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CRISTALES DE SILICIO

Al combinarse los tomos de Silicio para formar un slido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal. Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las uniones entre tomos que se hacen compartiendo electrones adyacentes de tal forma que se crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los tomos de Silicio.

Los tomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional nicamente por enlaces covalentes. Los dos altropos del carbono, el diamante y el grafito. Los enlaces covalentes fuertes en tres direcciones contribuyen a la dureza particular del diamante y a su elevado punto de fusin. La dureza del grafito se debe a los enlaces covalentes; sin embargo, como las capas se mantienen unidas por fuerzas dbiles de van der Waals, se pueden deslizar entre s. El cuarzo es otro tipo de cristal covalente. La distribucin de los tomos de silicio en el cuarzo es similar a la del carbono en el diamante, pero en el cuarzo hay un tomo de oxgeno entre par de tomos de silicio. Como el silicio y el oxgeno tienen diferente electronegatividad, el enlace Si-O es polar. No obstante, el SiO2 comparte algunas de las propiedades del diamante con la dureza y el punto de fusin alto (1610C).

El silicio cristalino es el material base de la industria microelectrnica y fotovoltaica. Posee un aspecto metalizado y es de difcil dilucin, es atacado por cidos como el fluorhdrico, ntrico y combinaciones de ellos. Es un material muy duro, al punto que puede utilizarse para rayar o cortar vidrio. El silicio amorfo es un polvo grisceo, ms activo qumicamente que la variedad cristalina. Se une con el flor a temperaturas ordinarias y a temperaturas ms altas con oxgeno, cloro, bromo, azufre, nitrgeno, carbono y boro.

NANOTUBOS DE CARBONO

Los nanotubos de carbonos son una forma alotrpica del carbono, como el diamante el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lmina de grafito enrollada sobre s misma. Dependiendo del grado de enrollamiento y la manera como se conforma la lmina original. El resultado puede llevar a nanotubos de distinto dimetro y geometra interna.

Las aplicaciones ms importantes de los nanotubos de carbono reportadas hasta el momento son en el rea de la electrnica molecular, en la que estos se consideran como componentes de la electrnica convencional, con la diferencia de que son del tamao de una simple molcula. Este avance abre muchas posibilidades para la electrnica, ya que va a permitir que contine la miniaturizacin de los artefactos electrnicos.

Tambin tienen aplicaciones en el rea de sensores, ya sean estos qumicos, biolgicos trmicos o electromagnticos. Otra lnea de investigacin muy fuerte es en el rea de la energa, en donde se utilizan nanotubos de carbono como cedas de almacenamiento de hidrogeno que al momento de liberarse, produce una gran cantidad de energa limpia.

Godwin (2009) menciona que actualmente los nanotubos de carbono ya se utilizan en productos comerciales como protectores solares y raquetas de tenis y que tambin se utilizan nanopartculas de plata para la limpieza del agua por sus propiedades antibacteriales.

Como las anteriormente mencionadas, existen infinidad de posibilidades para este tipo de materiales, las cuales se siguen investigando por diversos grupos alrededor del mundo

Ya hablamos de las ventajas y oportunidades de estas nanoestructuras pero lo que tambin hay que considerar son los riesgos que podran tener en el uso excesivo de estos

Hay algunas revistas especializadas, como la Chemical Reserch in Toxicology y Environmental Science & Technology, las cuales se dedican al estudio toxicolgico y ambiental de los distintos materiales; estos mencionan que los nanotubos de carbono pueden llegar a ser txicos, dependiendo de su concentracin y el mtodo de produccin de estos. Sin embargo, se han investigado nuevos mtodos para poder reducir su nivel de peligrosidad, estos se les introduce otros elementos para aumentar la biocompatibilidad y por ende, reducir su nivel toxico.

Otra desventaja en el uso excesivo de estas nonoestructuras es que son muy estables, por lo que sern muy difciles y costosas de degradar. Esto puede llevar a un alto nivel de contaminacin si no se tienen medidas regulatorias entre la produccin y degradacin de estos materiales. Es por eso que mientras no se tengan las condiciones adecuadas para poder degradar los nanotubos de carbono de una manera efectiva y poco costosa, no se deberan de empezr a comercializar productos basados en estos materiales

OPALO INVERTIDO

El palo invertido se obtiene por eliminacin del palo una vez formado el producto solido siguiendo diferentes procedimientos en funcin de la composicin de las partculas. La calidad de las rplicas depende del grado de orden del palo de las condiciones de mineralizacin de los huecos interparticulares y del mtodo de eliminacin del molde

AEROGEL

Es una sustancia extremadamente liviana, y sus caractersticas especiales pueden convertirlo en el elegido para la construccin de plataformas voladoras.

El aerogel es una sustancia compuesto por dos fases, lo que generalmente se denomina coloide. Pero mientras que en un coloide normal se tiene una fase liquida y otra slida (pequeas partculas en suspensin dentro del liquido), en el aerogel el componente lquido se ha reemplazado por un gas. Como resultado, esta sustancia tiene propiedades que la hacen nica.

Su estado es slido, y su densidad es bajsima, pesando solo unos 3 miligramos por centmetro cbico. Por supuesto, esto se debe a su gran porosidad, lo que le brinda caractersticas notables cuando se lo emplea como aislante trmico o acstico

Pero lo que ms destaca del aerogel es su poco peso. Al fin y al cabo, est compuesto por hasta un 99,8% de aire, lo que le proporciona una densidad mil veces menor a la del cristal, y es solo unas tres veces ms denso que el aire. En algunos mbitos se lo denomina humo helado o humo slido, por su aspecto semitransparente. Al tacto, tiene una consistencia similar a la espuma plstica. A pesar de su fantasmagrico aspecto, tiene una resistencia mecnica muy elevada: puede soportar ms de 1000 veces su propio peso.

Actualmente se pueden fabricar distintos tipos de aerogeles, utilizando como base el slice, la almina, el xido de cromo, el estao o el carbono. Su uso industrial ms difundido es el empleo como aislante trmico en las ventanas de los edificios para evitar la prdida de calor (o fro).

Pero los ingenieros estn comenzando a realizar experimentos mucho ms interesantes con este material. Su poco peso y la capacidad de funcionar como un aislante trmico lo hacen adecuado para la construccin de estructuras areas, lo que permitira a estas flotar indefinidamente en el aire.

Los aerogeles son materiales que puedes ser aplicados o utilizados en muchos campos actualmente esta siendo muy utilizados en la nasa en misiones espaciales gracias a su gran resistencia a las altas y bajas temperaturas. Han surgido nuevas empresas que se dedican al estudio, desarrollo y fabricacin del aerogel entre las empresas mas conocidas esta aspen aerogel que ofrece servicios en:

Calefaccin y climatizacin

Industrias de transformacin

Depsitos de almacenamiento y sistemas de transferencia de LNG

Sector militar y aeroespacial

Equipamiento deportivo

La mayor aplicacin del aerogel es como aislamiento trmico, se utiliza para forrar tuberas, tanques, etc. Hay una empresa en USA que lo manufactura con este proposito y tienen 3 tipos de producto, el Pyrogel que es para aplicaciones de altas temperaturas, el Cryogel que es para aplicaciones de bajas temperaturas y el Spaceloft que supuestamente es el ms enfocado a un uso comercial y de construccin. El aerogel en su forma monolitica no tiene mucho uso que digamos, pues apesar de sus asombrosas propiedades, el material en s es muy fragil (paradjicamente la verdad). Lo que hicieron estos cuates gringos es ponerle un esqueleto de fibras al aerogel, para poder utilizarlo como aislamiento industrial.

LA HISTORIA DE LA QUIMICA

La Qumica es la ciencia que estudia tanto la composicin, estructura y propiedades de la materia como los cambios que sta experimenta durante las reacciones qumicas y su relacin con la energa.

poca primitiva

Los primeros pasos hacia la qumica se produjeron cuando el humano primitivo conquist el fuego hace 45.000 aos. Este descubrimiento le permiti calentarse, protegerse de los depredadores y cocer sus alimentos.

Inters por los metales, por ser materiales resistentes y duraderos. Los primeros metales conocidos fueron el cobre y el oro, que se encontraban directamente en la naturaleza. El trabajo permanente con los metales le permiti al hombre primitivo descubrir que podan aplanarse y formar lminas sin que se rompieran. As se desarrollaron las primeras tcnicas metalrgicas.

La experimentacin constante en busca de materiales resistentes y fciles de manipular con el fin de elaborar herramientas cotidianas, llev a diferentes civilizaciones a combinar, por ejemplo, metales como el estao y el cobre y descubrir que se formaba una mezcla muy resistente a la que llamaron bronce. Una vez domin el fuego, fue posible hacerlo y as naci la Edad del hierro (900 a 500 a.C.).

La Alquimia

Se cree que los egipcios y los rabes fueron los primeros alquimistas alrededor de los aos 1000 y 400 antes de Cristo. Sus prcticas eran una extraa mezcla de magia y realidad. Crean que las sustancias podan transformarse hasta perfeccionarse. Fundamentaban su ciencia en que el universo estaba compuesto de cuatro elementos principales: tierra, aire, fuego y agua, y con ellos preparaban un quinto elemento que contena la potencia de los cuatro en su mxima exaltacin y equilibrio.

Los hombres que estudiaban esta nueva ciencia buscaban, sobre todo, un material que facilitara la mezcla de mercurio y azufre para finalmente extraer el ambicionado oro. Imaginaban la mezcla como un polvo seco, procedente de alguna piedra especial, de ah que lo llamaran Piedra filosofal. Tambin buscaban una sustancia que denominaban el elixir de la vida, con la cual podran curar las enfermedades e, incluso, alcanzar la inmortalidad

La Iatroqumica

Como la transmutacin de los metales o conversin de un metal en otro solo fue posible hasta el siglo XIX, la alquimia fue perdiendo su carcter de ciencia y fue vista como charlatanera y engao. A principios del siglo XVI, Paracelso seal que la misin de la alquimia: ms all de obtener el oro, era la curacin de enfermedades y el descubrimiento de nuevos medicamentos. Esta afirmacin dio lugar a una etapa de transicin entre la alquimia y la verdadera qumica que se conoce como iatroqumica o qumica mdica, entre 1525 y 1660.

El objeto de estudio de la iatroqumica fue encontrar explicaciones qumicas a los procesos patolgicos y fisiolgicos del cuerpo humano y proporcionar el tratamiento para la cura de enfermedades mediante el empleo de sustancias qumicas. Los iatroqumicos crean que la fisiologa dependa del balance de los fluidos corporales. Paracelso afirmaba que la finalidad de la qumica era crear sustancias medicinales. Con esta nueva preocupacin, las boticas se convirtieron en laboratorios de experimentacin, donde se realizaban preparados qumicos que pudieran ser empleados como medicamentos. Para curar las enfermedades de la poca se usaron el opio, el mercurio y diversas sales minerales. Sin embargo, los tratamientos no siempre tuvieron buenos resultados en los pacientes.

Algunos seguidores de Paracelso, pero con ideas ms claras, fueron:

Andreas Libavius (1540-1616), mdico alemn, quien prepar el cloruro de estao y algunos medicamentos. Juan Bautista van Helmont (1577-1644), mdico belga, quien realiz estudios sobre el dixido de carbono. Nicols Lemery (1645-1715), quien escribi un tratado de qumica (Cours de Chymie) en donde describe distintos procedimientos propios de la qumica. Santorio Santorio (1561 -1636), invent una balanza sensible a las variaciones de la dieta y las producidas por el ejercicio fsico. Comprob tambin los planteamientos de algunos cientficos que afirmaban que la respiracin poda ser pulmonar o a travs de la piel. George Agrcola (1496-1555), mdico sajn, cuyo verdadero nombre era Landamann, escribi un libro conocido como De Re Metallica en donde expone todos los conocimientos de la poca sobre la metalurgia. Para esta poca la metalurgia haba adquirido mucha importancia en los distritos mineros, lo cual condujo a la fabricacin de cidos, a nivel industrial, y al anlisis qumico de los minerales con fines metalrgicos.

La teora del flogisto

En el ao 1702, el mdico y qumico alemn Georg Stahl propuso la teora del flogisto, segn la cual toda sustancia susceptible de sufrir combustin, es decir, de quemarse, contena un principio llamado flogisto, de modo que, cuanto ms flogisto tuviera un cuerpo, ms combustible era. Segn esto, el proceso de combustin consista en la prdida de este principio en el aire y se obtena como producto luz, calor y un residuo, como la ceniza o cal, proveniente del cuerpo que hace combustin. Como algunos estudiosos de la poca descubrieron que ciertas sustancias (como el mercurio) aumentaban de peso durante la combustin, llegaron a la conclusin de que las sustancias se hacan ms pesadas al perder flogisto.

Posteriormente, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) experiment con la combustin, midiendo la masa de las sustancias antes y despus de arder. Con base en sus observaciones, Lavoisier rechaz la teora del flogisto y plante una sorprendente explicacin, que actualmente se conoce como el principio de conservacin de la materia: La masa de las sustancias que se queman es la misma que la de las sustancias que se producen durante la combustin, solo hay transformacin de unas en otras.

Lavoisier postul que cuando una sustancia se quema, se combina con el gas oxgeno presente en el aire y quedan como residuos, cenizas y gases. El resultado de sus investigaciones logr aclarar cmo ocurran las transformaciones de la materia. La implementacin de la balanza para calcular la masa de los cuerpos abri nuevas posibilidades para la qumica, al establecer relaciones cuantitativas en las reacciones qumicas y permitir as comprobar el principio de conservacin de la materia.

El nacimiento de la qumica moderna Las ideas promovidas por los alquimistas y por los iatroqumicos desencadenaron una serie de movimientos de carcter intelectual. Para los hombres de ciencia del siglo XVIII, la teora de los cuatro elementos ya no era suficiente para explicar la composicin y el comportamiento de la materia. La observacin y la experimentacin se convirtieron en el punto de partida del pensamiento cientfico, dando lugar al inicio de la ciencia experimental y dejando atrs las especulaciones de la Edad Media.

Estas nuevas ideas permitieron grandes progresos en la matemtica, la fsica, la filosofa y la qumica. Se acab el misterio y los escritos secretos, a partir de este momento, se compartieron y comunicaron los nuevos conocimientos en un lenguaje claro.

La qumica como actividad cientfica

La qumica empieza a desarrollarse como actividad cientfica cuando Lavoisier pone en prctica un mtodo cientfico basado en observaciones precisas y en la experimentacin para realizar sus investigaciones. Las ideas de Lavoisier inspiraron a qumicos como Dalton, Berzelius, Avogadro y Volta, generando un desarrollo asombroso en el campo de la qumica y las ciencias en general. En el ao 1800, Alessandro Volta (1745-1827) descubri la pila elctrica, que fue el punto de partida para el estudio de la electroqumica. John Dalton (1766-1844) present la primera propuesta slida y aceptable de la estructura atmica.

Esta fue complementada luego por Ernest Rutherford (1871-1937), con lo cual se empez a entender que el tomo se compona de partculas ms pequeas y que este no era indivisible, como lo indicaba su nombre. Basado en estos trabajos, Niels Bohr (1885-1962) propuso el sistema planetario del tomo, modelo precursor del aceptado actualmente. As mismo, en el siglo XVIII se descubrieron elementos como el cloro, el sodio y el potasio y se empez a desarrollar la qumica orgnica. En 1869, Dimitri Mendeleiev (1834-1907) y Lothar Meyer (1830-1895) propusieron la clasificacin de los elementos qumicos en una tabla peridica

Durante los primeros 25 aos del siglo XIX, se descubrieron unos 20 nuevos elementos. A medida que el nmero de elementos conocidos aumentaba resultaron evidentes las semejanzas fsicas y qumicas entre algunos de ellos. Entonces los qumicos entendieron que el estudio de las propiedades de los elementos qumicos era ms fcil agrupndolos segn sus propiedades semejantes en base a una ley natural.

En busca de esta ley natural muchos qumicos lograron ordenar los elementos, pero recinen 1913 Henry Moseley descubri el principio o ley natural que guia la clasificacin moderna:las propiedades de los elementos son funciones peridicas de sus nmeros atmicos.

El descubrimiento de estaley peridica, necesit dos acontecimientos previos:

El establecimiento de una serie de pesos atmicos consistentes y dignos de confianza y

La concepcin del tomo nuclear con un numero definido de protones e igual nmero de electrones que giran a su alrededor.

Las Triadas de Johan Dobereiner (1817)

El qumico alemnJohan Dobereiner(1780 - 1849) agrupa los elementos hasta entonces conocidos en serie de tres elementos llamndolotriadas. Los elementos que pertenecen a una triada poseen propiedades qumicas semejantes. Adems el elemento central posee un peso atmico (P.A.) aproximadamente igual a la semisuma de los P.A. de los elementos extremos.

Hacia 1850, los qumicos haban llegado a identificar unas veinte triadas, Se descart de esta forma agruparlos, porque se descubrieron nuevos elementos que no cumplan con las triadas.

Ordenamiento Helicoidal o Tornillo Telrico de Chancourtois (1862)

Gelogo francs, propone unaclasificacin peridica de los elementosen forma de hlice que llam Caracol Telrico. En un cilindro traz una hlice con un ngulo de 45 sobre la base y en ella se fue colocando los elementos en funcin creciente de sus pesos atmicos, de tal manera que la lnea vertical (generatriz) del cilindro intercepta a los elementos con propiedades semejantes.

Ley de Las Octavas de John Newlands (1864)

El qumico inglsJohn Alexander Reina Newlands(1838 1898) ordeno los elementos qumicos hasta en ese entonces conocidos en grupo de 7 elementos cada uno, en funcin creciente a sus pesos atmicos, de tal modo que el octavo elemento tena propiedades semejantes al primer elemento del grupo anterior. Esta forma de clasificar se llam Ley de las Octavas.

Esta forma de clasificacin fue ridiculizada por sus contemporneos en laRoyal Chemical Society, de tal modo que se negaron a publicar su trabajo, debido a que dicho ordenamiento no cumpla con la semejanza en propiedades para elementos con pesos atmicos altos. Sin embargo 23 aos despus a Newlands se le otorg el mximo reconocimiento de la Royal Chemical Society debido a esta importante contribucin al desarrollo de la ley peridica de los elementos qumicos.

Tabla Peridica de Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer (1869)

Se denominatabla peridicaporque el ordenamiento est basado en la variacin peridica de las propiedades de los elementos.

Descripcin de la Tabla de Mendeleiev:

1. Los 63 elementos conocidos hasta ese entonces fueron ordenados en funcin creciente a su peso atmico, en series (filas) y grupos (columnas).

2. Asigna a los elementos de un mismo grupo una valencia; as los elementos del grupo III tendrn valencia igual a tres, por lo tanto el nmero de grupo era igual a la valencia.

3. Los elementos de un mismo grupo poseen propiedades semejantes, as por ejemplo forman xidos e hidruros de frmulas similares porque tenan igual valencia.

4. La tabla posee ocho grupos.

Ventajas de esta Tabla:

1. Permiti tener una visin ms general de la clasificacin peridica de los elementos ordenados por grupos y periodos.

2. Al dejar ciertos casilleros vacos, predijo la existencia de nuevos elementos y sus propiedades fsicas y qumicas. Por ejemplo en el grupo III y IV, predijo la existencia del Escandio, Galio, Germanio, etc.

Desventajas de la Tabla:

1. Los metales y no metales no se encuentran bien diferenciados.

2. Se asigna valencia nica para cada elemento, actualmente se sabe que algunos elementos tienen ms de una valencia,

3. Ciertos elementos no cumplan el orden creciente del peso atmico, por lo que Mendeleiev permut arbitrariamente algunos elementos de un grupo a otro. Por ejemplo: