TEMA 8 NUEVAS NECESIDADES, NUEVOS MATERIALES

1. DE MATERIA A MATERIALES.

2. ¿DE DÓNDE OBTENEMOS LOS MATERIALES?

3. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

4. LA MATERIA PRIMA.

5. NATURAL Y ARTIFICIAL.

6. NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA.

Fuentes: CMC Santillana, scrib.com IES Alcántara Dpto. Física y Química

1.DE MATERIA A MATERIALES.

Los elementos químicos son los “ladrillos” que constituyen toda la materia. Los 116

elementos conocidos se recogen y organizan en la tabla periódica en función de sus

propiedades. De ellos 90 son naturales y se han ido formando en:

Primeros instantes del universo: Hidrógeno, Helio y Litio.

Interior de las estrellas por fusión del Hidrógeno y Helio: Carbono, Nitrógeno,

Oxígeno…, hasta el Hierro.

Explosiones de supernovas: El resto, como el Oro y la Plata.

Los elementos se combinan para formar los compuestos químicos (de propiedades

diferentes a los elementos). Los elementos y/o compuestos se pueden mezclar para

mejorar algunas de sus propiedades y adecuarlas a determinadas funciones. Ej: El Cobre

y el Estaño se mezclan para obtener la aleación denominada Bronce.

A su vez, los materiales se pueden mezclar para dar lugar a un material de propiedades

distintas a los primeros que denominaremos composite. Ej: Adobe de barro y paja,

madera contrachapada o poliamida.

2. ¿DE DÓNDE OBTENEMOS LOS MATERIALES?

3. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

Se denomina material a la materia preparada y disponible

para elaborar cualquier producto. Existen diversos tipos según

procedencia:

Naturales (obtenidos de la naturaleza): madera, granito.

etc.

Transformados (obtenidos por transformación o

mezcla de material natural): papel, caucho vulcanizado,

cemento, acero, etc.

Artificiales o sintéticos (obtenidos de procesos

químicos o físicos): plásticos, fibras artificiales, etc.

Reciclados (a partir de objetos del mismo material):

4.LA MATERIA PRIMA.

Es toda sustancia que se extrae directamente de la naturaleza, a partir de la que se

obtienen los materiales. La obtención de materias primas es un factor que afecta a la

economía y puede acarrear problemas políticos, sociales y medioambientales.

4.1. DE LA MATERIA PRIMA AL MATERIAL.

La naturaleza de los distintos tipos de materia prima es el factor principal a tener en

cuenta a la hora de fabricar diversos materiales.

* Unos de los materiales más utilizados son los metales. Se obtienen a partir de

minerales extraídos de la mina, y de los que se separa la ganga de la mena. Los

metales se obtienen mediante dos procesos:

• reducción por calor (Fe, Zn, Ag)

• electricidad(electrólisis) (K, Na, Li, Ca, Mg, Al)

4.1.1. EL ACERO.

El acero es la aleación de hierro con carbono. Es un material muy versátil. La aleación

con otros metales cambia algunas de las propiedades del acero y permite ajustarlas al

uso concreto que se le quiera dar.

4.1.2. EL COLTÁN.

Es la mezcla de dos minerales: La columbita (óxido de niobio con hierro y magnesio) y

la tantalita (óxido de tántalo con hierro y magnesio) que se encuentran juntos como

parte de ciertos granitos; a partir de ellos se obtienen:

– El Niobio (Nb): fabricación de imanes de alto poder magnético, clave del

desarrollo de micromotores discos duros), altavoces y auriculares

potentes y precisos. Tiene aplicaciones para ordenadores, industria

aeroespacial, levitación magnética o implantes médicos

– El Tántalo (Ta): fabricación de condensadores, está presente en todas las

baterías de móviles o aparato con baterías recargables.

Su valor es muy alto, por lo que controlar su producción es un negocio rentable para

gobiernos, distribuidores y fabricantes. Sin embargo a la República Democrática del

Congo le ha traído muchas complicaciones, debido a las condiciones en las que se

realiza la explotación minera. Así, a los problemas sanitarios se les han sumado los

legales (utilizando mano de obra en condiciones de semiesclavitud), consecuencias

medioambientales (acoso a las poblaciones de gorilas y elefantes), etc…

5. NATURAL Y ARTIFICIAL.

A pesar de la dificultad para establecer la frontera entre natural y artificial, teniendo en

cuenta que la materia prima a partir de la que fabricamos cualquier objeto proviene de la

naturaleza podríamos decir que todo es natural. No obstante, solemos decir que un

material artificial es aquel cuyas materias primas han sido elaboradas y procesadas a

partir de otros materiales.

* Uno de los materiales naturales más conocidos es el PAPEL. La clave en la

fabricación de papel está en la obtención de celulosa, que es un tipo de fibra natural de

los árboles, caracterizada por su flexibilidad y capacidad para compactarse.

Entre los problemas asociados a la fabricación de papel encontramos los siguientes:

Problemas asociados Soluciones

Deforestación:

3 millones de m3 de madera por año en

España

- Plantación y Tala controlada,

- Uso de materias primas

diferentes( cáñamo, lino o

algodón)

- Reutilización fibras de papel

usado.

Agua gastada

35 m3/Tm de cartón

200m3/Tm papel escritura

Ciclos cerrados de agua

Contaminación ríos (Azufre, Cloro,

Ozono para el blanqueado)

Energía

4% de la energía generada en España

Reciclar papel consume menos.

* Por otro lado, entre los materiales artificiales más relevantes encontramos los

PLÁSTICOS. La plasticidad es una propiedad de los materiales que permite que se les

dé fácilmente la forma que convenga. Los plásticos se obtienen artificialmente a partir

de pequeñas moléculas denominadas monómeros (iguales o distintos) que se van

uniendo en un gran número para formar moléculas mucho más complejas (polímeros)

mediante un proceso denominado polimerización.

6. NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA.

La NANOCIENCIA es la disciplina que estudia todos los aspectos científicos a tamaño

nanométrico.

1 nanómetro (nm) = 10-9 metros

La NANOTECNOLOGÍA es la Ciencia aplicada dirigida al diseño, fabricación y

aplicación de materiales y aparatos a escala nanométrica empleando los

microscopios de efecto túnel.

-Podremos fabricar máquinas de tamaño microscópico.

-Podremos diseñar nuevos materiales que se comportarán de una determinada

manera únicamente en una situación concreta.

Los plásticos se clasifican según distintos

criterios, pero a nivel industrial podemos

distinguirlos a través de un indicador

numérico que forma parte del producto final:

* Entre los elementos más importantes de la industria nanoscópica se encuentra el

carbono. El carbono es el elemento más importante de nuestra existencia, es muy

abundante en la naturaleza y hemos aprendido a elaborar un buen número de objetos

de uso cotidiano en deportes, medicina, construcción de puentes y aviones...

(diamante, grafito, fibra de carbono).

Ya se están dando los primeros pasos para explotar este tipo de tecnologías,

desarrollando:

* APLICACIONES ELÉCTRICAS.

- Batería flexible de nanotubos de carbono. Mezclando nanotubos con papel.

Baterías de papel enrollables que no se pegan.

- LED. Sustituto de bombillas: más duraderas, eficaces, menor consumo y más

rápidas.

*A nivel nanoscópico ya se ha obtenido el

fulereno (C60) en forma de balón de fútbol

que podría contener las dosis de un

determinado medicamento que soltaría en las

proximidades de las células infectadas.

* También se le puede dar forma de tubo

(nanotubos). Hasta ahora se ha conseguido una

longitud de18 mm. Estos se pueden convertir en

nanocables si se combinan con un conductor

(Boro) o nanointerruptores con un

semiconductor.

* APLICACIONES ELECTRÓNICAS.

- Nanochips de unos 500 nm (0,0005).

* APLICACIONES MEDICINA Y FARMACIA.

- Investigación con medicamentos en el interior de los fulerenos (buckyballs).

* APLICACIONES TEXTILES.

- Fabricación de tejidos que repelen los líquidos (fibras con nanotubos)

(tapicerías...)

* APLICACIONES ARQUITECTURA Y URBANISMO.

- Recubrimientos que repelen la pintura de los graffitis.

- Vidrios fotocrómicos que cambian el color con la luz incidente (control Tª

interior de habitaciones y protección frente a rayos UV e IR).

- Cerámica: sanitarios que repelen los líquidos.

Estamos en los inicios pero dentro de 5 a 15 años se

espera una gran explosión, lo que supondrá: una

transformación de los sistemas de producción,

aceleración de la producción, afectará a todas las

industrias, materias primas más baratas y

minimización de costes de producción, es decir, una

transformación global.