Exposicion Qumica Aplicada

NANOCIENCIA • La nanociencia no tiene un área específica de investigación. Su propósito es conocer qué pasa a escalas de 0,1 - 100 nanómetros. Un nanómetro (nm) es 10-9 metros, esto equivale a colocar alrededor de 10 átomos de hidrógeno, uno a lado de otro.

NANOCIENCIA Un

leucocito tiene alrededor de 10 000 nm de diámetro. La nanociencia trata de comprender qué pasa a estas escalas, y la nanotecnología busca manipularlo y controlarlo.

1-NANOTECNOLOGIA La

nanotecnología es un conjunto de técnicas que se utilizan para manipular la materia a la escala de átomos y moléculas.

NANO Y BIO Nano

es un prefijo que indica una medida, no un objeto.  A diferencia de la biotecnología, donde "bio" indica que se manipula la vida, la nanotecnología habla solamente de una escala.

Para hacernos una idea:

una hormiga mide alrededor de un centímetro (10-2 metro)

Pensemos que un cabello humano mide entre 60 000 y 120 000 nm de grosor.

Diez átomos de hidrógeno, alineados uno tras otro, tienen el largo de un nanómetro.

Una molécula de ADN mide aproximadamente 2,5 nm de ancho

Un glóbulo rojo es enorme: mide unos 2 500 nm de diámetro.

Tipos de nanotecnologías • Top-down / Reducción de tamaño • Bottom-up / Autoensamblado

Top-down / Reducción de tamaño Literalmente

de arriba hacia abajo, en el sentido desde lo macro (mayor) hacia lo micro (menor). Los mecanismos y las estructuras se miniaturizan a escala Nanométrica. Este tipo de nanotecnología ha sido el más frecuente hasta la fecha, más concretamente en el ámbito de la electrónica, donde predomina la miniaturización.

Bottom-up /Autoensamblado Literalmente

de abajo hacia arriba, en el sentido desde lo micro (menor) hacia lo macro (mayor). Se comienza con una estructura Nanométrica como una molécula y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, totalmente automático, se crea un mecanismo mayor que el mecanismo con el que comenzamos.

APLICACIONES • Biosensores, Biodetectores: detectan y destruyen células cancerígenas en las partes mas delicadas del cerebro. • En la Informática ( mas rápido) • Los Nanotubos de Carbono: -Electrónicamente se comportan como metales, semimetales o aislantes. -Elevada resistencia mecánica ( mas resistente y mas ligero que el acero) -Para almacenamiento de hidrogeno gaseoso(H2) -En pantallas plasmas ( buen emisor de electrones)

NANOTUBOS Los nanotubos son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafico o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrolladas sobre sí misma.

Formas de nanotubos de carbono

Nanotubos de pared simple

Nanotubos de pared múltiple

El fullereno

• Nanotubos con tapa

Algunas Propiedades • Tienen un diámetro de unos pocos nanómetros • Su largo puede alcanzar varios milímetros • Relación longitud/ancho tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes • Unión entre los enlaces de carbono más intensa que la del diamante • Pueden ser doblados bastante sin romperse

• Dependiendo de la forma en que se enrolle, el nanotubo puede ser un semiconductor o un metal • Resistencia a la tracción de 45 mil millones de pascales (10 a 100 veces más fuerte que el acero) • Densidad de 1.33 a 1.40 g/cm3 (la mitad de la del aluminio)

• Trasmisión de calor estimada en 6,000 vatios por metro por kelvin (casi el doble que la del diamante) • Transporte de corriente estimado de mil millones de amperes por centímetro cuadrado (1000 veces el del cobre) • Soportan temperaturas de hasta 408°C sin derretirse

2- BIOTECNOLOGIA Es la aplicación de la ciencia y la ingeniería en el uso directo o indirecto de organismos vivos o partes de ellos, en sus formas naturales o modificadas para la producción de bienes y servicios o para la mejora de procesos industriales.

1-BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL Uso y manipulación de organismos vivos empíricamente. Ejm: -Fabricación de yogurt, queso, pan, chicha de jora, vino, pisco, etc. -Fabricación de productos medicinales. -Mejoramiento de cultivos y animales domésticos.

La chicha de jora es una bebida ancestral en el Perú y América, y su principal ingrediente es la jora o maíz fermentado. Los antiguos peruanos descubrieron el arte de hacer chicha de Jora de manera casual, y aunque su origen fue modesto, esa bebida llegó a ser la más importante

OBTENCIÓN DEL YOGURT A PARTIR DE LA LACTOSA

OBTENCIÓN DEL VINO A PARTIR DE LA UVA POR FERMENTACIÓN

2-BIOTECNOLOGÍA MODERNA -Ingeniería genética: manipulación de ADN. -Productos Transgénicos: maíz, soya, tomate. -Uso de energía no contaminantes y renovables: biomasa, etanol, biodiesel. -Uso de enzimas como: proteasa, celulasa,catalasas,lipasas. -Clonación, uso de células madres. -Síntesis de polímeros biodegradables. -Disminuir la contaminación del

Se utiliza en: •Industria Alimenticia: Arroz dorado •Industria Farmacológica: Antibióticos •Agroindustria: Nuevas variedades •Minería: Biolixiviación bacteriana •Medicina: Marcadores moleculares

Genómica: En estos momentos es una promesa con grandes proyecciones científicas y comerciales.

Cultivos y Alimentos Transgénicos Si miramos como ha aumentado el área sembrada en el mundo con cultivos transgénicos podemos ver un crecimiento exponencial que llegará a cifras insospechadas en muy pocos años. El área mundial sembrada en el año 1996 fue de 2 ´300.000 Ha. y pasó a 27.800.000 Ha. en 1998, la mayoría de esta área fue plantada en EEUU; se espera que para este año la cifra se duplique. Los cultivos con mayor área son la soya y el maíz.

• La titular de Comercio Exterior y Turismo, Mercedes Aráoz, rechazó la propuesta del ministro del Ambiente, Antonio Brack, que busca que las etiquetas de los alimentos informen si estos contienen transgénicos.

INGENIERÍA GENÉTICA

Esta foto fue tomada en 1997. Nótese lo que puede hacer la ingeniería genética, hacer que un órgano del cuerpo crezca donde queramos.

CLONACIÓN • La clonación puede definirse como el proceso por el que se consiguen de modo asexual individuos idénticos a un organismo adulto. • Con las recientes técnicas de clonación, la ciencia ha conseguido obviar un paso, hasta ahora infranqueable y obligado: la fecundación. • Hasta el día de hoy ya han sido clonados ovejas, ratones, vacas, cabras y cerdos.

•El primer perro clonado, Snuppy

CONCEPTOS BASICOS BIOMASA: La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.

BIOGÁS: Mezcla de metano y otros gases que se desprende durante la degradación anaeróbica de la materia orgánica por la acción de microorganismos. BIODIESEL: Es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas

3- POLÍMEROS Son macromoléculas que resultan de la unión de muchas unidades simples que se repiten ( monómeros ).

103 - 106 “eslabones” (unidades)

Existen Polímeros naturales( ADN, proteinas, células, almidón, etc. ) y artificiales( PVC, polietileno, teflón, etc. ). Ejms: Celuloide

h

ADN

Teflon

OBTENCIÓN DE POLÍMEROS ARTIFICIALES

nCH2=CH2 ETILENO CH2) n

P,T

(CH 2– POLIETILENO

P,T

nCH2Cl =CH CLORURO DE VILNILO CH)n

Cl (CH 2– POLICLORURO

CH3

nCH2=C–CH=CH2 ISOPRENO

CIS: caucho natural

CH

P,T

3 DE VINILO(PVC)

( CH2–C=CH–CH2 )n POLIISOPRENO

TRANS: gutapercha

CLASIFICACIÓN A) HOMOPOLIMÉROS.- Cadenas homogéneas constituidas por un solo tipo de monómeros. Ejm: Polietileno, poliestireno, PVC, etc. …..-A-A-A-A-A-A-A-…… A: monómero

Polietileno

Es un homopolímero que se obtiene a partir del etileno o eteno: C2H4 (monómero) Se usa para fabricar bidones, botellas, bolsas, tanques de agua, etc

Polipropileno • Es un homopolímero cuyo monómero es el propeno o propileno: CH2 = CH – CH3. Se usa para fabricar redes de pesca, fibras para alfombras, cuerdas, césped artificial, bolsas de chupetes, etc.

POLITETRAFLUORETILENO O TEFLÓN –(CF2 – CF2)-n • Es un homopolímero que se obtiene a partir del tetrafluoretileno (CF2 = CF2). Se usa como recubrimientos antiadherentes (planchas, ollas, sartenes).

Poliestiren homopolímero cuya unidad o

Es un estructural es el estireno o vinilbenceno (C6H5-CH=CH2). Se usa para fabricar planchas para aislamiento térmico, juguetes, utensilios domésticos,etc

Policloruro de vinilo(PVC) Es un homopolímero cuyo monómero es el cloruro de vinilo (Tiene una gran resistencia a los líquidos corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y cañerías de desagüe (fontanería), mangueras, botellas, etc

B) COPOLIMÉROS Cadenas heterogéneas constituidas por 2 o mas monómeros. Ejm: Backelita, butadieno-estireno Bakelita

TIPOS: Al azar Alternado

En bloque

Injerto

• TERMOPLÁSTICO.- Se funden al calentarlos y se solidifican al enfriarse. Ejm: Polietileno, poliacrilonitrilo, nylon • TERMOESTABLES( Termofijos).Al calentarlos se endurecen. Ejm: Resinas( fenol-formol )

Estructuras de Polímeros

Termoplásticos

Lineal

Ramificado

Termofijos

Entrecruzado

Poli(tereftalato de etileno)

Nylon

O OH

HO

+

NH2

H2N

O

- H2O H

O

H

O

N

N

N O

H

O

O

H N

N H

POLIAMIDA NYLON 6,6

O n

Tejidos artificiales

Tejidos artificiales

Nanomateriales

Polímeros biodegradables

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4- PLASMA • Se forman al ionizarse los átomos. • Existen de forma natural en la magnetósfera y en el sol. Ejm: -Los producidos artificialmente: *En el interior de los tubos fluorescentes *Materia expulsada por la propulsión de cohetes. *En el interior de los reactores de fusión. *En descargas eléctricas industrial-bolas de plasma. -Plasmas terrestres: *El fuego *Los rayos durante una tormenta

PLASMA Gas en donde los electrones se han liberado de sus átomos resultando una distribución de cargas capaces de conducir la electricidad

En el interior de los tubos fluorescentes

Las descargas eléctricas de uso industrial.

Las bolas de plasma

DESPEGUE DE UNA NAVE ESPACIAL Y LA AURORA BOREAL

EL SOL Y LOS VIENTOS SOLARES

LOS RAYOS DE UNA TORMENTA

LAS NEBULOSAS INTERGALÁCTICAS

APLICACIONES • Antorchas de plasmas que alcanzan una temperatura de 7000ºC ( cortan láminas gruesas con precisión ). • En cadenas de producción robotizadas para montajes que requieren cortes exactos. • Las antorchas de plasmas se usan para cambiar la estructura interna de distintos materiales mejorando su resistencia a presiones y temperaturas elevados.

5- CRISTALES LÍQUIDOS • Son líquidos que poseen propiedades dual de sólido-líquido como fluidez, viscosidad y propiedades ópticas. • Poseen moléculas alargadas y ante un campo eléctrico provocan cambios en su orientación molecular generando aplicaciones como en pantallas de Tv, computadoras, relojes de pulseras.

• Se suele atribuir el descubrimiento de los cristales líquidos al botánico F. Reitinzer que en 1888 encontró una sustancia que parecía tener dos puntos de fusión.

• Un año más tarde Otto Lehmann solventó el problema con la descripción de un nuevo estado de la materia intermedio entre un líquido y un cristal.

La principal característica de estos compuestos es que sus moléculas son altamente anisotrópicas en su forma, pueden ser alargadas, en forma de disco u otras más complejas como forma de banana. En función de esta forma el sistema puede pasar por una o más fases intermedias (mesofases) desde el estado cristalino hasta el líquido

• En estas mesofases el sistema presenta propiedades intermedias entre un cristal y un líquido. • Dos de las principales fases de un cristal líquido son la fase nemática y la esméctica. Existiendo una tercera denominada fase colestérica.

Pantallas de cristal liquido LCD son las siglas en inglés de "Pantalla de Cristal Líquido" ("Liquid Crystal Display") inventado por Jack Janning. Se

trata de un sistema eléctrico de presentación de datos formado por 2 capas conductoras transparentes y en medio un material especial cristalino (cristal líquido) que tienen la capacidad de orientar la luz a su paso.

IMAGEN DE INTERCAMBIO DE GRAFICOS EN UNA PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO

Clases de cristales líquidos • NEMÁTICOS

- Moléculas alineadas - No tienen orden respecto a los extremos.

• ESMÉCTICO A:

- Moléculas alineadas. - Forman capas paralelas

• ESMÉCTICO C: -

Moléculas alineadas. Forman capas inclinadas.

• COLESTÉRICOS -

Capas superpuestas Moléculas orientadas paralelas al plano de las capas.

Propiedades de los cristales líquidos •

1. Las sustancias que adquieren estado de cristal líquido tienen

moléculas asimétricas (alargadas o en forma de discos). 2. En el estado de cristal líquido estas moléculas tienen un ordenamiento intermedio entre sólidos y líquidos. 3. Cristal: Propiedades ópticas, por ejemplo reflejan colores diferentes dependiendo del ángulo bajo el cual se les observe 4. Líquido: Fluyen y toman la forma del recipiente que las contiene

CALCULADORAS, LAPTOP, RELOJES, TELEVISORES, … también: en los paneles de información en aeropuertos o estaciones, las ventanas que cambian de traslúcidas a opacas, en fotocopiadoras o en proyectores.

6- SUPERCONDUCTORES Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones.

Se presentan en los metales y cerámicos. Presentan resistencia eléctrica cero cuando se enfría por debajo de 0ºC ( temperatura de transición superconductora ). Existen superconductores que se logran refrigerándolos con Helio liquido ( costoso) y Nitrógeno liquido ( barato ). Superconductores en forma de aleaciones: Nb-Ge, P-Cu-Hg, YBa2Cu3Ox ( cerámicos )

En

realidad un material superconductor es un diamagnético perfecto. Esto hace que no permita que penetre el campo magnético, lo que se conoce como efecto Meissner.

La superconductividad es un campo emocionante de la física! (El cuadro muestra la levitación de un imán sobre un superconductor, el efecto de Meissner.)

Descubridor de la Superconductividad La superconductividad fue descubierta en 1911 por el físico holandés, Heike Kammerlingh Onnes. Onnes pasó una corriente a través de un alambre de mercurio puro y midió su resistencia mientras que él bajó constanteme nte la temperatura. Para su sorpresa no habia ninguna

Superconductividad hoy en día • Hoy en día sin embargo, la superconductividad se está aplicando a muy diversas áreas como por ejemplo: medicina, aplicaciones militares, transporte, producción de energía, electrónica, entre otras.

APLICACIONES • Producción de campos magnéticos( tren eléctrico ) • Fabricación de cables de transmisión de energía( cables subterráneos ) • Fabricación de componentes de circuitos electrónicos( superconductor cerámico )

El tren experimental "magneto-levitante" (maglev) MLX01 actualmente en etapa de pruebas en el Instituto de Investigaciones Tecnicas en Vias (Railway Technical Research Institute) de Japón, utiliza superconductores de baja temperatura que requieren helio líquido como refrigerante. Los superconductores de alta temperatura pueden utilizar nitrógeno líquido, el cual es más barato, más abundante, y más fácil de manejar