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Tema 8

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Apuntes para el tema 8 Nuevas necesidades, nuevos materiales. Ciencias para el mundo contemporáneo IES Victoria Kent

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Tema 8

  1. 1. Tema 8. NUEVAS NECESIDADES, NUEVOS MATERIALES
  2. 2. <ul><li>Índice: </li></ul><ul><li>1.- Materia </li></ul><ul><li>2.- Materiales </li></ul><ul><li>3.- Materia prima </li></ul><ul><li>4.- Acero, plástico y papel </li></ul><ul><li>5.- Nanociencia </li></ul><ul><li>6.- Nanotecnología </li></ul>
  3. 3. La Materia <ul><li>La materia está constituida por átomos . </li></ul><ul><li>Los 116 átomos conocidos se recogen y organizan en la tabla periódica . </li></ul><ul><li> </li></ul>
  4. 4. ¿Cuáles son naturales? <ul><li>De ellos 90 son naturales y se han ido formando en: </li></ul><ul><li>Primeros instantes del universo (H,He y Li), </li></ul><ul><li>Interior de las estrellas por fusión del H y He ( C, N, O, hasta el Fe ) </li></ul><ul><li>Explosiones de supernovas (el resto, como el Au y la Ag). </li></ul>
  5. 5. A partir de los átomos (“ladrillos”) por combinación o mezcla se compondrá toda la materia <ul><li>Los átomos son las partículas constitutivas de los elementos químicos, cada uno con sus propiedades. </li></ul><ul><li>Los elementos se combinan para formar los compuestos químicos (de propiedades diferentes a los elementos). </li></ul><ul><li>Los elementos y/o compuestos se pueden mezclar para mejorar algunas de sus propiedades, adecuadas a determinadas funciones, (el Cu y el Sn se mezclan para obtener la aleación denominada Bronce). </li></ul><ul><li>Los materiales se pueden mezclar para dar lugar a un material de propiedades distintas a los primeros que denominaremos composite (adobe de barro y paja, madera contrachapada o poliamida). </li></ul>
  6. 6. MATERIALES <ul><li>Se denomina material a la materia preparada y disponible para elaborar cualquier producto. </li></ul><ul><li>Tipos según procedencia: </li></ul><ul><li>Naturales (obtenidos de la naturaleza) : madera, granito. Etc. </li></ul><ul><li>Transformados (obtenidos por transformación o mezcla de material natural): papel, caucho vulcanizado, cemento, acero, etc. </li></ul><ul><li>Artificiales o sintéticos (obtenidos de procesos químicos o físicos): plásticos, fibras artificiales, etc. </li></ul><ul><li>Reciclados (a partir de objetos del mismo material): papel, vidrio, etc. </li></ul>
  7. 7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Mecánicas Densidad Masa contenida en la unidad de volumen Madera flota en el agua Dureza Resistencia a ser rayado El más duro es el diamante Tenacidad Soportar golpes sin romperse Martillo de acero Ductilidad Estirares en hilos Hilos de cobre Fragilidad Se rompe con los golpes En el vidrio se incrustan otros materiales para reducir la fragilidad Maleabilidad Extenderse en láminas o planchas Papel de alumnio Resitencia a Tracción Compresión Torsión Flexión Elasticidad Recupera la forma La fibra de carbono es muy flexible Plasticidad Capacidad de deformarse sin romperse Plastilina Ópticas Color Borde rojo indica peligro en señales de tráfico Transparencia La fibra de vidrio ( muy transparente) permite paso luz sin atenuarse Reflectividad Señales viarias y chalecos reflectantes Indice refracción Cada material refracta la luz de una manera(gafas) Brillo Brillantes Fluorescencia Lámparas fluorescentes Capacidad de polarización de la luz Pantallas de calculadora de cristal líquido Térmicas Tª de Fusión Wolframio de la bombillas (alta tª de fusión) Conductividad térmica Baquelita(mango sartenes). Aislante Capacidad de dilatación Termostatos(dos láminas de diferente dilatación Calor específico Platos de barro conservan calor (Alto calor específico) Electromagnéticas Conductividad eléctrica Hilos de Cobre, Plata Comportamiento magnético Agujas de brújula atraídas por imán Acústicas Conductividad del sonido Porexpan (aislante) Químicas Resistencia a la corrosión Aceros inoxidables
  8. 8. MATERIA PRIMA <ul><li>Sustancia que se extrae directamente de la naturaleza a partir de la que se obtienen los materiales. </li></ul><ul><li>La obtención de materias primas es un factor que afecta a la economía y pueden acarrear problemas políticos, sociales y medioambientales. </li></ul>
  9. 9. De la materia prima(minerales) al material (metal) <ul><li>Uno de los materiales más utilizados son los metales. </li></ul><ul><li>De la mina se extraen los minerales , de los que se separa la ganga de la mena , a partir de la que se obtienen los metales mediante dos procesos: </li></ul><ul><ul><li>reducción por calor (Fe, Zn, Ag) </li></ul></ul><ul><ul><li>electricidad (electrólisis) (K, Na, Li, Ca, Mg, Al) </li></ul></ul>
  10. 11. El coltán <ul><li>Mezcla de dos minerales : La columbita (óxido de niobio con hierro y magnesio) y la Tántalita (óxido de tántalo con hierro y magnesio) que se encuentran juntos como parte de ciertos granitos; a partir de ellos se obtienen: </li></ul><ul><ul><li>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 aereospacial , levitación magnética o implantes médicos </li></ul></ul><ul><ul><li>El Tántalo(Ta): fabricación de condensadores , está presente en todas las baterías de móviles o aparato con baterías recargables. </li></ul></ul><ul><li>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 muchos problemas. </li></ul>
  11. 12. El acero <ul><li>Aleación de hierro con carbono. Es un material muy versátil . </li></ul><ul><li>La aleación con otros metales cambia algunas de las propiedades del acero y permite ajustarlas al uso concreto que se le quiera dar. </li></ul>Aleación con % carbono Propiedades Usos Aleación con metal Propiedades Usos 0,007-0,25 Fácil trabajar en frío Chasis coches Molibdeno Mantiene resitrencia a altas Tª Herramientas corte y preforación 0,25-0,50 Resistente al desgaste Ejes, engranajes Cobalto Magnetizable Imanes 0,85-1,2 Fuerte y resitente al desgaste Rasíles instrumentos de cortes Niquel y cromo Resitente y duro Cruces líneas ferroviarias 2,5-3,8 Fácil de moldear, quebradizo Pistones y ciilindros Tugsteno Pto Fusión muy alto Instrumentos corte y perforación Vanadio Fuerte, duro Herramientas
  12. 13. Los plásticos <ul><li>La plasticidad es una propiedad de los materiales que permite que se les dé fácilmente la forma que convenga. </li></ul><ul><li>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 mas complejas ( polímeros ) mediante un proceso denominado polimerización. </li></ul>
  13. 15. El papel
  14. 16. <ul><ul><li>Es un material básico en la actualidad. </li></ul></ul><ul><ul><li>Futuro: Tinta electrónica y papel electrónico. </li></ul></ul>Problemas asociados Soluciones Deforestación: 3 millones de m 3 de madera por año en España <ul><li>Plantación y Tala controlada, </li></ul><ul><li>- Uso de materias primas diferentes( cáñamo, lino o algodón) </li></ul><ul><li>Reutilización fibras de papel usado. </li></ul>Agua gastada 35 m 3 /Tm de cartón 200m 3 /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.
  15. 17. NANOCIENCIA <ul><li>Disciplina que estudia todos los aspectos científicos a tamaño nanométrico . </li></ul><ul><li>(1 nanómetro (nm) = 10 -9 m) </li></ul><ul><li>Con los microscopios de efecto túnel podemos “ver” y “coger” los átomos para fabricar sustancias y piezas de tamaño atómico (más pequeños que las células). </li></ul>
  16. 18. <ul><li>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). </li></ul><ul><li>A nivel nanoscópico ya se ha obtenido el fulereno (C 60 ) en forma de balón de fútbol que podría contener las dosis de un determinado medicamento que soltaría en las proximidades de las células infectadas. </li></ul><ul><li>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. </li></ul>
  17. 19. NANOTECNOLOGIA <ul><li>Ciencia aplicada dirigida al diseño, fabricación y aplicación de materiales y aparatos a escala nanométrica . </li></ul><ul><li>Podremos fabricar máquinas de tamaño microscópico. </li></ul><ul><li>Podremos diseñar nuevos materiales que se comportarán de una determinada manera únicamente en una situación concreta. </li></ul><ul><li>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 mínimización de costes de producción, una transformación global. </li></ul>
  18. 20. PRIMEROS PASOS <ul><li>Aplicaciones Eléctricas. </li></ul><ul><ul><li>* Batería flexible de nanotubos de carbono . Mezclando nanotubos con papel. Baterías de papel enrollables que no se pegan. </li></ul></ul><ul><ul><li>* LED . Sustituto de bombillas: más duraderas, eficaces, menor consumo y más rápidas. </li></ul></ul><ul><li>Aplicaciones electrónicas </li></ul><ul><li>* Nanochips de unos 500 nm (0,0005). </li></ul><ul><li>Aplicaciones medicina y farmacia </li></ul><ul><li>* Investigación con medicamentos en el interior de los fulerenos (buckyballs). </li></ul><ul><li>Aplicaciones textiles </li></ul><ul><li>* Fabricación de tejidos que repelen los líquidos (fibras con nanotubos) (tapicerias...) </li></ul><ul><li>Aplicaciones arquitectura y urbanismo </li></ul><ul><li>* Recubrimientos que repelen la pintura de los graffitis . </li></ul><ul><li>* Vidrios fotocrómicos que cambian el color con la luz incidente (control Tª interior de habitaciones y protección frente a rayos UV e IR). </li></ul><ul><li>* Cerámica: sanitarios que repelen los líquidos . </li></ul>

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