• • Sustancias que nos permiten fabricar objetos. Tipos:

1. Naturales: Se obtienen directamente del medio ambiente sin transformación de su naturaleza primaria: madera, rocas, algodón, lana, resinas…

2. Transformados: Sufren algún tipo de elaboración para su utilización: queroseno, papel, ovillo lana…

3. Sintéticos : Fabricados de forma artificial por el hombre por procesos químicos industriales: 1860.

4. Reciclados: Obtenidos a partir de objetos del mismo material pero transformado: vidrio, papel, acero…

MATERIALES: CLASIFICACIÓN MATERIALES: CLASIFICACIÓN

5.- UN METAL NO ES PARA SIEMPRE 5.- UN METAL NO ES PARA SIEMPRE

• Fáciles de combinar y formar aleaciones que potencian sus propiedades.

• Abundantes, rígidos y maleables.• Conducen el calor y la electricidad.

VENTAJAS DE LOS METALES

Maleable: “Yunque de sueños” Chillida

INCONVENIENTES DE LOS METALES

Acero fundido

• Se oxidan: vuelta al estado en la naturaleza• La corrosión dependerá del material, de la

forma y del ambiente en el que se encuentre.• Pocos se encuentran en estado puro y lo

normal es oxidado o con sulfuros. Gasto elevado en la conservación maquinaria

Antigua resistencia enmarcada en cerámica

6.- CERÁMICA6.- CERÁMICA• Materiales inorgánicos con baja ductilidad al

contacto con fuerza, baja dureza (rayarse) y fragilidad (fácil rotura), pero alto punto de fusión.

• Tipos:A. Tradicional: Alfarería y construcción: Arcillas, limosB. Alta tecnología: Vidrios, superconductores como el

YBa2Cu3O7 y material para componentes electrónicos.

Condensador

Vulcanizar: EBONITACalentar caucho con Azufre y carbonato de plomoCh. Goodyear 1839.Mayor dureza y elasticidad

Fruto del algodón: Casi 100 % de celulosa: Macromolécula de glucosa

7.- POLÍMEROS7.- POLÍMEROS• Macromoléculas formadas por monómeros• Tipos:A. Naturales: Forma parte del ser vivo/produce

a) Animal: Seda, queratina, quitina…b) Vegetal: Celulosa, almidón, ambar…

B. Semisintéticos ó de transformación: Se obtienen por modificación química de los anteriores: caucho vulcanizado.

C. Sintéticos: A partir de monómeros NO naturales: La mayoría de los plásticos.

Semisintéticos

Sintéticos: componentes del cicle

Alexander Parkes

A

SEMISINTÉTICOS

Exposición Internacional (Londres 1862) dónde se presentó la parkesina

• Ya se conocía el vulcanizado del caucho (1839).• Se buscaba una sustancia semisintética más barata.• Trabajando con nitrocelulosa y aceite de ricino.• Lo presentó y patentó en la Exposición Internacional de Londres y lo usó para peines, cajas, plumas, mangos• Era opaco, flexible, resistente al agua, coloreable y de fácil trabajo como los metales.• Resultó ser más caro y de baja calidad.•¿ Vendió la patente a Hyatt?

POLÍMEROSPOLÍMEROS

• Primer plástico sintético termoestable a partir del fenol y del formaldehido.• Era un plástico duro, resistente a la temperatura, al agua y disolventes. Además no conducía la electricidad.• Colaboró en el gran desarrollo en la industria eléctrica, la telefonía y en la del radio, se usó para fabricar los armazones. • Se le sigue usando para los mangos de las cacerolas que en las cocinas se exponen al fuego.

En 1909 el belga Leo Baekeland sintetizó la bakelita

DESCUBRIMIENTO DEL PLÁSTICODESCUBRIMIENTO DEL PLÁSTICO

•

8.- MATERIALES: COMPOSITES 8.- MATERIALES: COMPOSITES

1. Composites: Materiales formados por dos compuestos diferentes que no reaccionan entre si y sus propiedades difieren a las de sus integrantes.

2. Elemento resistente le proporciona fuerza y la matriz los une

1. Tapial: Barro y paja

2. Fibras de plástico y titanio.

EJEMPLOS DE COMPOSITESEJEMPLOS DE COMPOSITES

Casas en pueblo de Castilla con tapial y adobe

Pueblo iraní. Casas en tapial

Palacio de Ebla en Siria 3000 a.C. con tapial

• Egipcios con tapial y adobe (arcilla y paja)

COMPOSITES EN ESTRUCTURASCOMPOSITES EN ESTRUCTURAS• Además de hormigón, vidrio y polímeros orgánicos se

usa los COMPOSITES:• Son materiales compuestos que presentan propiedades

diferentes al de sus elementos:• una matriz homogénea de resina.• Material reforzante o resistente: fibras de vidrio,

carbono o mallas metálicas.• Composite tipo sandwich: Vidrios de seguridad

• Dos capas duras de vidrio externas• Una capa interna de plástico

Piscina construida con fibra de vidrio

Raqueta de tenis fibra de carbono

• • Térmicas: Conducción del calor, acumulación..• Ópticas: Transparencia, opacidad respecto a la

luz• Sensoriales : Efecto en los sentidos: brillo, color,

textura, forma, suavidad…• Químicas: Comportamiento al mezclarse con

otras: resistencia a la erosión, corrosión.• Mecánicas: Reacción a las fuerzas: elasticidad,

rotura, dureza…• Eléctricas: Comportamiento ante un campo

eléctrico: Conductividad

MATERIALES: PROPIEDADES MATERIALES: PROPIEDADES

EVOLUCIÓN MATERIALES EN LA HISTORIA DE LA EVOLUCIÓN MATERIALES EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDADHUMANIDAD

Fundición de cobre en el antiguo Egipcio

•

Caldero de BronceFundición del hierro

• 1: Piedra: Caza y para obtener tejidos: 300.000 años mínimo

• 2: Cerámica: Arcilla con aumento de la población: Neol.

• 3: Cobre: Conoce el fuego y funde : Joyas; 6700 a.C.

• 4: Bronce: Mezcla el Cu y Sn con madera y carbón. Armas 3000 a.C.

• 5: Hierro: Hititas y hornos cerrados: 1500 a.C. P Cu B Fe

MATERIALES DEL SIGLO XXIMATERIALES DEL SIGLO XXI• DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS:

– Aluminio: Ya estudiado anteriormente y muy usado en cocinas, latas, ventanas, vehículos, bicicletas…

– Silicio: Paleolítico como sílex, pero al ser un semiconductor es el más usado en los TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación)

– Coltán: Columbita (Niobio) y Tántalo: Telefonía móvil. Miniaturización de la tecnología.

– Litio: Su extracción causa problemas medioambien-tales. Baterías recargables y coches eléctricos.

•

CONTROL DE LOS RECURSOSCONTROL DE LOS RECURSOS

Explotación vergonzante en Congo. Australia principal productor

1. 4 millones de personas mueren y otros tantos emigran hacia Uganda (1998-2003)

2. No es por luchas étnicas o de poder, es por el control de las mejores reservas de coltán.

3. El COLTAN son dos minerales en granito:COLumbita: Óxido de Niobio (Nb2O6)TANTANtalita: Óxido de tántalo (Ta2O6)

4. Con el Niobio se fabrican imanes de alto poder magnético: Disco duro ordenadores.

5. Con el Tántalo se fabrican condensadores muy pequeños para móviles, consolas,GPS.

GUERRA CIVIL EN EL CONGO

a: diamante, b: grafito, c: diamante hexagonal, d:fullereno C60, e: fulereno C540, f: fulereno C70, g: carbono amorfo, h: nanotubo

LOS NANOTUBOS LOS NANOTUBOS • Descubiertos por Sumio Iijima en 1991.• Son láminas de grafito enrolladas en forma

de tubos. • Pueden ser abiertos o cerrados. El cierre

es similar a la mitad de un fullereno. • Son las fibras más fuertes que se conocen,

como 50 veces más fuerte que el acero.• Conducen la corriente eléctrica cientos de

veces más eficazmente que los cablescables de Cu• Aplicaciones:

• Electrónica: transistores, nanocircuitos…• Pilas de combustibles.• Memorias baratas y resistentes.• Sensores químicos, térmicos, electromag• Medicina: Prótesis, biosensores, fármacos,

diagnóstico: escaner, resonancia magnética

Transistores de nanotubos

Shewanella produce nanotubos de As y Se

EL CICLO DE LOS MATERIALES: EL CICLO DE LOS MATERIALES: ACVACV

ISS: Estación Espacial Internacional a la que diferentes expediciones añaden módulos

“Un pequeño paso para el hombre y un salto gigante para la humanidad”

• Con el desarrollo tecnológico aumentan las necesidades de materiales procedentes de recursos naturales

• Desarrollar nuevas técnicas para aprovechar mejor los recursos naturales y los procesos de transformación.

• Necesario invertir en INVESTIGACIÓN ya que es muy impactante la actual extracción, transporte y fabricación

• ACV: Análisis del ciclo de vida de un material que estudia el impacto desde que se extrae, transporta, transforma y se desecha. Ejemplo del papel: tala, pasta, blanqueo...

• Finaliza ACV: Vertederos o biodegradación o reciclaje y reutilización

REPARTO RIQUEZA EN EL MUNDO

Mapas “Worldmapper “ proyectos de representar la justicia social en el mundo

AA

LOCALIZACIÓN, EXTRACCIÓN Y LOCALIZACIÓN, EXTRACCIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LOS RECURSOSTRANSFORMACIÓN DE LOS RECURSOS

• Distribución desigual de los recursos en el planeta sobre todo de los minerales y de ellos depende la riqueza de un país.

• Si los costes de extracción y transporte son mayores que beneficios no es rentable.

• Comercio irregular de materias primas y sin relación con el desarrollo económico de la zona: Guerra por el control de los recursos. Congo y Japón: Coltan.

• Productos de usar y tirar: Agotamiento de recursos, aumento excesivo de residuos y de energía: “Consumismo”. Productos globales

Sierra Leona: diamantes

Mercurio

• Aumento de la calidad de vida de todos por la aparición y desarrollo de nuevos materiales.

• Mejoras en las comunicaciones y en la salud• Inconvenientes:• A)Relativos al ciclo de vida de los materiales

– Deforestación, destrucción de ecosistemas…– Gasto energético elevado, contaminación…– Agotamiento de recursos.– Acumulación de tóxicos.

• B)Relativos a la naturaleza de los materiales– Disruptores metabólicos, radioactivos, Hg, Pb, As y Cd

REPERCUSIONES EN EL MUNDO GLOBALREPERCUSIONES EN EL MUNDO GLOBAL

POLÍMEROS SINTÉTICOSPOLÍMEROS SINTÉTICOS• Los más usados son los PLÁSTICOS• Tipos:1. Termoplásticos: Formados por cadenas

largas lineales. Se ablandan con el calor y es posible fundirlos ya que al calentarse pasan a fase líquida sin sufrir transformaciones químicas y después se vuelven a moldear por lo que son fácilmente reciclables.

Ejemplos:– Polietileno, teflón, nylon PVC, PET..

Polietileno

POLÍMEROS SINTÉTICOSPOLÍMEROS SINTÉTICOS• Los más usados son los PLÁSTICOS• Tipos:

2. Termoestables: Formados por cadenas reticuladas que se degradan con el calor. No se pueden remoldear ya que al enfriarse dan lugar a un material quebradizo y rígido. No se reciclan. Ejemplos:– Epoxi, poliuretano, baquelita, melamina

Termoestables

MINIDICCIONARIO DE LOS PLÁSTICOSMINIDICCIONARIO DE LOS PLÁSTICOS

Proceso de Inyección del plástico

• Melamina: Compuesto que reacciona con formaldehido. Adulteración alimentos.

• Poliuretano: Con dos formas: flexible (espuma) y rígida para construcción. También en fibra (Lycra).

• Resina de poliester: para tuberías y pinturas anticorrosivas. Vajillas infantiles

elaboradas con melamina

Espuma, y lycra de poliuretano

POLÍMEROS SINTÉTICOSPOLÍMEROS SINTÉTICOS• Los más usados son los PLÁSTICOS• Tipos:3. Elastómeros: Formados por cadenas lineales

unidas y enrolladas entre sí. Sólo se pueden fundir una vez, pero tienen un elevado grado de elasticidad y adherencia. Son flexibles a bajas temperaturas. Ejemplos:Caucho, neopreno, silicona

Cultivo de Hevea, para producir látexNeopreno: Policloropreno. Usado en submarinismo, aislamiento eléctrico, botas de pesca, fundas...

LAS SILICONAS• Polímero de silicio. Tipo de ELASTÓMERO o polímero

elástico (caucho y neopreno).• Puede ser líquida, semisólida ó sólida, dependiendo

de su polimerización y peso molecular • Estables a cambios de temperatura y resistentes a la

humedad (Impermeabilizante).• Lubricante, adhesivo y prótesis de articulaciones y de

válvulas cardíacas e implantes de mamas.

Bota de Silicona de Neil Armstrong en 1969

F.S. Kipping: sintetizó la silicona en 1904…¿?

Monómero de la silicona

Mamoplastia de silicona

CONTAMINACIÓN DE LOS PLÁSTICOS

NANOTECNOLOGÍA: NANOTECNOLOGÍA: APLICACIONES DE LA NANOCIENCIAAPLICACIONES DE LA NANOCIENCIA

APLICACIONES EN MATERIALESAPLICACIONES EN MATERIALESYA EN EL MERCADO:

- Cosméticos:

- Tejidos:

- Material deportivo:

- Óptica: Gafas que no se rayan

Limpiaparabrisas sin escobillas: Cuatro capas y autolimpiable

Bañador Speedo LZR Racer: De Neopreno-poliuretano superfino y con costuras por ultrasonido

APLICACIONES EN MATERIALESAPLICACIONES EN MATERIALESEN DESARROLLO:

-Nanopartículas:-Biosensores-Remediación

-Nanorrobots:-Destrucción tumores-Destrucción ateromas

Nanorrobots: Son ilustraciones, proyectos y aún en la mente de los técnicos

Nanopartículas capaces de detectar hormonas o de rodear a las moléculas de petróleo

APLICACIONES EN ELECTRÓNICAAPLICACIONES EN ELECTRÓNICAYA EN EL MERCADO:

Cabeza lectora de discos duros.Tarjetas de memoria

EN DESARROLLO:

- Ordenador de ADN- Mayor capacidad de discos duros.

Las hojas planas de carbono ultrafinas (grafeno) son las empleadas en electrónica ya que los electrones se mueven a velocidades muy altas, hasta 4 veces mayores que en silicio.

Memoria racetrack

LIBERACIÓN DE FÁRMACOS:-Tratamiento de tumores-Dendrímeros

Los dendrímeros son nanopartículas transportadores de quimioterapía específica contra el cáncer

Nanopartículas de oro se unen a las células cancerígenas y brillan

APLICACIONES EN MEDICINAAPLICACIONES EN MEDICINA

REGENERACIÓN DE TEJIDOS:-Reconstrucción muscular-Regeneración de piel, cartílago y huesos

Nanomateriales que sirven de soporte a las células y tejidos en crecimiento. Estos moldes colonizados se implantarán en el paciente y serán reemplazados por tejido normal con vasos y nervios

APLICACIONES EN MEDICINAAPLICACIONES EN MEDICINA

Células de la piel crecen sobre material perforado HYAFF

Músculo artificial de nanotubos de C

DIAGNÓSTICO TEMPRANO DE ENFERMEDADES:

Laboratorio en un chip que permite con muestras microscópicas purificar, almacenar, mezclar, analizar y detectar enfermedades con ahorro de tiempo, trabajo, reactivos y dinero

APLICACIONES EN MEDICINAAPLICACIONES EN MEDICINA

En un mismo chip existe una ingente cantidad de pruebas

Biosensor de moléculas// B. de ADN

In vitro: 1.- Biosensores de cáncer 2.- Biochips: Ej de ADN

3.- Lab on chip:

APLICACIONES EN ENERGÍAAPLICACIONES EN ENERGÍA

1.- CÉLULAS SOLARES:

2.- BATERIAS DE LARGA DURACIÓN:

3.- NANOCÉLULAS DE COMBUSTIÓN:

Material fotovoltaico que se impregna como pintura

Nanopartículas fotosintéticas de óxido de titanio que convierten la energía luminosa en eléctrica

Nanobatería de celulosa y nanotubos de C

APLICACIONES EN ENERGÍAAPLICACIONES EN ENERGÍA

Dispositivo semiconductor que emite luz cuando circula por él una corriente eléctrica (electroluminiscencia) El color puede variar desde el ultravioleta-visible-infrarrojo

4.- LÁMPARAS L.E.D. (Light Emitting Diode):- Mayor duración (8 años)- Mayor eficiencia (rendimiento 90%)- Mayor ahorro energético- Uso ideal en semáforos: luz brillante

El color depende del semiconductor que se usó en su construcción Torre Agbar

Barcelona