Química. Nuevos materiales

Los nuevos materiales han provocado, a lo largo de la historia, pasiones y guerras. Algunos son naturales, otros los buscamos en el espacio, pero la mayoría son producto de nuestro ingenio.
Hasta hace un siglo sólo se conocían unos 160 materiales, pero en los últimos años con el avance de la ciencia y la tecnología, hemos podido desarrollar nuevos materiales que nos hacen la vida un poco más fácil alcanzando alrededor de 160.000.  El origen de estos materiales nuevos puede ser desde un nuevo uso de materiales existentes, hasta la observación de estructuras naturales pasando por la investigación en la unión de átomos.
Los nuevos materiales los diseñamos a la carta, es decir, con un propósito y con una utilidad ya predeterminada no como antiguamente que con la llegada de nuevos materiales era necesario buscarles una utilidad como pasó con el acero o el plástico.
Es importante invertir en el desarrollo de nuevos materiales ya que probablemente pueden ser la solución para la sostenibilidad energética en un futuro, actualmente, el ámbito médico es uno de los que más se está beneficiando de estos materiales; Veamos algunos ejemplos de los nuevos materiales más llamativos:

- El "Teflón": Es un polímero compuesto que tiene la capacidad de repeler todo aquello que se le acerca. Fue creado en 1938 (popularizado en 1960) y utilizado por primera vez por los cirujanos ortopedas, ya que es tan inerte que el cuerpo no lo rechaza. ¿Por qué ha sido importante su descubrimiento? Es usado para realizar prótesis óseas, tráqueas artificiales, válvulas para el corazón, tendones, conductos biliares… En la II Guerra Mundial se usó para almacenar los compuestos de uranio. Hoy en día es usado como revestimiento en sartenes, moldes… para evitar que los alimentos se queden adheridos al cacharro mientras se cocina.

- El "Nylon": En 1935 la compañía ‘’Du Pont’’ encargó la producción de materiales sintéticos con propiedades parecidas a las de los polímeros naturales como la seda o la celulosa. A partir del poliéster nació esta revolución en el mundo textil. ¿Por qué ha sido tan importante su descubrimiento? A raíz de la invención del nylon la industria textil se vio favorecida al poder utilizar un nuevo material económicamente más barato y duradero con características similares a lo que ya se producía.

Carteles promocionales con las ventajas del nylon.

 

- El "Terminator": Desarrollado recientemente por unos investigadores españoles del País Vasco, se trata de un polímero autorreparable. Cuándo se rompe, al cabo de un tiempo se autoregenera en un 97%. Su utilidad en un futuro podría ser la de formar parte carcasas de móviles, objetos de vidrio y cristal y con mucha más investigación incluso de estructuras de edificios.

Proceso de regeneración del "Terminator"

- El "Coltán": Es un nuevo material fabricado a partir de la columbita y la tantalita, su actual uso es formar parte de microprocesadores, baterías de móviles, componentes electrónicos, aleaciones de acero para oleoductos, centrales nucleares…

- La "Espuma de titanio": Descubierta recientemente por científicos alemanes, es el resultado de mezclar espuma de poliuretano con una solución de polvo de titanio, dando como resultado la llamada ‘’espuma de titanio’’, ¿Qué usos le podríamos dar en un futuro? Ya que es muy resistente y ligera, podría utilizarse en medicina para regenerar huesos, ya que al ser porosa permite el crecimiento del hueso en el interior quedando este implante integrado con él como el caso de los implantes dentales...

- La "Seda artificial de araña": Una empresa japonesa ha logrado conocer cómo producir fibroína, una proteína creada por las arañas para segregar su seda. ¿Qué usos le podríamos dar en un futuro? Este nuevo material podría ser usado como protector debido a su flexibilidad y capacidad adherente.

- La "Upsalita": Descubierta por científicos suecos, se trata de unas perlitas súper-absorbentes.  ¿Qué usos le podríamos dar en un futuro? La upsalita podría ser utilizada como absorbente de residuos marinos en grandes cantidades, para limpieza en hogares y en tecnología podría ir incrustado en equipos electrónicos para evitar que se estropeen al caerles líquidos, aumentado así su duración.

- El "Aerografeno": Descubierto por científicos chinos, es el nuevo material conocido más ligero del mundo. Creado a base de grafeno se plantea que podría servir para limpiar vertidos tóxicos en el mar, ya que es capaz de absorber hasta 900 veces su propio peso.

 

En mi opinión, es muy importante la investigación que se está llevando a cabo a la hora de investigar en la unión de átomos para crear nuevas sustancias o materiales. Es muy importante que se enfoque una parte de la investigación de hoy en día a este ámbito ya que de la mayoría de estos nuevos descubrimientos viviremos en un futuro, por ejemplo con el aerografeno podremos limpiar mares y océanos de la suciedad que producimos diariamente llevando a cabo una tarea ecológica y de sostenibilidad muy importante y necesaria para el mantenimiento de la vida en el planeta. O por ejemplo, el teflón o la espuma de titanio en el ámbito de la medicina, permitiendo nuevas formas se reparar huesos, crear prótesis, crear válvulas para el corazón... Esto no son más que unos de los pocos hechos que confirman la importancia de investigar las uniones atómicas que permitan crear materiales y sustancias útiles para el desarrollo del ser humano.

Química. Radiación electromagnética. Partículas fundamentales.

1. ¿Qué es la radiación electromagnética?
La radiación electromagnética es una forma de energía resultante de una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que tiene la capacidad de propagarse a través del vacío con eficiencia y velocidad (totalmente al contrario que otros tipos de ondas como el sonido que necesitan un medio material por el que viajar), además, transporta energía de un lugar a otro.


Radiación electromagnética

1.1 ¿Cuál es la naturaleza de esta radiación?

La radiación electromagnética no está constituida por materia; está constituida (o podría decirse que es transportada) por un tipo de partículas denominadas fotones, pero, ¿qué son los fotones? Los fotones son partículas sin masa y por lo tanto no son materia.

Según la física clásica una partícula debía de tener masa, enunciado que contradecía la naturaleza del fotón, por ello la física moderna modificó el enunciado de partícula hacia uno más abierto; las definió como entidades que portan energía pero no necesariamente poseen masa, su posición varía y pueden existir simultáneamente en varias posiciones. Con esta definición se englobó el concepto de fotón.
Otro concepto que incumbe a la naturaleza de la radiación electromagnética son las ondas, estas son movimientos oscilatorios que se propagan en una determinada dirección. Dentro de las ondas destacamos varias partes, su frecuencia, que indica el número de oscilaciones por unidad de tiempo; la longitud, que corresponde a la distancia entre dos puntos equivalentes consecutivos (como dos crestas o dos valles) y la amplitud, correspondiente a la máxima distancia alcanzada por las partículas respecto a su equilibrio.


Onda electromagnética.

Respecto a los fotones y las ondas, ¿qué característica tienen los fotones que permite esa variación en forma ondulatoria conforme se propaga?
Las fuerzas eléctrica y magnética. Estas dos fuerzas acompañan al fotón durante su recorrido, conforme avanza estas aumentan y disminuyen su intensidad provocando así el fenómeno de la onda electromagnética. Se disponen de forma perpendicular entre ellas y a la dirección de propagación de la onda.

Onda electromagnética en tres planos perpendiculares entre sí;
el eléctrico (E), el magnético (B) y la dirección de
propagación de la onda (Y).

En conclusión, podemos afirmar que la naturaleza de la radiación electromagnética se compone de dos partes, la primera serían las partículas denominadas fotones, equivalentes a paquetes de energía que se mueven a una velocidad de 300.000km/s en el vacío y que en su trayectoria presentan un campo de fuerzas magnéticas y otro de eléctricas que oscilan dando lugar a la onda permitiendo así su propagación.

1.2 Ventajas e inconvenientes del uso cotidiano de la radiación electromagnética
Hoy en día, la radiación electromagnética está tan presente en nuestras vidas que hay que pararse a pensar sí realmente esto tiene más aspectos beneficiosos que negativos.
Es realmente difícil imaginarse la vida en la Tierra tal y como la conocemos hoy en día sin el efecto de esta radiación pues, la gran mayoría de los aparatos que utilizamos a diario en el hogar la requieren y, es más, a primera vista estos sólo nos aportan ventajas; son cómodos, fáciles de usar y rápidos por lo que por este lado no deberíamos de deshacernos de la radiación electromagnética para que sigan funcionando. Sin irnos muy lejos, los teléfonos móviles usan una radiación electromagnética en el rango de microondas, pero, según la OMS a largo plazo puede resultar dañina. Además, estos últimos días se ha divulgado la noticia de que la radiación electromagnética podría formar parte de los tratamientos de cáncer en un futuro. A parte de estos ejemplos, los microondas que utilizamos a diario en las cocinas, la televisión o los rayos X de las radiografías también utilizan esta radiación para su funcionamiento.
Por el contrario, la radiación electromagnética a corto plazo es común que produzca dolores de cabeza, insomnio o mareos y a largo plazo incluso quemaduras y alteraciones del ADN que podrían acabar en problemas es en sistema nervioso central (en el caso de la radiación  ultravioleta)
En mi opinión, entre los dos extremos como son el de mantener la radiación a toda costa y erradicarla pienso que la humanidad debería situarse en un punto intermedio como nos aconseja la OMS; con una energía escasa la vida no saldría adelante pero con un exceso tampoco pues acabaría con todo ser vivo. Es necesario hacernos conscientes de que debemos intentar reducir el uso de aparatos que requieran la radiación y si son realmente necesarios, por ejemplo, desconectarlos cuándo no estén en uso sería una buena forma de comenzar a reducir la emisión de radiaciones a parte de buscar alternativas a su uso.

 

2. Fuerzas dentro de los átomos. Partículas fundamentales 
Los átomos son la unidad más pequeña en la que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas, además, componen toda la materia. A su vez, un átomo está compuesto de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Sí los átomos de una sustancia se dividen, la identidad de esta puede destruirse, por ello son necesarias unas fuerzas que actúen dentro de los átomos para mantenerlos tal y como son.
En la naturaleza hay cuatro tipos de fuerzas fundamentales, la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. A nivel atómico la gravedad en tan débil que la fuerza que ejerce es más bien irrelevante, aunque esta tiene gran importancia a nivel macroscópico. Lo mismo ocurre más o menos con la fuerza nuclear débil, especialmente importante en la física avanzada de las partículas, aunque esta sí cumple una función dentro de los átomos. Las fuerzas nuclear fuerte y electromagnética son las esenciales a la hora de responder a la pregunta "¿Qué es lo que mantiene unidos los átomos?"


Estructura de un átomo

• Protones con neutrones (núcleo atómico):

- Fuerza electromagnética: El núcleo de un átomo contiene protones con carga positiva y neutrones que no poseen carga electromagnética. No existe ninguna fuerza que mantenga unidos los protones con los neutrones pues a este nivel la gravedad es insignificante, pero, los protones del núcleo se repelen fuertemente entre sí al estar muy cercanos los unos de los otros. Sí la distancia entre los dos objetos repelidos disminuye, la fuerza electromagnética entre ellos aumenta y viceversa, por lo tanto la fuerza de repulsión es bastante grande al ser pequeña la distancia que los separa.

- Fuerza nuclear fuerte: Los protones del núcleo pese a repelerse entre ellos no llegan a separarse (de ahí que el átomo pueda permanecer unido), esto es debido a la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza es muy fuerte a cortas distancias; sí tuviésemos dos protones en el núcleo de un átomo repeliéndose entre sí, la repulsión electromagnética entre ellos aumentaría al igual que la nuclear fuerte, al estar los dos muy muy cerca la fuerza nuclear fuerte vencería a la de repulsión y los mantendría unidos.

Los protones y neutrones no son partículas fundamentales, estos están formados por unidades más pequeñas denominadas quarks (que ya sí son partículas fundamentales) combinados de manera específica para formar estos dos tipos de partículas subatómicas. Los electrones a día de hoy no tienen partículas fundamentales conocidas por lo que son considerados fundamentales ellos mismos.

- Fuerza nuclear débil: Como ya hemos dicho, los protones están formados por quarks, que tienen diferentes cargas eléctricas. Para que el protón resulte con carga positiva es necesario mantener un equilibrio de cargas eléctricas; de mantener este equilibrio se encarga la fuerza nuclear débil pues su función es unir los quarks dentro de un protón. Además, esta fuerza también se encarga de anular la carga de los quarks dentro del neutrón.


Estructura de los tres quarks
que forman el protón, dos quarks arriba (u de up)
y uno abajo (d de down).

Estructura de los tres quarks
que forman el neutrón, un quark arriba (u de up)
y dos abajo (d de down).




• Núcleo atómico con los electrones:

Los electrones, con carga negativa se sitúan en órbitas alrededor del núcleo de carga positiva; son atraídos hacia él mediante fuerzas electromagnéticas. Esto se corrobora mediante la afirmación de que las cargas opuestas se atraen.

En resumen, los átomos no se mantienen unidos por arte de magia, tienen unas fuerzas actuando entre sus componentes que les permiten adoptar la forma con la que los conocemos. Estas fuerzas son las denominadas fundamentales de la naturaleza que logran unir protones, neutrones y electrones gracias a su interacción. Además, estas fuerzas participan en la unión de las partículas fundamentales como lo son los quarks que juntos dan lugar a las partículas elementales componentes de los átomos. Se podría decir que sin la existencia de estas fuerzas los átomos no existirían pues sus componentes se repelerían entre sí y no podrían juntarse,  por tanto la materia como tal tampoco aparecería pues todos sabemos que esta está formada por átomos.

Ecología. Meses de Mayo y Junio.

En estos meses, nuestro trabajo en el huerto ha terminado prácticamente pues hemos sufrido una fuerte sequía después de Semana Santa que ha secado prácticamente todos los cultivos, menos mal que ya habíamos obtenido los guisantes y las habas antes de esta sequía; las primera semana de Mayo nos centramos en terminar nuestros proyectos para la Feria de las Ciencias a la que fuimos la segunda semana con el proyecto "Ecoalimentos: Origen y conservación" que fue todo un éxito. El día 21 de mayo nos dedicamos a desembalar todo lo que nos habíamos llevado para colocarlo en los respectivos laboratorios y ordenamos un poco el laboratorio de química.

En Junio, nos dedicamos a recogerlo todo y dar por finalizado este año en el huerto, dejando al 1º de  Bachillerato del año que viene las parcelas y los futuros cultivos terminando así la asignatura de Ecología.

Rendimiento de la parcela de habas y guisantes.

Parcela de guisantes y habas.
En la que hasta ahora había sido la parcela en la que plantamos los guisantes y las habas se han dado por concluido los cultivos por lo que hemos tenido que calcular el rendimiento que ha tenido la parcela desde el pasado Octubre hasta el mes de Abril con esta fórmula:

 

 



                                           

                                                Tamaño de la parcela.

Guisantes.

Guisantes.

Habas.

Habas.



Ecología. Mes de Abril.

- Miércoles día 2: Este miércoles hemos tomado medidas y comprobado que nuestro brócoli esta empezando a madurar y crecer y la lechuga a ponerse cada vez más frondosa. El romanesco, las habas y los guisantes siguen viento en popa, tanto que dentro de poco las habas y guisantes volverán a quedarse sin fruto.
18º semana.

Guisantes.

Habas.

 16º semana.

Brócoli.

Romanesco.

Escarola.

14º semana.

Lechuga.

 

- Miércoles día 9: Hoy hemos acudido al barrio del Quemadero/La Fuentecica a ayudar a los vecinos y vecinas a plantar en unos bancales para dejar el barrio bien bonito y de paso colaborar con la Asociación Almería Acoge y la Fundación Cepaim.

 

- Miércoles día 23: Hoy en el huerto ha sido un día un tanto extraño, cuándo hemos entrado recién llegados de las vacaciones de Semana Santa nos hemos dado cuenta de que nuestras plantitas de habas y guisantes estaban más muertas que vivas y era de esperar, después de ocho meses creciendo y regándose todas las semanas y tras dar las semillas de guisantes y habas respectivamente (que bien buenas que estaban) las pobres necesitaban irse al otro barrio. Al haber finalizado la primera parte de nuestros cultivos, debemos calcular el rendimiento de la parcela que hasta ahora contenía las plantas de guisantes y habas que publicaré en las próximas entradas, para ello hemos limpiado bien las parcelas y los restos de matas secas los hemos pesado para después, con las medidas de la parcela que publicamos allá por Septiembre calcular cómo de bien ha ido el rendimiento de la parcela.

Respecto a nuestros otros cultivos, el brócoli, la escarola, la lechuga y el romanesco siguen estando en su sitio pero probablemente la próxima semana los arrancaremos también y aprovecharemos lo comestible, ahí van las fotos del día de hoy:

Escarola

Escarola

Escarola

Brócoli

Nuestra parcela de habas y guisantes

Escarola

Brócoli

Limpiando las parcelas

Escarola

Escarola

Lechuga

Romanesco

- Miércoles día 30: Hoy en el huerto hemos limpiado todo el terreno y barrido los alrededores de las parcelas de forma que hemos dejado bien limpio todo para cuándo nos toque recolectar el resto de nuestra parcela, además, hemos ultimado detalles para la Feria de las Ciencias 2014 de Sevilla.