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Tema 8. Nuevas necesidades, nuevos materiales. 1. La humanidad y el uso de los materiales: La Revolución industrial del siglo XIX no se formó sin acero, y más recientemente algunos autores hablan de la Edad del silicio, debido al uso de este elemento en la microelectrónica.
-La aeronáutica: Ha proporcionado enormes esfuerzos investigadores. El progreso de la aviación comercial o militar y los vuelos espaciales suponen un reto permanente a científicos e ingenieros. Por ejemplo, era necesario impedir que una nave espacial desapareciera al volver a la atmosfera por las altísimas temperaturas que se alcanzan en el choque con ella. Se fabricaron sustancias ligeras y resistentes, llamados composites.
-La medicina: Ofrece retos apasionantes a los que inventan. Uno de estos retos es implantar un tornillo que sujete huesos rotos, pero que, dado el medio acuoso de la materia viva, no se oxide o descomponga. Cuando un vaso sanguíneo se obstruye y deteriora, es necesario sustituirlo. Una lente de un derivado del metacrilato puede sustituir un cristalino opaco en el ojo de una operación de cataratas.
2.Los nuevos materiales: son uno de los ejemplos más notables en la relación entre el desarrollo científico y tecnológico, la creatividad y la innovación. Estos materiales se clasifican en:
-Metales: Presentan propiedades como conductividad térmica y eléctrica, densidad elevada y gran tenacidad, ductilidad, etc. Algunos se comportan como superconductores a muy bajas temperaturas y otros tienen propiedades magnéticas. Alguno de los metales mas utilizados son:
·El aluminio, que es de los mas utilizados, por ser muy dúctil y maleable, lo que hace que se trabaje fácilmente. Se utiliza para envases de bebidas, papel de aluminio, menaje de cocina, laminas, carpintería metálica, aviones... A pesar de ser el metal mas abundante en la corteza terrestre, solo se puede extraer a partir de la bauxita, mediante un proceso que consume mucha energía y da unos barros muy contaminantes. ·El zinc: Se utiliza en la fabricación de pilas, por su resistencia a la corrosión, en revestimientos para evitar su oxidación, y en aleaciones para latón y bronce. La industria lo emplea para fabricar pinturas, colorantes, conservantes de madera o ungüentos. ·El níquel: Forma aleaciones con hierro, cobre, cromo o zinc de múltiples usos, como fabricación de monedas, artículos de joyería y acero inoxidable. ·El litio: Se aprovecha para espesar grasas lubricantes. ·El estaño: con el se fabrica latón, bronce y materiales para soldadura. Es uno de los componentes de hojalata para los envases de bebidas o el recubrimiento interior de latas de bebidas, alimentos o aerosoles.
-Semiconductores: son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes, y que constituyen la base de la industria electrónica. El mas usado es el silicio, que a temperatura ambiente tiene propiedades de metal o aislante.
-Cerámicas: incluyen desde la sal común hasta silicatos complejos. Suelen ser óxidos o carburos. Se definen como materiales no orgánicos ni metálicos. Son muy fragiles, y presentan muy baja conductividad.
-Polímeros: S el resultado de la union de pekeñas moléculas organikas llamadas Monoceros, tienen baja densidad y temperatura de fusion. S uno d ls materiales + recientes, suele obtenerse delk petroleo, y entre ellos estan los plásticos, (ligeros impermeables flexibles baratos y resistentes a la koprrosion) x lo ke son utilizados en muxas aplicaciones. Es necesario reciclarlos x ke son muy cntaminantes. El cauxo o goma natural es un polimero derivado de los hidrocarburos, ke se obtiende del latex del arbol del kauxo, se utilizan en los neumáticos de coches, por lo ke se realiza 1 proceso de adiicion de azufre llamada vulcanizacion. La silicona es un polimero de silicio inerte y estable a altas temperaturas, se utiliza en lubreicanets, impermeabilizantes, adhesivos y en medicina para fabricar lentes de contacto, valvulas kardiakas e implantes mamarios.,
-Composites: Son materiales mixtos obtenidos de la familias (metales, cerámicos y pomimeros), se introducen fibras en una resina polimerica (plasticos). Se compone de varios tipos de refuerzo, fibras cortas, largas o particulas. La matriz (polimero) le da volumen y protege las fibras, se producen buscando kualidades conkretas como bajo peso, tenacidad. Etc. Como son resistentes y de bajo peso se usan en carroceria de coches, motos o aviones. No se conoce su durabilidad con precision, porque son muy recientes pero se empiezan a emplear en las construcciones de edificios. Pueden ser mas duraderos k el hormigón y el acero.
3. Nanotecnología: es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales aparatos, y sistemas funcionales a través del kontrol de la materia a nanoescala y la explotacion de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.
-Los microscopios nanotecnologicos: los científicos de IBM fabricaron el microscopio de efecto tunel, entoces los electrones pueden escapar d su orbita y crear un tunel hacia el oto lado d1 espacio determid y separao xuna diferncia dpotencial, asi se produce 1 microcorrnte elect y sa lograo obsevr lsuper d1 metal yldisposicn dsus atoms,
Los nanotubos: un fulereno es 1 nanoestructura compuest x 60atoms dcarb cn 1 form parecia a1 icosaedro mu regular y proxim a la sfera. Los fulerenos diron paso als nanotubos dcar.y tene propid mu especials kson las fibras mas resistnt kse conocen, cnducen mu bien la electri y sn mu lgeros u elasticos.
Nanometros es un sistm d medidas pa medir la longui d1 nanotubo.
Aplicacons dla nanotecnología: APLICACIONES EN MEDICINA: La manipulación atomica permitira la manupulacion de medicamentos. Adn preparado para producir determinadas sutancias , reparacion de tejidos con estructuras autoreparables y materiales sustitutitos de los tejidos organicos, curacion de enfermedades como el caner, etc. Y se podra utilizar nanotubos en terapias genicas. APLICACIONES EN INFORMATICA Y ELECTRONICA: La mikroelctroncia reducria aun más los tamaños y aumentara la fiabilidad del alacenamiento de información, el spin del electron podra sustituir con mas velocidad y menor consimo de energia al pasar (1) y no pasar (o) corrientes de los actuales sistemas. Así se conseguira Internet a altisimas velocidades, annotelefonos, etc. APLICACIONES EN LA CONSTRUCCION: Nanomateriales para fabricación de carrocerias, raquetas, etc. Fabricacion de nanomotores y nanorobots (que podrían introducirse en un cuerpo) y hacer actividades de diagnostico y tratamiento.
4. EL RESULTADO DEL USO DE LOS MATERIALES: Un poco de historia: La humanidad ha producido desechos que han sido reutilizados para procesos de sucesivas reutilizaciones o reciklajes, los residuos se convirtieron en un problema ambiental x la rebolucion científica tecnologias, industrial , del siglo XlXX.
-las basuras y los residuos: La basura engloba a todos los materiales solidos producto de las actividades humanas que es necesario eliminar, Residuos: todo material que resulta de procesos de fabricación, transformación, utilización, consumo y limpieza cuando su propietario lo abandona xke no tiene utilidad.
-Tipos de residuos: 1- Solidos urbanos: son lso k se generan en lso domicilios particulares x actividades domestica,s y los producidos en comercios, oficinas y servicios urbanos
2- resid. Sanitarios: lo genern las acti d atncion medica y lavoratoris d investgcn sanitaria. Puedn ser driesgo y dbn gestionars modo specifico pa asegurar lsalud.
3- resid. Industriales: son ls kse genern en procesos dfabricacn dl industria y carecn dvalor como mercancia. Hay 3 gurps: - inertes: sn escombros y materials similares, n son peligrosos pal entorno aunk algns puedn ser toxicos. -similars a residuo solids urbanos: son ls rectos d comedores, basura d oficins… kpor sus caracteristics puedn ser gestionads jnto cn ls RSU. - peligrosos: son sustancias k x sus carácteristi o composicn kimika sn un peligro pa la salud opal medio ambiente. . 4. Agrarios: Akeyos kse kdan enl campo no se considran residuos xk al descomponerse restituyen ls nutrientes al sustrato.
5 ganaderos: procedn dls explotaciones intensivas y puedn ser solids(estiércol) o likds( purines) huelen mal y dan problems sanitarios e higienics. 6residuos radiactivos: son akeños k emitn radiactividad, son peligrosos xk en peke cantidads puedn emitir dosis d radiación nocivas pala salud umana y duran muxo emitindo radiacions d 1000 añs.
5.LA GESTION DE RESIDUOS. Es el conjunto de operaciones dirigidas a dar a los residuos producidos en una zona el destino global más adecuado dsd el pnto d vsta ambiental y sanitario.
1:Principios para la gestión de residuos: -Principio de prevención: La producción de residuos debe evitarse o al menos reducirse en lo posible, pues el residuo k no s produce n tiene ke ser eliminado. Una buena gstion inkluye procesos d minimización n el origen y la aplicación del reciclaje. -Principio de quien contamina, paga: el productor d ls residuos o el ke kontamina el entorno debe d responsabilizarse de ls costes q ocasiona su tratamiento -Principio de precaucion: los problemas potenciales deben d anticiparse. -Principio de proximidad: ls residuos deben eliminarse lo más cerka posible d su origen.
2. Fase de gestion de residuos: Su recogida y transporte, tratamiento y su eliminación y reciclaje. Estas operaciones se aplican de modo specifiko a cada tipo d residuo. TRATAMIENTO D LS RESIDUOS: Las operaciones se llevan a cabo para eliminar o rekuperar ls residuos.Inkluyen procesos d transformación (mekanikos, kimikos, biológicos o d rekuperacion energética) y los empleados en el vertido final d ls restos no recuperados o de ls obtenidos n ls procesos anteriores. Tratamiento habitual de residuos: 1- Deposito en vertederos. Los restos pueden sufrir un tratamiento ambiental mediante un vertido sin kontrol o controlado. 2.Compostaje: Ls restos pueden ser utilizados para la producción d abono o composta. El compostaje es una descomposición aerobia d la materia organika de los residuos en condiciones controladas. 3-Incineracion: s el tratamiento energético + habitual d ls residuos. Es un proceso k transforma la fraccion organika en materia inerte y gases. El kalor obtenido en el proceso se puede aprovexar parakalefaccion urbana o generar energia electrika. 4. Tratamiento biológico: algunos procesos mikrobiologikos, komo la fermentación anaerobia, producen biogás. Esto se puede usar komo kombustible o producir energia elektrika.
3. La regla de las 3 Erres: Reducir, reutilizar y reciclar, la regla de las tres erres.
REDUCIR: los residuos implika adkirir habitos y comportamientos d konsumo k ayuden a disminuir ls residuos adkiriendo productos k tengan al menos impakto ambiental y evitando generar basura innecesaria. REUTILIZAR: emplear varias veces o d diversas formas ls residuos de konsumo sin tratarlos o transformarlos para la misma funcion u otra. RECIKLAR: es utilizar los residuos komo materia prima xra elavorar productos similares o diferentes inkluido el compostaje o la generacion biológica.
4. La recogida selectiva de residuos implika una separacion n el origen d ls residuos q generamos. Los distintos kubos domesticos, contenedores urbanos, puntos limpios, adecuados a la rekogida selectiva de materia organika, vidrio, papel y carton, envases de plásticos o metal, pilas, y baterias, medicamentos.
-La aeronáutica: Ha proporcionado enormes esfuerzos investigadores. El progreso de la aviación comercial o militar y los vuelos espaciales suponen un reto permanente a científicos e ingenieros. Por ejemplo, era necesario impedir que una nave espacial desapareciera al volver a la atmosfera por las altísimas temperaturas que se alcanzan en el choque con ella. Se fabricaron sustancias ligeras y resistentes, llamados composites.
-La medicina: Ofrece retos apasionantes a los que inventan. Uno de estos retos es implantar un tornillo que sujete huesos rotos, pero que, dado el medio acuoso de la materia viva, no se oxide o descomponga. Cuando un vaso sanguíneo se obstruye y deteriora, es necesario sustituirlo. Una lente de un derivado del metacrilato puede sustituir un cristalino opaco en el ojo de una operación de cataratas.
2.Los nuevos materiales: son uno de los ejemplos más notables en la relación entre el desarrollo científico y tecnológico, la creatividad y la innovación. Estos materiales se clasifican en:
-Metales: Presentan propiedades como conductividad térmica y eléctrica, densidad elevada y gran tenacidad, ductilidad, etc. Algunos se comportan como superconductores a muy bajas temperaturas y otros tienen propiedades magnéticas. Alguno de los metales mas utilizados son:
·El aluminio, que es de los mas utilizados, por ser muy dúctil y maleable, lo que hace que se trabaje fácilmente. Se utiliza para envases de bebidas, papel de aluminio, menaje de cocina, laminas, carpintería metálica, aviones... A pesar de ser el metal mas abundante en la corteza terrestre, solo se puede extraer a partir de la bauxita, mediante un proceso que consume mucha energía y da unos barros muy contaminantes. ·El zinc: Se utiliza en la fabricación de pilas, por su resistencia a la corrosión, en revestimientos para evitar su oxidación, y en aleaciones para latón y bronce. La industria lo emplea para fabricar pinturas, colorantes, conservantes de madera o ungüentos. ·El níquel: Forma aleaciones con hierro, cobre, cromo o zinc de múltiples usos, como fabricación de monedas, artículos de joyería y acero inoxidable. ·El litio: Se aprovecha para espesar grasas lubricantes. ·El estaño: con el se fabrica latón, bronce y materiales para soldadura. Es uno de los componentes de hojalata para los envases de bebidas o el recubrimiento interior de latas de bebidas, alimentos o aerosoles.
-Semiconductores: son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes, y que constituyen la base de la industria electrónica. El mas usado es el silicio, que a temperatura ambiente tiene propiedades de metal o aislante.
-Cerámicas: incluyen desde la sal común hasta silicatos complejos. Suelen ser óxidos o carburos. Se definen como materiales no orgánicos ni metálicos. Son muy fragiles, y presentan muy baja conductividad.
-Polímeros: S el resultado de la union de pekeñas moléculas organikas llamadas Monoceros, tienen baja densidad y temperatura de fusion. S uno d ls materiales + recientes, suele obtenerse delk petroleo, y entre ellos estan los plásticos, (ligeros impermeables flexibles baratos y resistentes a la koprrosion) x lo ke son utilizados en muxas aplicaciones. Es necesario reciclarlos x ke son muy cntaminantes. El cauxo o goma natural es un polimero derivado de los hidrocarburos, ke se obtiende del latex del arbol del kauxo, se utilizan en los neumáticos de coches, por lo ke se realiza 1 proceso de adiicion de azufre llamada vulcanizacion. La silicona es un polimero de silicio inerte y estable a altas temperaturas, se utiliza en lubreicanets, impermeabilizantes, adhesivos y en medicina para fabricar lentes de contacto, valvulas kardiakas e implantes mamarios.,
-Composites: Son materiales mixtos obtenidos de la familias (metales, cerámicos y pomimeros), se introducen fibras en una resina polimerica (plasticos). Se compone de varios tipos de refuerzo, fibras cortas, largas o particulas. La matriz (polimero) le da volumen y protege las fibras, se producen buscando kualidades conkretas como bajo peso, tenacidad. Etc. Como son resistentes y de bajo peso se usan en carroceria de coches, motos o aviones. No se conoce su durabilidad con precision, porque son muy recientes pero se empiezan a emplear en las construcciones de edificios. Pueden ser mas duraderos k el hormigón y el acero.
3. Nanotecnología: es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales aparatos, y sistemas funcionales a través del kontrol de la materia a nanoescala y la explotacion de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.
-Los microscopios nanotecnologicos: los científicos de IBM fabricaron el microscopio de efecto tunel, entoces los electrones pueden escapar d su orbita y crear un tunel hacia el oto lado d1 espacio determid y separao xuna diferncia dpotencial, asi se produce 1 microcorrnte elect y sa lograo obsevr lsuper d1 metal yldisposicn dsus atoms,
Los nanotubos: un fulereno es 1 nanoestructura compuest x 60atoms dcarb cn 1 form parecia a1 icosaedro mu regular y proxim a la sfera. Los fulerenos diron paso als nanotubos dcar.y tene propid mu especials kson las fibras mas resistnt kse conocen, cnducen mu bien la electri y sn mu lgeros u elasticos.
Nanometros es un sistm d medidas pa medir la longui d1 nanotubo.
Aplicacons dla nanotecnología: APLICACIONES EN MEDICINA: La manipulación atomica permitira la manupulacion de medicamentos. Adn preparado para producir determinadas sutancias , reparacion de tejidos con estructuras autoreparables y materiales sustitutitos de los tejidos organicos, curacion de enfermedades como el caner, etc. Y se podra utilizar nanotubos en terapias genicas. APLICACIONES EN INFORMATICA Y ELECTRONICA: La mikroelctroncia reducria aun más los tamaños y aumentara la fiabilidad del alacenamiento de información, el spin del electron podra sustituir con mas velocidad y menor consimo de energia al pasar (1) y no pasar (o) corrientes de los actuales sistemas. Así se conseguira Internet a altisimas velocidades, annotelefonos, etc. APLICACIONES EN LA CONSTRUCCION: Nanomateriales para fabricación de carrocerias, raquetas, etc. Fabricacion de nanomotores y nanorobots (que podrían introducirse en un cuerpo) y hacer actividades de diagnostico y tratamiento.
4. EL RESULTADO DEL USO DE LOS MATERIALES: Un poco de historia: La humanidad ha producido desechos que han sido reutilizados para procesos de sucesivas reutilizaciones o reciklajes, los residuos se convirtieron en un problema ambiental x la rebolucion científica tecnologias, industrial , del siglo XlXX.
-las basuras y los residuos: La basura engloba a todos los materiales solidos producto de las actividades humanas que es necesario eliminar, Residuos: todo material que resulta de procesos de fabricación, transformación, utilización, consumo y limpieza cuando su propietario lo abandona xke no tiene utilidad.
-Tipos de residuos: 1- Solidos urbanos: son lso k se generan en lso domicilios particulares x actividades domestica,s y los producidos en comercios, oficinas y servicios urbanos
2- resid. Sanitarios: lo genern las acti d atncion medica y lavoratoris d investgcn sanitaria. Puedn ser driesgo y dbn gestionars modo specifico pa asegurar lsalud.
3- resid. Industriales: son ls kse genern en procesos dfabricacn dl industria y carecn dvalor como mercancia. Hay 3 gurps: - inertes: sn escombros y materials similares, n son peligrosos pal entorno aunk algns puedn ser toxicos. -similars a residuo solids urbanos: son ls rectos d comedores, basura d oficins… kpor sus caracteristics puedn ser gestionads jnto cn ls RSU. - peligrosos: son sustancias k x sus carácteristi o composicn kimika sn un peligro pa la salud opal medio ambiente. . 4. Agrarios: Akeyos kse kdan enl campo no se considran residuos xk al descomponerse restituyen ls nutrientes al sustrato.
5 ganaderos: procedn dls explotaciones intensivas y puedn ser solids(estiércol) o likds( purines) huelen mal y dan problems sanitarios e higienics. 6residuos radiactivos: son akeños k emitn radiactividad, son peligrosos xk en peke cantidads puedn emitir dosis d radiación nocivas pala salud umana y duran muxo emitindo radiacions d 1000 añs.
5.LA GESTION DE RESIDUOS. Es el conjunto de operaciones dirigidas a dar a los residuos producidos en una zona el destino global más adecuado dsd el pnto d vsta ambiental y sanitario.
1:Principios para la gestión de residuos: -Principio de prevención: La producción de residuos debe evitarse o al menos reducirse en lo posible, pues el residuo k no s produce n tiene ke ser eliminado. Una buena gstion inkluye procesos d minimización n el origen y la aplicación del reciclaje. -Principio de quien contamina, paga: el productor d ls residuos o el ke kontamina el entorno debe d responsabilizarse de ls costes q ocasiona su tratamiento -Principio de precaucion: los problemas potenciales deben d anticiparse. -Principio de proximidad: ls residuos deben eliminarse lo más cerka posible d su origen.
2. Fase de gestion de residuos: Su recogida y transporte, tratamiento y su eliminación y reciclaje. Estas operaciones se aplican de modo specifiko a cada tipo d residuo. TRATAMIENTO D LS RESIDUOS: Las operaciones se llevan a cabo para eliminar o rekuperar ls residuos.Inkluyen procesos d transformación (mekanikos, kimikos, biológicos o d rekuperacion energética) y los empleados en el vertido final d ls restos no recuperados o de ls obtenidos n ls procesos anteriores. Tratamiento habitual de residuos: 1- Deposito en vertederos. Los restos pueden sufrir un tratamiento ambiental mediante un vertido sin kontrol o controlado. 2.Compostaje: Ls restos pueden ser utilizados para la producción d abono o composta. El compostaje es una descomposición aerobia d la materia organika de los residuos en condiciones controladas. 3-Incineracion: s el tratamiento energético + habitual d ls residuos. Es un proceso k transforma la fraccion organika en materia inerte y gases. El kalor obtenido en el proceso se puede aprovexar parakalefaccion urbana o generar energia electrika. 4. Tratamiento biológico: algunos procesos mikrobiologikos, komo la fermentación anaerobia, producen biogás. Esto se puede usar komo kombustible o producir energia elektrika.
3. La regla de las 3 Erres: Reducir, reutilizar y reciclar, la regla de las tres erres.
REDUCIR: los residuos implika adkirir habitos y comportamientos d konsumo k ayuden a disminuir ls residuos adkiriendo productos k tengan al menos impakto ambiental y evitando generar basura innecesaria. REUTILIZAR: emplear varias veces o d diversas formas ls residuos de konsumo sin tratarlos o transformarlos para la misma funcion u otra. RECIKLAR: es utilizar los residuos komo materia prima xra elavorar productos similares o diferentes inkluido el compostaje o la generacion biológica.
4. La recogida selectiva de residuos implika una separacion n el origen d ls residuos q generamos. Los distintos kubos domesticos, contenedores urbanos, puntos limpios, adecuados a la rekogida selectiva de materia organika, vidrio, papel y carton, envases de plásticos o metal, pilas, y baterias, medicamentos.