Hola, soy Martín y en este blog iré metiendo todos los apartados que vayamos dando a lo largo del curso en la clase de CMC de 1º de bachiller del IES Santa Bárbara.
La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican al nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas denominadas "nanos" que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis, lo anterior nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman Premio Nóbel de Física en 1965.
6.5.1-Aplicaciones de la nanotecnología 1. Nanomedicina Posibilidad de construir dispositivos diminutos que recorran el cuerpo, para detectar enfermedades o depositar fármacos. Como un glóbulo rojo de la sangre tiene un tamaño de unas 7 micras y un nanómetro es la milésima parte de una micra, un posible tratamiento para el cáncer consistirá en introducir nanocápsulas de silicio recubiertas de oro en la sangre del paciente. Las cápsulas llegarán al tumor y se fijarán selectivamente sobre las células tumorales. Al irradiar el tumor con luz infrarroja, las nanocápsulas se calentarían y matarían selectivamente a las células tumorales sobre las que están fijadas, sin perjudicar el tejido sano. Se podrán diseñar máquinas moleculares de tamaño menor que las células. Se usarán como sistemas autoinmunes que funcionen como nuestros anticuerpos naturales, que busquen y destruyan virus, eliminen el colesterol, células cancerígenas, etc.
2. Nanoelectricidad y nanoelectrónica
Fabricación de baterías flexibles de nanotubos de carbono. Baterías de papel. Pilas y condensadores ultrafinos. LED para sustituir las bombillas tradicionales con luz fría de mayor duración y eficiencia energética. Fabricación de nanochips: Desde el año 2000, se fabrican chips de microprocesadores de tamaño nanométrico, con lo que se multiplica el número de transistores que usan. Actualmente se investigan y fabrican nanochips autoensamblados. Aplicaciones en pantallas de TV planas y de teléfonos móviles. Dispositivos cada vez más diminutos y potentes.
3. Otras aplicaciones en el campo de la energía, sostenibilidad, industria textil y arquitectura En el campo de la energía, la nanotecnología está contribuyendo a la construcción de células fotovoltaicas más eficientes. Avance hacia la sostenibilidad con la mejora de catalizadores, descontaminación del agua y de la atmósfera. En la industria textil, se ha logrado la fabricación de ropas elaboradas con textiles que incluyen partículas hidrófobas o bactericidas, que repelen el agua y tardan más en ensuciarse. En arquitectura, se produce la fabricación de recubrimientos que protegen paredes o cristales de pinturas indeseadas o de la corrosión metálica. Vidrios fotocrómicos que cambian de color según la luz incidente, evitando la penetración de rayos UV e IR. Sanitarios que repelen los líquidos y que se depositen bacterias, evitando la suciedad.
Las materias primas son los recursos naturales que utiliza la industria en su proceso productivo para ser transformados en producto semielaborado, en bienes de equipo o de consumo.
6.4.1-Metales. Extracción de metales. Se define a los metales como aquellos elementos químicos que se caracterizan por tener las siguientes propiedades: - Poseen una estructura interna común. - Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio - Tienen una alta densidad - Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica. - Tienen considerable resistencia mecánica. - Suelen ser maleables. - Se pueden fundir, conformar y reciclar. Los metales pueden ser ferrosos o no ferrosos dependiendo de si el hierro es su componente principal o no. Los minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentra en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación más utilizados está el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos. La extracción de los metales ferrosos es diferente: Se conoce como proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férrico de unas determinadas características. El proceso siderúrgico engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto final. El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamada mena (elementos aprovechables), y otra parte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice,… Los pasos a seguir en todo proceso son: 1. Separar la mena de la ganga utilizando sus propiedades físicas: densidad, comportamiento magnético,... 2. Obtener el elemento que nos interesa, Fe, por medio de una reacción química llamada reducción del hierro, que consiste en añadir monóxido de carbono tantas veces como sea necesario hasta obtener hierro puro. Esta reacción ocurre en el alto horno, que es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. El alto horno está formado por dos troncos de cono colocados unos sobre otro y unidos por su parte más ancha. La altura varía entre unos 30 y 70 m y su diámetro entre 4 y 12 m. Su capacidad de producción varía entre 500 y 1500 toneladas diarias. La pared interior está recubierta de ladrillo refractario para mantener y soportar las altas temperaturas, y la externa de acero. Entre ambas paredes existen canales de refrigeración. La parte superior, el tragante, está formada por dos tolvas (depósitos) en forma de campana con dispositivo de apertura y cierre para evitar que se escapen los gases en el momento de la carga del material. El material se introduce por capas de la siguiente forma:
- Una capa de minerales de Fe (magnetita, limonita, siderita o hematites) previamente lavado y desmenuzado. - Una capa de carbón de coque (combustible) para la fusión y reducción del material. - Una capa de material fundente (roca caliza) que se combina con las impurezas, ganga y cenizas, que da lugar a la escoria. Esta combinación da lugar a la obtención de un material poroso llamado sínter. En la parte alta, llamada cuba, se produce el primer calentamiento, en el que se elimina la humedad y se calcina la caliza ayudada por la inyección de aire caliente insuflada por las toberas de la parte inferior. El CO resultante de la combustión del coque reduce el Fe, obteniéndose una masa esponjosa de Fe metálico. A continuación, en el vientre, que es la parte más ancha, se funden el Fe y la escoria. Por las toberas, conducto que permite la entrada de aire a altas P y velocidades en torno a 200m/s, entra el aire necesario para la combustión (1350ºC). En algunos casos se pueden alcanzar temperaturas del orden de los 1800ºC, lo que supone un ahorro del carbón de coque. En la parte inferior, llamada etalaje, se depositan el Fe y la escoria fundidos, de manera que al ser ésta última menos densa que el Fe flota sobre él y lo protege de la oxidación. La escoria y el Fe se extraen a través de dos orificios en la parte inferior, llamados bigotera y piquera respectivamente. Así, los productos obtenidos del alto horno son: -Escoria:Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria (bigotera). -Fundición, hierro colado o arrabio: Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. -También se obtienen humos y gases residuales que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
6.4.2-El coltán El coltán es un mineral de alto valor estratégico del que se extrae el tantalio y el niobio, utilizados en distintas industrias de aparatos eléctricos, centrales atómicas, misiles, fibra óptica y otros, aunque la mayor parte de la producción se destina a la elaboración de condensadores y otras partes de los teléfonos móviles. El coltán resulta hoy día esencial para el desarrollo de las nuevas tecnologías: Es vital, sobre todo, para la industria aeroespacial y de telecomunicaciones, pero también para tecnología militar, Telefonía Móvil, ordenadores portátiles, videojuegos, armas inteligentes, satélites, estaciones y vehículos espaciales, medicina (implantes), industria aeroespacial, levitación magnética, aceleradores de partículas, trenes magnéticos, etc. Los principales productores mundiales son Australia, Brasil, Canadá, China y algunos países africanos como Ruanda, Burundi, Etiopía y sobre todo la República Democrática del Congo (país que posee entre el 64 y el 80% de las reservas mundiales de coltán).
Los plásticos son polímeros, es decir, estructuras compuestas por miles de moléculas. Algunas veces plástico y polímero son usados como sinónimos, pero, en realidad, la palabra plástico define a cualquier material moldeable, mientras, polímero, define a las sustancia molecularmente. Es por ello que existen otros polímeros además de los plásticos, como el almidón, el ADN y otros. Todos los plásticos comerciales conocidos son polímeros. La mayoría se compone de polímeros de carbono e hidrógeno y otros también tienen de nitrógeno, cloro y azufre. Muchos plásticos comerciales tienen una base de silicio. Sus propiedades son:
Son baratos.(tienen un bajo costo en el mercado).
Tienen una baja densidad.
Existen materiales plásticos permeables e impermeables, difusión en materiales termoplásticos.
Son aislantes eléctricos.
Son aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas.
Su quema es muy contaminante.
Son resistentes a la corrosión y a estar a la intemperie.
Resisten muchos factores químicos.
Algunos se reciclan mejor que otros, que no son biodegradables ni fáciles de reciclar.
Son fáciles de trabajar
Puede clasificarse a los materiales plásticos en varias categorías:
Según el monómero base En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímero. -Naturales: Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa y la caseína. -Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo.
Según la distribución de entrelazado de las moléculas.
Termoplásticos
Un termoplástico es un plástico el cual, a temperatura ambiente es plástico o deformable, se derrite a un liquido cuando es calentado y se endurece en un estado vitreo cuando es suficientemente enfriado. Los polimeros termoplasticos difieren de los polimeros termoestables en que después de calentarse y moldearse estos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse no cambia y este prefiere incendiarse.. Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces. Los principales son:
Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.
Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.
Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.
Termoestables Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse.
Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
Resinas epoxi.
Resinas melamínicas.
Baquelita.
Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.
Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.
Elastómeros Un elastómero es un polímetro que cuenta con la particularidad de ser muy elástico pudiendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado. Debido a estas características, los elastómeros, son el material básico de fabricación de otros materiales como la goma, ya sea natural o sintética, y para algunos productos adhesivos.
Caucho
Neopreno
6.4.4-Papel El papel es una delgada hoja elaborada mediante pasta de fibras vegetales que son molidas, blanqueadas, desleídas en agua, secadas y endurecidas posteriormente; a la pulpa de celulosa, normalmente, se le añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar diversas características. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. También se denomina papel, hoja o folio a su forma más común como lámina delgada. La materia prima fundamental para fabricar papel es la celulosa. De hecho, se puede decir que el papel es una lámina constituida por un entramado tridimensional de fibras de celulosa y otras sustancias (cargas minerales, colas, almidón, colorantes, etc.) que permiten mejorar las propiedades del papel y hacerlo apto para el uso al que está destinado. 6.4.5-Nuevos materiales En los últimos años han aparecido nuevos materiales como estos: -Aerogel: El aerogel es uno de los nuevos materiales más prometedores, incluso por su aspecto nebuloso. Entre sus propiedades se destacan el hecho de ser casi tan liviano como el aire y al mismo tiempo muy resistente, así como su sorprendente capacidad como aislante térmico, lo cual lo vuelve sumamente atractivo para diversas aplicaciones. Su composición es de silicio, de carbono y de diferentes metales, aunque la mayor proporción del compuesto (hasta el 98%) siempre es aire. Algunos tipos de aerogel se trituran en un polvo tan fino que pueden bloquear las traqueas, por donde respiran los insectos. Su estructura cavernosa es un excelente filtro y es un buen catalizador. -Grafeno: El grafeno es una forma alotrópica del carbono, es decir, una forma en la que se presenta el carbono. Otras formas alotrópicas del carbono son el grafito o el diamante. Sus propiedades más asombrosas son:
• Alta conductividad términa. • Alta conductividad eléctrica. • Alta elasticidad (deformable). • Alta dureza (resistencia a ser rayado). • Alta resistencia. El grafeno es aproximadamente 200 veces más resistente que el acero, similar a la resistencia del diamante, pero es muchísimo más ligero. • Es más flexible que la fibra de carbono pero igual de ligero. • La radiación ionizante no le afecta. • Presenta un bajo efecto Joule (calentamiento al conducir electrones). • Para una misma tarea el grafeno consume menos electricidad que el silicio. • Es capaz de generar electricidad por exposición a la luz solar. • El grafeno es un material prácticamente transparente. • Es muy denso y no deja pasar al helio en forma gaseosa, sin embargo si deja pasar al agua, la cual, encerrada en un recipiente de grafeno, muestra una velocidad de evaporación similar a la que muestra en un recipiente abierto. -Nanotubos: Los nanotubos son láminas de carbón que se cierran sobre sí mismos. Son los materiales conocidos más resistentes, superando hasta en 100 veces al acero. Además, son excelentes conductores eléctricos, cientos de veces más eficientes que el cobre. Sus propiedades más importantes son:
-Son las estructuras de mayor resistencia, aunque su densidad es seis veces menor que la del acero. -Pueden transporta enormes cantidades de electricidad sin fundirse. -Gran elasticidad. Recuperan su forma luego de ser doblados en grandes ángulos.
Cada material tiene sus propias características. A estas características se las llama propiedades y pueden ser de varios tipos.
6.3.1 Mecánicas
-Dureza: es la resistencia que presenta un material a ser rayado por otro. Ejemplo: el cristal es más duro que la madera porque puede rayarla, en cambio, el hierro es más duro que el cristal porque es capaz de rayarlo. -Tenacidad: es la resistencia que presenta un material a romperse cuando se le da un golpe en seco. Lo contrario de tenacidad es fragilidad. Ejemplos: el hierro es un material tenaz, en cambio la cerámica es un material frágil. -Elasticidad: es la capacidad que tiene un material para recuperar su forma por sí solo después de deformarlo. Lo contrario de elasticidad es plasticidad, ya que es deformar un material plástico, este no vuelve a su forma anterior. Ejemplos: el caucho es un material elástico, en cambio la arcilla es un material plástico. -Flexibilidad: es la capacidad que tiene un material de doblarse sin romperse. Lo contrario de flexibilidad es rigidez. Ejemplos: el papel es un material flexible, en cambio el vidrio es un material rígido. -Maleabilidad/Ductilidad: es la capacidad que tiene un material para ser dividido en láminas/hilos 6.3.2 Físico-químicas
-Densidad: se define como la relación entre la masa y el volumen. -Conductividad eléctrica: mide la facilidad que tiene un material para conducir la electricidad. Si un material no conduce la electricidad se dice que es aislante, como por ejemplo: la madera, el plástico… Si conduce la electricidad se dice que es conductor como por ejemplo: los metales. -Conductividad térmica: mide la facilidad que tiene un material para conducir el calor. Normalmente los materiales buenos conductores del calor también lo son de la electricidad. -Dilatación: es el aumento de volumen que sufre un material cuando se calienta. - Oxidación: mide la facilidad con la que un material se oxida cuando entra en contacto con el oxígeno del agua o del aire. -Solubilidad: mide la capacidad que tiene un material en disolverse en otro.
6.3.3 Tecnológicas
-Plasticidad: es la facilidad que tiene un material para modificar su forma sin romperse. -Fusibilidad: es la facilidad con la que un material se funde. -Maleabilidad: es la capacidad que tienen algunos metales para extenderse o formar láminas. Ejemplo: oro. - Ductilidad: es la capacidad que tienen algunos metales para formar hilos. Ejemplo: cobre. -Soldabilidad: mide la facilidad que tiene un metal de unirse con otro mediante soldadura.
6.3.4 Acústicas -Reflexión: se refiere a la capacidad del material para hacer rebotar una onda de sonido desde su superficie, causando un eco. -Absorción: es la capacidad para convertir las ondas de sonido en calor, cesando su viaje. La potencia de una onda de sonido se mide típicamente en decibelios de nivel de presión de sonido. -Difusión: Se refiere a la capacidad del material de esparcir o redirigir las ondas de sonido en un espacio. -Sombreado de frecuencia: es la capacidad del material de absorber y reflejar sonidos con frecuencias variables. Los sonidos son una suma compleja de diferentes ondas sinusoidales a frecuencias diferentes y la velocidad a la que los materiales pueden absorber o reflejar esas frecuencias definirá el sonido de un edificio o espacio. Estas frecuencias se miden en ciclos hertz.
6.3.5 Ópticas
-Según la cantidad de luz que deje pasar, un material puede ser: -Transparentes: transmiten la mayor parte de la luz y tienen poca absorción y reflexión -Traslúcidos: La luz se transmite difusamente, la luz es dispersada en el interior . -Opacos: No permiten la transmisión de la luz -Luminiscencia: es la capacidad de emitir luz de un material -Refracción: es la capacidad de un material transparente de disminuir la velocidad de la luz que se transmite en el interior de este -Reflexión: es la capacidad de un material de hacer rebotar la luz que choca contra él -Color: el color que tiene un material es una propiedad óptica, ya que varía dependiendo de la luz que absorba y refleje.
6.3.6 Magnéticas El magnetismo es una propiedad por la cual los materiales se atraen o repelen de otros. Todos los materiales tienen propiedades magnéticas aunque sólo unos pocos las tienen en una medida mucho mayor que los demás y los denominamos magnéticos. Los materiales magnéticos se clasifican según su comportamiento al acercarse a un imán o campo magnético: -Paramagnetismo: es la capacidad de un material de ser atraído hacia la región donde el campo magnético es más intenso -Dimagnetismo: es una propiedad de los materiales que consiste en ser atraídos hacia la región donde el campo magnético es más débil -Ferromagnetismo: es la capacidad de un material de producir el ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido.
6.3.7 Ecológicas
Son propiedades que indican cómo afecta el material y su proceso de producción al medio ambiente. Nos dicen si un material es tóxico, biodegradable, contaminante, reciclable…
La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales se agrupan para constituir los diferentes objetos. Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar en combinación. Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el número de protones del núcleo es igual al de electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro.
Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de un elemento. Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquiere carga positiva o negativa, convirtiéndose en un ion. Los iones se denominancationes si tienen carga positiva y aniones si tienen carga negativa.
En la naturaleza los átomos se combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación de dos o más átomos unidos mediante enlaces químicos. La molécula es la mínima cantidad de una sustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades químicas. 6.2.1- Compuestos químicos, mezclas, aleaciones y composites.
Los elementos son sustancias que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza. Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están constituidos por átomos de elementos diferentes, siguiendo una razón fija. Una característica esencial es que tiene una formula química. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrogeno y oxigeno en la razón de 2 a 1 (en número de átomos). Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias que pueden ser elementos o compuestos. En las mezclas no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla, por lo que las sustancias participantes conservan su identidad y propiedades. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos sus componentes están distribuidos uniformemente, es decir, la concentración es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en la mezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc. Este tipo de mezcla se denomina solución o disolución. Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus componentes no están distribuidos uniformemente en toda la mezcla, es decir, hay más de una fase; cada una de ellas mantiene sus características. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc; en ambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasado un determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus características.
Aleaciones: Aleaciones son la mezcla de un metal principal con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. Variando la composición de las aleaciones se puede conseguir un rango de propiedades diferentes para una amplia gama de aplicaciones. Las aleaciones de cobre y zinc se pueden combinar juntas para proporcionar una mayor resistencia a la corrosión. Las aleaciones de aluminio son frecuentemente mezcladas con cobre y manganeso para proporcionar maleabilidad para aplicaciones ligeras. Las aleaciones de níquel ayudan a proporcionar resistencia a los materiales que se funden a bajas temperaturas. También disponen de propiedades anticorrosivas, que hacen que este metal sea ideal para la creación de escaleras, en conjunción con el acero. Las aleaciones de acero se componen principalmente de acero con cromo mezclado en torno al 10 por ciento, que proporciona protección contra la corrosión.
Composites: Las resinas compuestas o composites, son materiales sintéticos compuestos por moléculas de elementos variados. Estas moléculas suelen formar estructuras muy resistentes y livianas, son utilizadas desde mediados del siglo XX en varios campos: Aeronáutica, ingeniería civil, ingeniería naval, odontología, fabricación de prótesis. Se utilizan en odontología en la restauración de dientes, haciendo que se adhiera micromecánicamente a la superficie del diente. Y están formadas por un componente orgánico polimérico llamado matriz y un componente inorgánico mineral o relleno.
6.2.2- Obtención de materiales.
Desde que se extraen de la naturaleza hasta que se utilizan, los materiales sufren una serie de transformaciones. Según el grado de transformación, los materiales se clasifican en: naturales, transformados, sintéticos y reciclados: -Los materiales naturales son los que se usan sin haber sufrido transformación previa, es decir, se emplean tal cual lo hemos obtenido de la naturaleza. Por ejemplo: la piedra, la madera… -Los materiales transformados se obtienen sometiendo la materia prima a procesos físicos y químicos. Las propiedades de estos materiales son parecidas a las de la materia prima de la que proceden. Ejemplos: vidrios, cerámicas… -Los materiales sintéticos se preparan por polimerización (reacción química) de la materia prima. Las propiedades del material resultante no se parecen en nada a las de la materia prima de la que proceden. Ejemplos: plásticos, poliéster, nailon… -Los materiales reciclados provienen del reciclaje de otros materiales ya existentes. La mayoría de los materiales pueden ser reciclados, excepto los que son muy tóxicos.
A lo largo del siglo XIX aumentó espectacularmente el número de los elementos químicos conocidos. Se comprobó, además, que entre algunos elementos existían notables semejanzas en sus propiedades químicas y físicas. Ante este hecho, y con objeto de presentar de modo racional los conocimientos de la Química, se creyó que podría ser muy útil ordenar los elementos de algún modo que reflejase las relaciones existentes entre ellos. Tras varios intentos, en 1869 el químico ruso D. Mendeleiev presentó una tabla en la que aparecían los elementos distribuidos en filas y columnas, agrupados ordenadamente en diversas familias, siguiendo un orden creciente de masas atómicas.
En la actualidad esta tabla aparece bastante modificada: Los elementos están ordenados en siete hileras horizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos. Los elementos de un mismo periodo tienen el mismo número de niveles de energía y sus propiedades varían periódicamente al avanzar en la fila. -El primer periodo (la primera hilera), que contiene dos elementos, el hidrógeno y el helio, y los dos periodos siguientes, cada uno con ocho elementos, se llaman periodos cortos. -Los periodos restantes, llamados periodos largos, contienen 18 elementos en el caso de los periodos 4 y 5, o 32 elementos en el del periodo 6. -El periodo largo 7 incluye el grupo de los actínidos, que ha sido completado sintetizando núcleos radiactivos más allá del elemento 92, el uranio. Los grupos o columnas verticales de la tabla periódica se clasifican tradicionalmente de izquierda a derecha utilizando números romanos seguidos de las letras 'A' o 'B', en donde la 'B' se refiere a los elementos de transición. Todos los elementos de un grupo presentan una gran semejanza debido a que tienen el mismo número de electrones de valencia.
Hoy en día, debido a los avances en física, química e informática, la creación de nuevos materiales se ha convertido en algo más que esperanzador. A esto le podemos sumar la gran invención de los últimos tiempos: la nanotecnología.
Actualmente y debido a la sobreexplotación que han sufrido los recursos no renovable, es preciso transitar un modelo de energía sostenible que pueda cubrir sus necesidades energéticas garantizando futuro a las futuras generaciones.
Las vías para alcanzar un modelo de energía sostenible son:
Usar de forma racional la energía, tratando de no gastar energía de forma innecesaria. Usando de forma más eficiente la energía en nuestras casas, se podría ahorrar un 20% de esta.
Construcción, gracias a los avances tecnológicos, de utensilios y máquinas que utilizan de forma más eficiente la energía, como las bombillas de bajo consumo.
Tratar de reducir la emisión de CO2.
Investigación en las energías convencionales, como la cogeneración.
Potenciación de las energías renovables que aún son una pequeña parte del suministro energético. El incremento de la aportación de las energías eólica, solar, de la biomasa, etc. contribuye a rebajar la emisión de gases de efecto invernadero y a disminuir la dependencia energética de los combustibles fósiles
Desarrollo de nuevas energías que actualmente están en fase experimental o de investigación y pueden aportar una parte muy importante del consumo energético futuro, Entre ellas merecen especial atención el hidrógeno y la fusión nuclear.
Todas las formas de obtener energía tienen tanto ventajas como inconvenientes. Ahora vamos a ver cuales son las de cada apartado explicado anteriormente.
Centrales de combustible fósiles
Como ventajas presenta:
Funcionamiento independiente de las condiciones meteorólogicas
Basada en tecnología muy desarrollada
Transporte de combustibles fósiles a las centrales mucho más barato y fácil
Unidad de energía producida más barata
Tambien tiene algunas desventajas que son:
Gran impacto ambiental
Emisión de gtandes cantidades de CO2 a la atmósfera
Algunas generan óxido de nitrógeno, y azufre
Generan grandes cantidades de residuos
Centrales nucleares
Las pricipales ventajas son:
La nuclear es hoy por hoy la única alternativa “libre de carbono” operativa alcanzable que puede hacer frente a los combustibles fósiles y por tanto al calentamiento global.
La energía producida en las centrales nucleares y la cadena de producción del uranio es la más ajena a la especulación debido al alto control ejercido por los estados.
Los residuos contaminantes de las nucleares son hoy por hoy los únicos que se almacenan y vitrifican impidiendo su dispersión libre a la atmósfera.
Pero por otro lado se generan una gran cantidad de residuos nucleares muy peligrosos y difíciles de gestionar y, debido a accidentes, pueden producir una catástrofe que afecte a todo el planeta
Centrales de energías renovables
Las principales ventajas son:
Son respetuosas con el medio ambiente, no contaminan y representan la alternativa de energía más limpia hasta el momento.
Al generar recursos por si misma, la energía solar contribuye a la diversificación y el autoabastecimiento.
Desarrolla la industria y la economía de la región en la que se instala.
Genera gran cantidad de puestos de trabajo, los que se prevén en un aumento aun mayor de aquí a unos años teniendo en cuenta su demanda e implementación.
Por otra parte, las desventajas son:
La inversión inicial, la que supone un gran movimiento de dinero y que muchas veces la hace parecer no rentable, al menos por el primer tiempo.
La disponibilidad puede ser un problema actual, no siempre se dispone de ellas y se debe esperar que haya suficiente almacenamiento. Esto tiene una estrecha relación con el hecho de que están comenzando.
Se lleva a cabo en centrales termoeléctricas convencionales. Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las centrales es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado. Una central termoeléctrica convencional posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera. Este vapor entre a gran presión en la turbina de la central y hace girar la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje de la turbina hace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador. Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.
Centrales nucleares
Las centrales nucleares constituyen un tipo específico de instalaciones termoeléctricas que aprovechan una fuente de calor para convertir en vapor a alta temperatura un líquido que circula por una red de conductos. El vapor acciona el grupo turbina-alternador, generando energía eléctrica. La principal diferencia entre centrales nucleares y centrales clásicas es que, en las primeras, la fuente de calor se obtiene a partir de la fisión de núcleos de uranio. A diferencia de las centrales termoélectrica convencional, las nucleares cuentan con un reactor. Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, con los medios adecuados para extraer el calor generado. Un reactor nuclear consta de varios elementos, que tienen cada uno un papel importante en la generación del calor. Estos elementos son:
El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un compuestro de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tantro, es la fuente de generación del calor.
El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos, llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua , el grafito y el agua pesada.
El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor. Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
El reflector, que permite reducir el esacape de neutrones de la zona del combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada.
Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones, permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y subcrítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante.
El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.
Después de las fisiones, sucede lo mismo que en el resto de centrales termoélectricas: el vapor mueve turbinas que generan electricidad.
Centrales de energías renovables Las energías renovables son aquellas que provienen de fuentes que no corren el peligro de agotarse, independientemente de lo mucho que las usemos. Las más importantes son:
El viento: energía eólica
La energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire es convertida en energía eléctrica, al hacer girar el viento las aspas de los aerogeneradores, que están conectados con un generador que produce energía eléctrica
El calor de la Tierra: energía geotérmica
Se transforma la energía térmica del interior de la Tierra en energía eléctrica al calentar el agua que hay en acuíferos y convertirlas en vapor que mueve turbinas de las las centrales geótermicas.
Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica
Se transforma la energía cinética del agua en energía eléctrica. Esta energía se obtiene en presas, en las que se va acumulando agua, que va cayendo con violencia moviendo las turbinas que hay en la parte baja de la presa y produciendo energía.
Los mares y océanos: energía mareomotriz
Se aprovecha la subida y bajada del nivel del mar con las mareas para que se muevan unas turbinas, lo que produce energía eléctrica.
El Sol: energía solar
Hay dos formas de aprovechar la energía solar:
-La energía solar térmica hace calentar el agua de las centrales, lo que hace que se convierta en vapor y mueva turbinas.
-La energía solar fotovoltaica se transforma en energía eléctrica. Se aprovecha el efecto fotovoltaico: un material semiconductor genera un flujo de electrones cuando la luz incide sobre él.
La biomasa
La biomasa es la utilización de la materia orgánica (biocombustible) como fuente energética.
Su contenido energético puede aprovecharse a través de diferentes procesos de transformación para obtener energía útil en sus diversas formas: energía térmica o eléctrica:
-Biomasa térmica: el uso de biocombustibles en calderas, estufas, hornos o chimeneas produce calor para climatización (frío y calor), agua caliente sanitaria o proceso industrial.
-Biomasa eléctrica:los biocombustibles se utilizan en calderas para producir vapor que se aprovecha en una turbina para generar electricidad. También pueden transformarse en gases (biogás en procesos de digestión anaerobia o gas pobre en procesos de gasificación) que se utilizan en turbinas de gas o motores alternativos.
Las olas: energía undimotriz
La energía cinética de las olas hace mover turbinas, que producen energía eléctrica.
