utiliza como abrasivo bajo el nombre de arena silícea, y se considera el abrasivo más usado por su bajo precio. Se lo emplea en la fabricación de lijas, discos o bloques, y, principalmente, en sistemas de abrasión por medio de un chorro de arena a presión.

Se presenta la síntesis y caracterización de nuevos materiales basados en la red de Titanio, Oxigeno, Cuarzo Rutilado, Óxidos minerales, la caracterización de des disoluciones solidas presentadas y su uso como elementos fotoactivos en la eliminación de la contaminación ambiental, Agua y Aire.

Dejamos para investigaciones posteriores el estudio de las propiedades eléctricas, cinemáticas, termodinámicas y mecanodinámicas, tribológicas, reológicas…

OBJETIVOS.

EL objetivo general del presente trabajo es la síntesis y caracterización de materiales en los sistemas Ti + O + Al + Ga + Fe + Cr + V + Nb + Ta. No obstante se pueden además destacar los siguientes objetivos concretos:

1. Síntesis de disoluciones sólidas con estructura de Rutilo.

Aunque, en general, el método de síntesis a utilizar en la preparación de las composiciones va a ser el denominado método cerámico, se optimizará el proceso de síntesis en alguno de los sistemas mediante el método sol-gel.

2. Caracterización estructural de las disoluciones sólidas con estructura de rutilo.En este punto, además de obtener información sobre los intervalos de composiciones en que se forman disoluciones sólidas con estructura rutilo en estos sistemas y su variación con Ia temperatura, suponiendo un mecanismo determinado y a partir de la evolución de los parámetros de celda unidad obtenidos mediante diferentes programas, se pretende mediante refinamiento con el metodo Rietveld determinar los cambios en el poliedro de coordinación que

constituye Ia estructura Rutilo, principalmente distancias de enlace y relacionar la deformación de los poliedros con el límite de formación de disolución sólida.

3. Evaluación de los factores a considerar en la predicción de formación de las disoluciones sólidas pretendidas, cuyas fases Límites presentan estructuras diferentes.

4. Ensayar la estabilidad de las disoluciones sólidas que contienen cationes Al, Ga, Fe y Cr con capa d Parcialmente ocupada en el seno de un vidrio, lo que permitiría una posible utilización como sistemas pigmentantes.

REDES CRISTALINAS.

Algunos óxidos con estructura Rutilo.

En la naturaleza el TiO2 se encuentra en forma de anatasa, rutilo y brookita, formas Polimórficas que son estables a presión atmosférica. R. Marchand y col. Prepararon una nueva forma de TIO2 a presión atmosférica al que denominaron TiO2 (B), a partir de la hidrólisis de K2T14O9 con HNO3 (0,3 M), que les condujo a una completa extracción del K. A alta presión se sintetizan dos polimorfos del TiO2, uno de ellos (α-TiO2) presenta la estructura del α-Pb02 (ortorrómbica), y el otro es una fase más densa del TiO2 que no se mantiene después de cesar la presión (5).

En la tabla se indican los sistemas de cristalización y parámetros de celda de las redes de los diferentes polimorfos del TiO2.

Datos estructurales de los polimorfos del TiO2.Polimorfo Celda unidad Parámetros de celda (°A)Rutilo Tetragonal a — 4,5937 c 2,9587Anatasa Tetragonal a — 3,785 c 9,515Brookila Ortorrómbica a= 5,4558 b=9,1819 c=5,1429TÍO2 (B) Monoclínica a 12.163(5) b = 3,735(2) c — 6,513(2) Β=107,29(5)α-T102 Ortorrómbica a=4,563 b=5,469 c=4,911

Los polimorfos anatasa, rutilo, brookita y α-Ti02 presentan una coordinación O:Ti6:3. El elemento estructural básico es, en todos los casos, un octaedro distorsionado quecomparte aristas con octaedros similares. Las estructuras difieren en el grado de distorsióndel octaedro básico y en el empaquetamiento de los octaedros. La forma de TIO2 sintetizadaa presión alta es más densa y presenta una coordinación O:Ti 8:4.

El TiO2 (B) tiene una estructura relacionada con la del ReO3. El menor bloque en laestructura de ReO3 contiene cuatro cadenas ReO3. El esqueleto tridimensional idealizado delTi02(B) está construido por subunidades semejantes que comparten vértices. La estructuraTiO2 (B) es menos compacta que las otras formas de dióxido de titanio. El volumen de unaunidad TiO2 (B) es 53,27 Å 3, para ei rutilo es 3 1,12 Å3, 32,20 Å3, para la brookita y parala anatasa 34.O2 Å3.

La transición de la fase rutilo a la fase ortorrómbica a-TiO2 empieza a 200 Kbar y parece ser debida a la compresión ejercida, que provoca la formación de esta fase considerablemente más densa. A presión atmosférica y temperaturas inferiores a 340°C, esta fase puede permanecer indefinidamente, pero a 550 °C se transforma de nuevo en rutilo.

La primera investigación de las estructuras anatasa y rutilo fue publicada por Vegard en 1.916. Estos estudios fueron realizados utilizando el método de ionización de Bragg.

En 1.926 estas estructuras se determinaron utilizando el método Debyc-Scherrer.

Posteriormente Greenwood y Tokody, confirmaron los resultados de Vegard para el rutilo y Huggins (11) verificó los resultados para anatasa y rutilo. Legrand y Delville en 1.953 determinaron los parámetros de Ia red dei rutilo. Estas primeras investigaciones establecieron definitivamente Ias estructuras de estas formas de dióxido de titanio, pero no eran lo suficientemente precisas para permitir un estudio detallado de pequeñas diferencias entre las dos estructuras. T. Cromer y K. Herringlon, en 1.954 determinaron las estructuras cristalinas de anatasa y rutilo con mayor precisión. En 1.956 V. Werner y H. Baur redeterminaron tanto parámetros de celda como parámetros atómicos.

Dado que las temperaturas a las que se van a sintetizar las diferentes composiciones serán superiores a los 1.000 °C, la estructura rutilo será para nuestros propósitos la más importante, por lo que se describirá con más detalle.

La estructura rutilo, tetragonal (figura 3.1)

recibe su nombre de uno de los polimorfos del TiO2 y se conoce también como estructura de la casiterita (Sn02). El empaquetamiento de los átomos de oxígeno en la estructura rutilo provoca

una distorsión considerable del empaquetamiento hexagonal de máxima compacidad, dando una estructura tetragonal.

La estructura está formada por cadenas de octaedros TiO6 en que cada ión titanio estárodeado por seis oxígenos que forman un octaedro ligeramente deformado. Cada octaedro comparte un par de aristas opuestas (figura 3.2)

que a su vez se unen por compartición de vértices dando lugar a una estructura tridimensional de coordinación 6:3. En esta estructura cada oxígeno tiene tres vecinos coplanarios, y todas las distancias Ti - Ti entre centros de octaedros a lo largo de una cadena son iguales.

Esta estructura pertenece al grupo espacial P42/mnn y en ella sólo se usan Ias posiciones especiales para acomodar a los átomos, quedando vacías las posiciones generales. El titanio se situa en los vértices y centro ocupando las posiciones 2 (a), fijas en este grupo, mientras que el oxígeno, que ocupa Las posiciones 4(f) tiene un parámetro variable, x, que debe determinarse experimentalmente. Los refinamientos de esta estructura cristalina dan un valor de x = 0,3048 para el TiO2 (6).

Existen dos tipos de distancias Ti-O como consecuencia de las posiciones atómicas.

Tomando el Ti en (1/2,1/2,1/2), los cuatro oxígenos situados en las caras superior e inferior (posiciones ±(x, x, 0) y ± (x, x, 1)) están a la misma distancia, mientras que Ia distancia Ti-O es mayor en los situados en ±(1/2+x, 1/2-x, 112). También hay dos distancias Ti-Ti en esta estructura, una corresponde al parámetro “c”, distancia entre titanios de la misma cadena por ejemplo entre (0, 0, 0) y (1, 1, 1), y Ia otra entre titanios de diferentes cadenas, por ejemplo entre el titanio que ocupa el centro de Ia celda (1/2, 1/2, 1/2) y cualquiera de los que ocupan los vértices (0, 0, 0).

DISOLUCIONES SOLIDAS.

Tipos de disoluciones sólidas.

Las denominadas disoluciones sólidas, son habituales en los materiales cristalinos y básicamente, se trata de una fase cristalina que puede presentar composición variable. Esta posibilidad tiene interesantes implicaciones en el diseño de nuevos materiales con propiedades específicas, ya que en función del binomio estructura-composición se pueden conseguir unas propiedades concretas, tales como conductividad, ferromagnetismo.

Para un sistema determinado no es posible en general, predecir si se formarán disoluciones sólidas, y en el caso de que se formen su extensión, por lo que necesariamente las disoluciones sólidas han de estudiarse experimentalmente.

Los tipos más sencillos de disoluciones sólidas son dos: sustitucionales e intersticiales. En las disoluciones sólidas sustitucionales, el átomo o ion que se introduce sustituye a otro átomo o ion de Ia misma carga en Ia estructura huésped; mientras en el caso de las disoluciones sólidas intersticiales, las especies introducidas ocupan una posición que normalmente está vacía en la estructura cristalina, con lo que no salen fuera de ella átomos o iones.

A partir de estos dos tipos básicos, pueden desarrollarse una considerable variedad deMecanismos de disoluciones sólidas más complejos, porque se presenten conjuntamente los dos mencionados y/o al introducir iones de carga diferente a los que inicialmente se encuentran en la estructura huésped.

Para Ia formación de disoluciones sólidas sustitucionales sencillas en un intervalo de composiciones deben satisfacerse unos requisitos mínimos. Así, los iones que sustituyen a los primitivos deben tener la misma carga (en otro caso, se crearían vacantes o posiciones intersticiales) y un tamaño bastante similar.

En sistemas en los que se presenta formación de solución sólida en todo el intervalo de composiciones, las dos fases extremas deben ser isoestructurales, No obstante, la idea opuesta no es necesariamente verdadera, ya que aunque dos fases sean isoestructurales, de ello no se desprende que sean miscibles ente sí. Así, por ejemplo, UF y CaO presentan ambos estructura de sal común y no son miscibles entre sí (es decir, no reaccionan para formar disoluciones sólidas) en el estado cristalino. En general, únicamente se presentan disoluciones sólidas en un intervalo completo en casos propicios, tal como el sistema A1203-Cr203 a temperaturas altas (32), siendo bastante más frecuente tener intervalos parciales o limitados de disoluciones sólidas. En tales situaciones, Ia condición anteriormente mencionada, respecto a que las dos fases extremas deben ser isoestructurales no debe cumplirse. Un ejemplo de disolución sólida parcial es el que presentan el minerai forsterita, Mg2SiO4 (con estructura de olivino) y la willemita, Zn2SiO4, para composiciones próximas a ambas fases extremas (33).

También se observa que en el caso de que los iones que participan en la sustitución difieran considerablemente en tamaño, es usual que un ion sea sustituido por uno más pequeño, pero es mucho más difícil lo inverso, es decir, que un catión sea sustituido por otro más grande. En general, muchos tipos de átomos o iones participan en Ia formación de disoluciones sólidas sustitucionales. Por ejemplo, los silicatos y germanatos, que frecuentemente son isoestructurales; Los elementos lantánidos que, por ejemplo, en sus óxidos debido a la similitud de tamaño dificultan extraordinariamente su separación; algunos aniones, por ejemplo, en los sistemas AgCI-AgBr, BiOI-BiOBr-BiOCI, CdS-CdSe, aunque no son tan comunes como en el caso de los cationes debido probablemente a la carencia de pares de aniones que tengan un tamaño similar y a su vez requerimientos parecidos de enlace/coordinación.

Las disoluciones sólidas intersticiales se presentan ampliamente en metales, formándose la solución al entrar pequeños átomos; tales como: H, C, B, N... etc.; A ocupar posiciones intersticiales vacías dentro de la estructura huésped del metal.

Un ejemplo muy conocido es el del Pd metálico, que posee una gran capacidad para “atrapar’ volúmenes grandes de hidrógeno gas, siendo el hidruro producto una disolución sólida intersticial de fórmula PdH, siendo O ≤ x ≤ 0,7, y ocupando los átomos de hidrógeno posiciones intersticiales de la estructura metálica cúbica centrada en las caras de Pd. Aunque aún existe cierta incertidumbre sobre si el Hidrógeno ocupa posiciones octaédricas o tetraédricas, lo que si parece claro es que las posiciones ocupadas pueden depender de Ia composición x.

Desde el punto de vista tecnológico, la disolución sólida intersticial más importante es posiblemente la de carbono ocupando posiciones octaédricas de Fe cúbico centrado en las caras.

Cuando la sustitución de cationes se produce entre cationes de carga diferente, hay cuatro posibilidades:

-Sustitución por cationes de valencia más alta:a) vacantes canónicas,b) aniones intersticiales.

-Sustitución por cationes de valencia más baja:c) vacantes aniónicas,d) cationes intersticiales.

a) En el caso de que el catión a sustituir en la red huésped tenga una carga menor que el catión que sustituye, se deben producir cambios adicionales para poder mantener Ia electro neutralidad. Uno de estos mecanismos posibles es crear vacantes catiónicas,

b) El otro mecanismo por el que un catión puede sustituirse por otro de carga mayor es la creación de aniones intersticiales.

c) Si el catión a reemplazar tiene una carga mayor que el que lo sustituye, para mantener el balance de cargas deben crearse vacantes aniónicas o cationes intersticiales.

d) El mecanismo alternativo al anterior es la creación de cationes intersticiales al sustituirse los cationes por otros de menor carga.

Existen casos en los que se realizan simultáneamente dos sustituciones. Así, por ejemplo, en olivinos sintéticos, se pueden sustituir simultáneamente Mg por Fe y Si por Ge, para dar la disolución sólida (Mg2-xFex)(Si-yGey)O4. Un ejemplo en el que se producen sustituciones tanto del catión como del anión son el bromuro de plata y el cloruro sódico que forman una disolución sólida en todo el intervalo de composiciones y que podemos expresar por: (Agi1-xNax)(Br1-y Cly), siendo O ≤ x ≤ 1.

En el caso de que los iones sustituyentes sean de diferente carga se puede producir disolución sólida en iodo el rango de composiciones, pero manteniendo la electro neutralidad del conjunto, como se presenta en los feldespatos plagioclasas, formando disolución sólida en el intervalo completo entre anortita, CaAI2S12O8, y albita, NaAlSi3O8.

Método del polvo cristalino.

En el método de polvo se utiliza un material poli cristalino que está formado por diminutos cristalitos distribuidos , en principio, al azar en todas Ias orientaciones posibles.

Este polvo cristalino se irradia con una radiación monocromática y siempre habrá cristalitos en Ia posición adecuada que satisfagan la ley de Bragg. Es como si un mono cristal se rotase en codas las posiciones posibles.

El método de polvo fue ideado en 1.9 16 por P. Debye y P. Scherrer en Alemania, e independientemente por Hull en EE.UU. Es un método de enorme utilidad en Ia identificación de materiales sólidos cristalinos y en el estudio de su comportamiento frente a diferentes agentes (temperatura, composición, etc.) y aunque presenta limitaciones en el análisis estructural, es de gran utilidad en los casos en que no se puede disponer de mono cristales lo suficientemente grandes como para estudiarlos aisladamente. Así, muchos minerales y materiales artificiales de enorme interés (metales, cerámicos, etc.) difícilmente desarrollan mono cristales, presentándose en general en forma de agregados poli cristalinos.

Por otra parte, la forma en que tiene lugar la difracción en el método de polvo pone de manifiesto algunas de sus cualidades, que compensan Ias limitaciones en el análisis de La estructura cristalina, entre las que se pueden citar:

a) La facilidad de preparación de la muestra sin necesidad de una previa orientación.b) Todo el registro de Ia difracción puede realizarse en una sola experiencia.

c) Proporciona una medida precisa de los espaciados reticulares

El método también se puede aplicar a la determinación del índice de cristalinidad, análisis cuantitativo de fases cristalinas en mezclas y con muchas limitaciones permite conseguir información sobre el poder reflectante del material. En realidad, para obtener el valor preciso de la intensidad (I) relativa, es necesario tener en cuenta varios factores geométricos y físicos, que dependen del método específico utilizado o están relacionados intrínsecamente con el fenómeno de difracción.

Los factores que afectan a la intensidad son: factor de Lorentz - polarización, factor deMultiplicidad, factor de temperatura, absorción, extinción primaria, extinción secundaria,Doble reflexión.

EspectroscopIa UV-V ( Reflectancia difusa )

La reflexión denominada “difusa” designa el reflejo de los rayos por Ias superficies mates. Es una teoría antigua elaborada en Alemania. La reflexión difusa se utiliza extensamente a causa de su aplicación en Ia industria en general.

La simplicidad del método ha estimulado su desarrollo en numerosos campos tecnológicos como la química orgánica, la industria cerámica, la industria alimenticia y biológica, materiales de construcción, petróleo, pinturas, pigmentos y esmaltes, papeles, textiles y vidrios.La hipótesis fundamental es la ley de Lambert, donde la intensidad del rayo emitido por una superficie mate no absorbente es, para todas las longitudes de onda: Io

B = — cos α cos θ (wat. /Ω cm2) π

dónde: Io es Ia intensidad incidente, siguiendo la normal, α el ángulo de incidencia, θ Iadirección del rayo de reflexión difusa.

Esta fórmula no ha sido demostrada teóricamente, sino verificada experimentalmente y exige que el rayo reflejado se reparta sin ninguna dirección privilegiada. Otros autores proponen diferentes hipótesis y teorías, entre las cuales, la teoría más general fue desarrollada por Kubelka y Munk.

Las aplicaciones de la teoría de la reflexión difusa son muy numerosas en el campo de Ia química mineral. EI método permite:

1. Determinar con precisión la estequiometria de compuestos sólidos obtenidos por reacción de adición sólido más sólido.

2. Confirmar si las especies presentes en disolución, e identificadas por todos los otros medios físicos posibles, son idénticas en el sólido que ha sido cristalizado a partir de la disolución y sometido a análisis elemental y radio cristalográfico.

3. Obtener un espectro de absorción de sustancias inestables en disolución o insolubles que revele datos importantes para la química teórica, como los niveles electrónicos.

4. Estudiar el espectro de absorción de moléculas absorbidas sobre diversas superficiesactivas.

5. Obtener análisis cuantitativos con la utilización de Ia función Kubetka - Munk.

EI TiO2 RUTILO.

El TiO2, presenta varios polimorfos. El TiO2 rutilo es un material importante con aplicaciones diversas en pigmentos, la industria de la construcción, electrónica y electroquímica. Existe una amplia información bibliografica sobre preparación de compuestos basados en la red del rutilo y formados por dopado de la estructura con cationes de valencia diferente, lo que provoca un aumento de la conductividad electrónica y que pueda utilizarse como material electródico. El uso del TiO2 como pigmento se debe a su excepcionalmente alto índice de refracción en la zona visible del espectro. Además, aunque los cristales grandes son transparentes, Ias particulas finas dispersan tanto la luz que pueden usarse para producir películas de gran opacidad.

En la fabricación de TiO2 se produce anatasa o rutilo dependiendo del proceso empleado. Debido a su ligeramente mayor índice de refracción, el rutilo presenta una mayor opacidad y la mayoría del TiO2 producido exhibe esta forma cristalina.Desafortunadamente Las formas de rutilo que se encuentran en la naturaleza son coloreadas debido a las impurezas que le acompañan.

Esta parte de la innovación tiene como finalidad la síntesis y caracterización del TiO2 en su variedad rutilo, en las condiciones experimentales que posteriormente utilizaremos en el estudio de otros sistemas, con objeto de tener estos resultados como referencia.

Obtención de TiO2 rutilo.

El TiO2 (rutilo) fue obtenido por el método tradicional cerámico (CE) y por un proceso sol - gel vía polimérica (GP).

Método cerámico (CE).

En este método de síntesis, los materiales de partida se mezclan y homogeneizan en un molino planetario de bolas, en medio acetona. Posteriormente, se secan las muestras en estufa y se calcinan en un horno eléctrico a diferentes temperaturas y tiempos de retención. Las muestras tras cada calcinación se extraen del homo y se re molturan con el fin de obtener superficies nuevas que faciliten los procesos de difusión y de esta forma alcanzar más fácilmente el equilibrio de reacción.

En este caso únicamente se intentaba obtener el TiO2 con estructura rutilo, por tanto se partió de TiO2 (anatasa) químicamente puro y se le realizó el siguiente tratamiento térmico (1): 600°C / 12 h, 900°C /12 h, 1.000 °C / 24 h, 1.100°C / 24 h, 1.200°C/24h, 1.300°C/24hy 1.400°C/24h.

Se muestra el esquema de trabajo.

Esquema del método cerámico.

Dosificación de los componentes a Ia diezmilésima de gramo

(Calculado para 10 gramos de muestra total)

Mezclado y homogeneización con acetona

(Molino de bolas, 15 min.)

Evaporación de acetona en estufa

(90°C)

Tratamiento térmico

Método gel polimérico (GP).

En este proceso, a partir de la hidrólisis controlada de precursores (principalmente alcóxidos) se obtiene un gel que, tras un tratamiento térmico adecuado, nos conduce al material deseado.

En este caso, se utilizó como precursor el isopropóxido de Ti (IV) del 98 % de púreza, etanol absoluto ( 54 cc) como medio dispersante y HNO3 como catalizador en Ias relaciones molares.

Procedimiento seguido.

Esquema de método gel polimérico.

Disolución de HNO3 (3M)en EtOH (54 cc)

Adición de isopropóxido de Ti (IV)

Relaciones molares:

alcóxido: H20 1:5

alcóxido: H⁺ 1:0,3

Gelificación

Secado

Tratamiento térmico

El gel obtenido de esta forma ( gelificación muy rápida. instantánea), se separó en tres fracciones sometiendo cada una de ellas a un secado diferente. La primera se secó rápidamente en estufa a 100 °C (E), la segunda se dejó secar al aire (A) y la tercera porción se sometió a un secado más lento (L) en el que se tapó la cápsula de porcelana que contenía al gel, dejando unos pequeños orificios que se incrementaban cada día, para evitar que el secado se produjese únicamente en Ia capa superior. Cada una de estas tres porciones se sometió a dos tratamientos térmicos diferentes: el primero (II) incluye calcinaciones a 300°C/12h,400°C/ 12h,500°C/ 12h, 600°C/ 12h,700°C/ 12h,750°C) 12h, 800 °C / 12 h, 900 °C / 12 h y 1.000 °C 112 h, y el segundo (Ill) es una calcinación a 1.000 °C/ 12h directamente.

Método de síntesis y tratamiento dado a cada muestra.

Condiciones de preparación del TiO2 rutilo.

Muestra Método de Secado Tratamiento Síntesis Térmico1 CE E I

2 GP E II

3 GP E III

4 GP A II

5 GP A Ill

6 GP L II

7 GP L III

Método de síntesis: (CE): Cerámico, (GP): Gel polimérico;

Secado: (E): en estufa, (A): al aire, (L): lento;

Tratamiento térmico: (1): 600 °C/12 h. 900 °C/12 h, 1.000 °C/24 h, 1.100 °C/24 h, 1.200 °C/24 h, 1.300 °C/24 h y 1.400 Cf24 h.; (II): 300 °C/12 h, 400 °C/12 h, 500 °C/12 h. 600° C/12 h, 700 °C/12 h, 750 °C/12 h, 800 °C/12 h, 900 °C/12 h y 1.000 0C/12 h; (III):1.000 °C/12 h.

El futuro de la humanidad dependerá de tener instrumentos útiles en nuestro trabajo, tecnología, ocio y vida cotidiana. Estos instrumentos se fabricarán con materiales adecuados. Por razones prácticas (propiedades mejoradas y modulables) y energéticas, se tenderá a minimizar el tamaño de los artilugios.

Para alcanzar estos objetivos serán fundamentales los avances científicos y tecnológicos en nanociencia, en la que la química tiene mucho que aportar en el diseño, preparación y caracterización de nanomateriales.

La nanociencia y sus aplicaciónes (nanotecnología) es un áreas de la ciencia de los materiales que aborda el estudio de objetos (una nanopartícula, NP) en escala nanométrica (orden de escala de centenares de nanometros, nm, 1 nm = 10-9). Ya existen numerosas aplicaciones industriales de los nanomateriales, con más de 1000 productos en el mercado que contienen nanopartículas (NPs), desde productos de cosmética a material deportivo. Esta es un área de negocio con un desarrollo muy amplio y unas excelentes perspectivas de futuro.

Actualmente existen muchos materiales nanoparticulados, especialmente derivados de metales de transición, como el oro, los óxidos de hierro, el dióxido de titano, el óxido de zinc o el paladio, que se están aplicando en diversas investigaciones en fase académica, tales como la catálisis, transferencia energética, materiales magnéticos, etc. Otras aplicaciones prácticas de la nanotecnología serán en el desarrollo de equipos pequeños para monitorización (ambiental, salud, etc.) o en la fabricación de nanocápsulas para transporte de fármacos. Se podrán liberar fármacos en los órganos adecuados del paciente sin afectar a otras partes del cuerpo. Las nanocápsulas podrán dirigirse al sitio adecuado, por ejemplo usando materiales magnéticos.

Uno de los objetivos de la nanociencia es obtener NPs con estructuras determinadas (a medida) que se puedan correlacionar con las propiedades, lo que es importante para el diseño de nanomateriales con propiedades definidas (“materiales a medida”, “tailored’). Para alcanzar este objetivo se ha intentado combinar las propiedades de NPs de diversos tipos. Se ha empleado la mezcla física de las mismas, pero el resultado no ha sido satisfactorio. Se piensa que la combinación química de NPs puede ser un método más adecuado, pues permitiría combinar diferentes NPs a voluntad, con propiedades mejoradas (efecto sinérgico), con mayor control de la estructura del material, y mayor estabilidad.

En el último número de ACS Nano (2012, volumen 6, número 1) se publica un articulo (Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318) en el que se ha diseñado una estrategia para la obtención de NPs híbridas formadas por la combinación de óxidos de wolframio (WO3) y titanio (TiO2) a través de reacciones de [3+2] de alquinos con azidas (reacción de Huisgen) que ha sido convenientemente actualizada por Sharpless (Premio Nobel de Química en 2001 por el desarrollo de métodos de síntesis asimétrica a través de reacciones de oxidación) como uno de los métodos preferido para realizar la click chemistry; y que ha sido ampliamente usada en múltiples aplicaciones, desde la biomedicina a la ciencia de los materiales.

En esta investigación, los óxidos nanoparticulados (WO3 y TiO2) son modificados con ligandos orgánicos con funcionalidad azida y alquino, respectivamente y se hacen reaccionar por el método desarrollado por Sharpless.

(De Hamers y col, ACS Nano 2012, 6, 310-318)

Los óxidos metálicos nanoparticulados, como el WO3 y el TiO2, son capaces de facilitar la separación y transferencia de carga promovidas por radiación lumínica. Esta propiedad hace que estos materiales sean muy atractivos para producir células fotovoltaicas, adecuados para fabricar paneles solares. Otra aplicación de estos nanomateriales es en fotocatálisis, es decir la aceleración de reacciones químicas por la radiación luminosa.

La posibilidad de mezclar varios tipos de óxidos metálicos nanoparticulados puede proporcionar mejores materiales para lograr estos objetivos. El trabajo descrito en ACS Nano describe la síntesis y caracterización de estos materiales y comprueban mejoras en las propiedades de los materiales híbridos en comparación con las NPs individuales, entre ellas, una eficaz transferencia de carga promovida por la luz y eficiente degradación fotoquímica del colorante azul de metileno.

Aunque las aplicaciones prácticas de esta investigación son evidentes, no hay que olvidar que es aún investigación básica; se están poniendo los cimientos para que en poco tiempo se puedan realizar aplicaciones tecnológicas. Otro aspecto importante de esta investigación es que se han desarrollado materiales con los que se pueden estudiar procesos básicos en ciencias físicas y químicas, como son entender procesos de transferencia electrónica e interacción de la luz con la materia.

DIOXIDO DE TITANIO

Elemento químico, Ti, de número atómico 22 y peso atómico 47.90. Mientras que su comportamiento químico muestra muchas semejanzas con el del silicio y el zirconio, como un elemento del primer grupo de transición, la química de la solución acuosa, especialmente de los estados de oxidación más bajos, tiene algunas semejanzas con la del cromo y el vanadio.

El principal estado de valencia es 4+, aunque también se conocen los estados 3+ y 2+, que son menos estables. El elemento arde al aire cuando se calienta para obtener el dióxido, TiO2, y cuando se combina con halógenos. Reduce el vapor de agua para formar el dióxido e hidrógeno, y reacciona de manera parecida con ácidos concentrados calientes, aunque forma el tricloruro con ácido clorhídrico. El metal absorbe hidrógeno para dar composiciones aproximadamente de TiH2, y forma el nitruro, TiN, y el carburo, TiC. Se conocen el sulfuro TiS2, así como los óxidos más bajos, Ti2O3 y TiO, y los sulfuros Ti2S3 y TiS. Se conocen sales de los tres estados de valencia.

El dióxido de titanio, TiO2, se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la broquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio.

El dióxido de titanio se utiliza mucho como un pigmento blanco en pinturas exteriores por ser químicamente inerte, por su gran poder de recubrimiento, su opacidad al daño por la luz UV y su capacidad de auto limpieza. El dióxido también se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia al ácido.

Los titanatos alcalinotérreos poseen algunas propiedades notables. El nivel de constantes dieléctricas fluctúa entre 13 para el MgTiO3, y varios miles para soluciones sólidas de SrTiO3 en BaTiO3. El titanato de bario también tiene una constante dieléctrica de 10.000 cerca de los 120ºC (250ºF), que es su punto Curie; posee histéresis dieléctrica baja. Los transductores cerámicos que contienen titanato de bario se comparan

favorablemente con la sal de Rochelle y el cuarzo, respecto a la estabilidad térmica en el primer caso, y la fuerza del efecto y la capacidad para formar la cerámica en varias formas en el segundo caso. El compuesto se ha utilizado como generador de vibraciones ultrasónicas y como detector de sonidos.

El dióxido de titanio está presente en nuestro Estado de Querétaro de forma natural, de manera que se obtiene directamente de minas o yacimientos de arena, yacimientos en donde se localizan los Ópalos, Cuarzo. En general, no es puro, con lo que hay que eliminar otros compuestos con los que está mezclado, pero es relativamente barato extraerlo. El Recurso Mineral No Metálico, del que más comúnmente se obtiene es el Rutilo, que tiene una apariencia muy peculiar.

El dióxido de titanio tiene tres propiedades fundamentales que lo hacen muy útil: muchos compuestos químicos tienen una característica que los hace útiles, pero el TiO2 los supera Exponencial, Aritmética y Geométricamente.

El Dióxido de titanio es de las substancias químicas más blancas que existen y son abundantes en la naturaleza, más del 90.0 % en todo el mundo, concentrado en sólo algunos países. Refleja prácticamente toda la radiación visible que le llega y mantiene este color pase lo que pase a través de los años el Dióxido de Titanio permanece en constante reacción indefinidamente, conservando y mejorando sus propiedades. La NASA ha determinado este elemento como el futuro de la energía y la defensa contra la polución.

Pero sus propiedades ópticas no terminan aún: es una de las substancias con un índice de refracción más alto (2.4, como el diamante), incluso pulverizado o mezclado con otras cosas. Y por la misma razón, es muy opaco. Nos sirve para proteger algo de la luz del sol: el TiO2 refleja prácticamente toda la luz, incluso ultravioleta, y la que no refleja la absorbe…no deja pasar nada. El factor térmico “R” nos ofrece muchas perspectivas más interesantes: controlar el clima al interior de la vivienda.

Tiene otra propiedad fundamental para nuestro futuro: es un fotocatalizador de forma natural. Esto quiere decir que acelera mucho las reacciones químicas provocadas por la luz. El TiO2 permite producir y reproducir el fenómeno de la fotosíntesis. Nos ofrece muchas ventajas: no se contamina tanto al producir el concreto ni al depositarse en los moldes. Es mucho más barato que cualquier otro elemento propuesto para combatir la contaminación ambiental y además funcionan muy bien a cualquier temperatura y sin luz solar directa.

COMPOSICIÓN DEL PRODUCTO

Los productos derivados de TiO2 son inertes, no reaccionan con otros

materiales, no son inflamables ni tóxicos.

LIMITACIONES DEL PRODUCTO

No existe ninguna barrera ni reglamentos que pudieran impedir su

aceptación. Existen muchos productos resistentes a la luz ultra violeta (UV) los cuales evitan

e interfieren en el inicio de la reacción foto catalítica.

Las normas y reglamentos en lo relativo a la protección de la salud en el

uso del Dióxido de Titanio son suficientes para proteger a los trabajadores que se

encuentren expuestos al producto.

La mayoría de los componentes químicos que conforman el proceso

Fotocatalítico son benignos. Sin embargo, podría incluir algunos subproductos de

determinadas reacciones químicas como nitratos de calcio, carbonatos y sulfatos, que en su

mayoría son simples sales que serán diluidas y limpiadas con tan solo un poco de lluvia.

Recuerde, tenemos en la discusión central Estructuras de Concreto que se limpian solas.

Propiedades Especiales:

Descomposición de agentes contaminantes. (NOx, SOx, COx.)•Auto limpieza de la superficie por medio de los elementos liberados. (H, HO, O)•Eliminación de agentes bacteriales, virales y patógenos.•Ambiente libre de contaminantes en el interior de la vivienda. •Efecto Foto Catalítico en constante y permanente acción. Eliminando materia orgánica volátil. •Adecuado tratamiento de Rayos UV. Alta reflexión de rayos solares.

•Inhibe la corrosión y descomposición en ambiente húmedo.•Vida útil proyectada a más de 30 Años.

•Tratamiento adecuado en la disposición final de compuestos orgánicos e inorgánicos bajo luz solar o artificial.

•Adecuado para zonas interiores mejorando las condiciones ambientales.

•La descomposición y eliminación de gases contaminantes en el medio ambiente mejora notablemente el aire en interiores reduciendo la necesidad de equipos especiales y optimizando el uso de aire acondicionado. Su eficiente utilización de la luz solar y excelente reflexión ofrece un ahorro de energía.

•Genera un ambiente limpio en interiores permitiendo mejor calidad de salud por purificación de aire y limpieza.

OXIDO DE SILICE

El óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) es un compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice. Es uno de los componentes de la arena. Una de las formas en que aparece naturalmente es el cuarzo.

Este compuesto ordenado espacialmente en una red tridimensional (cristalizado) forma el cuarzo y todas sus variedades. Si se encuentra en estado amorfo constituye el ópalo, que suele incluir un porcentaje elevado de agua, y el sílex.

General

Nombre: Dióxido de silicio

Fórmula química SiO2

Otros nombres: Sílice

Fórmula semidesarrollada: SiO2

Fórmula molecular: n/d

Propiedades físicas

Estado de agregación: sólido

Apariencia: transparente

Densidad: 2634 kg/m3; 2,634 g/cm3

Punto de fusión 1986 K (-271,164 °C)

Punto de ebullición 2503 K (-270,647 °C)

Estructura cristalina: Cuarzo, cristobalita o tridimita

USOS

El óxido de silicio (IV) se usa, entre otras cosas, para hacer vidrio, cerámicas y cemento.

El gel de sílice es un desecante, es decir que quita la humedad del lugar en que se encuentra.

Usos en las pinturas y tintas:

El dióxido de silicio se utiliza principalmente en las pinturas y recubrimientos para control de las características reológicas, como agente tixotrópico, como contraria a la solución de agente y para ayudar en la prevención de la oxidación y corrosión.

También tiene sus usos en las industrias alimenticia y farmacéutica.

Los siguientes reportes de laboratorio muestran el comportamiento mecánico del concreto adicionado con las poliamidas aromáticas.

No considero adecuado ni necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en esta materia comprenda el alcance de nuestra invención y las ventajas que de la misma se derivan.

Los términos en los que se redacta esta memoria deberán ser tomados siempre en el más amplio sentido y nunca de manera limitativa.

Los materiales, su incorporación aleatoria en la matriz, el mezclado, traslado, encofrado y disposición final en elementos estructurales, no estructurales, estéticos y ornamentales serán susceptibles de variaciones en el resultado siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención, que reivindico a continuación: