6. Instituciones andaluzas de investigación y Desarrollo. Los parques tecnológicos andaluces.

6.1 Instituciones andaluzas de Investigación y desarrollo.

El sector I + D (Investigación y Desarrollo) cuenta con el apoyo de instituciones andaluzas. El Instituto de Ciencia de Materiales, además de cumplir proyectos de investigación y desarrollo para muchas empresas, lleva a cabo una gran labor de divulgación mediante la organización de cursos y conferencias. 

 
La Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa tiene el objetivo de impulsar todo tipo de proyectos tecnológicos, tanto en los nuevos materiales como en el de la electrónica o biotecnología. la más importante es la Corporación Tecnológica de Andalucía. 

Las universidades andaluzas tienen un papel fundamental creando un puente entre la pura investigación científica y el mundo empresarial. Un ejemplo es el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales, relacionada con este grupo nació la empresa TEAMS S.L. ( Ingeniería y ensayos de materiales y estructuras aeronáuticos), por la cual, los recursos humanos y técnicos del GERM son puestos a disposición del sector aeronáutico.

6.2. Los parques tecnológicos andaluces.

El sector tecnológico andaluz tiene varios espacios para llevar a cabo su tarea. El más importante es el Parque Tecnológico de Andalucía. Después se inauguró el Parque Científico y Tecnológico Cartuja 93.

Sin duda la gran estrella del sector tecnológico de nuestra comunidad es Aerópolis, fruto de la apuesta de la multinacional aeronáutica europea EADS por nuestra región. Acoge a un número creciente de empresas relacionadas con la industria aeroespacial.

5. El avance de la nanotecnología.

Nanorrobots.

Los circuitos eléctricos basados en el silicio están llegando a sus límites físicos, pero la nanotecnología esta preparada para dar el primer paso: los transistores, componentes de los chips, serán sustituidos por unas moléculas llamadas rotaxanos que tienen las mismas propiedades eléctricas. Los nanotubos son buenos conductores de la electricidad. 

La tecnología fabrica los chips de silicio y encuentra una nueva aplicación revolucionaria: la construcción de artefactos, pero si esto ocurriera podría contar con nanorrobots capaces de regular reacciones químicas y revolucionar el mundo de la biomedicina. Los nanorrobots podría eliminar obstrucciones de arterias y curar lesiones cardíacas, destruir tumores o coágulos de sangre en el cerebro y también entrar en las células para instalar prótesis microscópicas y reparar genes defectuosos.

4. El desarrollo tecnológico. Sus aplicaciones.

Las sociedades buscan nuevos materiales para cambiar nuestras vidas. Algunas lo han conseguido pero otras no.

Cerámica.

Arcilla.

Las cerámicas son materiales fáciles de moldear que después de someterse a cocción adquieren una gran dureza y resistencia al calor. Las arcillas son materiales cerámicos que se utilizan para fabricar artículos de alfarería, ladrillos, etc. Se usan en circuitos eléctricos y cubiertas protectoras de aeronaves, ya que aguantan altas temperaturas. La industria automovilística ha creado prototipos de motores cerámicos, pero ninguno a pasado a la producción en masa.

Industria aeronáutica.

La industria aeronáutica es una de las que compra más materiales nuevos. Hoy en día está teniendo gran importancia los materiales compuestos, que es el resultado de la unión de dos o más materiales que dan lugar un material nuevo, esto se conoce como sinergia.

Fibra de carbono.

 La fibra de carbono es un material compuesto que se resume del polímero llamado poliacrilonitrilo y un polímero adhesivo, resinas epoxi. Su proceso es largo y costoso, pero su ligereza y resistencia justifica su coste.

4.1 Moléculas a la carta: fullerenos y nanotubos.

El carbono es uno de los elementos más abundantes del planeta y componente básico de la química de la vida.

La alotropía es una propiedad natural, que consiste en que un mismo elemento o compuesto puede tener propiedades diferentes, según sus átomos o moléculas. Por ejemplo: el óxido de silicio puede tener varias formas: sílice, sílex o cuarzo; el oxígeno forma moléculas.

Fullerenos.

El carbono tiene dos formas alotrópicas en la naturaleza: el grafito (mina de lápices) y el diamante (los átomos de carbono forman una estructura cristalina).

En 1985 se descubrió el futboleno que pronto se conocía como buckminster fullereno  ya que su estructura es parecida a la cúpula geodésica diseñada por Richard Buckminster Fuller. Al poco tiempo apareció una familia de moléculas basadas en la combinación de pentágonos y hexágonos, llamados fullerenos. 

en 1990 se podía sintetizar los fullerenos que pronto se puede polimerizar e introducir unos dentro de otros y es posible sustituir sus átomos de carbono por otros elementos, dando lugar a los heterofullerenos. Actualmente se confía en lograr buenos resultados con los pseudofullerenos que son moléculas con parecidas estructuras a las de los fullerenos pero de otras sustancias químicas.

Las facultades de carbono no termina ahí. si se eliminan los pentágonos y dejamos los hexágonos, el carbono no forma fullerenos porque la molécula no se cierra por si misma sino que forma una lámina parecida a un panel de abeja, que puede enrollarse y dar lugar a nanotubos. el resultado podría ser más fuerte que el acero pero también más ligero.

Nanotubos.

3. Materiales artificiales.

La industria química moderna ha permitido fabricar nuevos materiales, pero no todos se pueden considerar modernos, como por ejemplo: el vidrio y el papel.

Por un lado el vidrio es muy fácil de conseguir al estar formado por silicio. Por ejemplo se podrían conseguir de la arena de la playa, calentándola hasta 1000ºC. Sus componentes hoy en día son: sílice, carbonato sódico y carbonato cálcico.

Nosotros tendemos a llamar por el mismo nombre vidrio y cristal, pero sin embargo, eso no es así ya que el cristal es un material en el que los átomos están formando una estructura mientra que el vidrio, es un material amorfo ya que no tiene forma.El vidrio tiene nuevas aplicaciones. La fibra óptica se emplea principalmente en comunicaciones y se transmiten datos a través de pulsos de luz. Está hecho de un vidrio especial, rico en silicio.

Por otro lado está el papel que es el material que se utiliza para la transmisión del conocimiento. El primer material dentro de esto es el papiro, que es una planta herbácea con un tallo fibroso, abundantes en las riberas del Nilo. En otros lugares donde no había papiro se empleaba el pergamino, que es un material fabricado por pieles de animales de corral, los cuales pasaban por un complicado proceso de elaboración.

El papel moderno está fabricado por celulosa, por tanto, lo que necesita es madera. El proceso de fabricación es el siguiente: primero, se tritura la madera para descomponer las fibras y eliminar lo que no sea celulosa.; después se añade cola para que la tinta se corra y, enseguida, se le añaden pigmentos y sustancias aglutinantes.

Se vende mucho lo que provoca la deforestación, por eso es mejor reciclarlo y aunque ese papel sea menos blanco y más costoso, lo adecuado es comprarlo y tirarlo en el contenedor adecuado. 

3.2. Materiales de construcción: cementos y hormigones.

El acero es el material que ha conducido a hacer realidad proyectos, como rascacielos, presas... pero estas construcciones no serían posible sin el cemento.

Existen aglomerantes que se utilizan desde hace mucho tiempo. Los egipcios usaban el yeso y formas de mortero. Los romanos, usaban la puzolana que está compuesto por cal y ceniza volcánica del Vesubio. El mortero fue el principal en la Edad Media.

Actualmente se usa un tipo de cemento para cada construcción, pero todos están fabricados por arcilla y roca caliza, pulverizadas y sometidas a un proceso de cocción. Al producto acabado se le suele añadir una capa de yeso. Los componentes químicos del cemento son silicatos de calcio y metales como el hierro, el aluminio o el manganeso.

El cemento más difundido es el cemento Portland ya que al endurecerse presentaba el aspecto de las rocas calizas de Portland. Cuando este cemento es mezclado con agua resulta que se produce el endurecimiento hasta tener una forma pétrea.

El hormigón se fabrica con cemento y otros componentes áridos (arena, grava...) y se trata de una piedra artificial que soporta fuerzas grandísimas. Si se añade gavillas de acero se obtiene un material muy resistente conocido como hormigón armado.

3.2 Los modernos materiales artificiales: los polímeros.

Los polímeros son sustancias formadas por enormes moléculas, resultado de la unión de un gran número de moléculas normales llamadas, monómeros. En bioquímica son muy comunes los polímeros: la celulosa, el almidón, las proteínas y el ADN. Un ejemplo de polímeros es el colágeno, que permite la cohesión de tejidos como la piel y los músculos. 

Dalton, Mendeleiev o Kekulé ha llevado al mercado distintos polímeros que han revolucionado la ciencia de los materiales. La mayoría se producen de derivados del petróleo.

Se puede clasificar según el comportamiento de los polímeros ante el calor:

• Termoplásticos: se reblandecen por el calor sin que su estructura molecular sufra cambios.
• Termoestables: una vez enfriado no se puede moldear por el calor ya que se deformaría.

Según sus propiedades mecánicas: 

• Elastómeros: son capaces de pasar grandes deformaciones sin romperse y recuperar su forma original.
• Plastómeros: si sufren una alteración no vuelven a recuperar su forma original.
• Fibras: tienen una gran resistencia ante las deformaciones.
• Recubrimientos: sustancias líquidas que se extienden sobre superficies formando una fina película protectora. Ej. barniz.
• Adhesivos: forman grandes enlaces con las superficies con las que entran en contacto. Ej: pegamento.

RELACIÓN DE LOS POLÍMEROS MÁS USUALES:

Polímero artificial.	Reacciones de adición.	Teflón.	Plástico más resistente al calor y ataque de sustancias químicas. Se emplea en sartenes, etc.
Polímero artifial.	Reacción de adición.	Polimetacrilato.	Tiene la misma transparencia que el vidrio, pero no se astilla. Sustituye al vidrio en cristales o mamparas.
Polímero artificial.	Reaccion de adición.	Poliisobutileno.	Se usa de adhesivo por ser pegajoso.
Polímero artificial.	Reacción de adición.	Buna.	Resiste al calor y abrasión. Se usa en neumáticos.
Polímero artificial.	Reacción de adición.	Polietileno.	Objetos semirrígidos como juguetes, cubos, etc.
Polímero artificial.	Reacción de adición.	PVC, cloruro de polivinilo.	Son duros pero se pueden ablandar con plastificantes. PVC es uno de los residuos más problemáticos debido a que contiene cloro.
Polímero artificial.	Reacción de condensación.	Poliamidas, como el nailón.	Son resistentes, elásticas y ligeras. Se usa en la fabricación de las prendas de vestir.
Polímero artificial.	Reacción de condensación.	Poliésteres, como el mylar.	Se usan para la construcción de depósitos, etc.
Polímero artificial.	Reacción de condensación.	Poliuretanos.	Espuma de relleno para colchones y tapicerías.
Polímero artificial.	Reacción de condensación.	Baquelita.	Mangos de herramientas, aislantes eléctricos (enchufes).
Polímero artificial.	Reacción de condensación.	Siliconas.	Existen aceites o resinas. Uso como lubricantes, barnices de protección y aislantes eléctricos.
Polímero natural.	Reacción de adición.	Caucho.	Resistente al calor y la abrasión. Se usa en los neumáticos.
Polímero natural.	Reacción de adición.	Glúcidos.	Reserva energética, el almidón. Función estructural: presentes en la celulosa.
Polímero natural.	Reacción de adición.	Lípidos.	Reserva energética y estructural.
Polímero natural.	Reacción de condensación.	Proteínas.	Funciones: estructural, como formación de cartílagos y tendones, etc.
Polímero natural.	Reacción de condensación.	Ácidos nucleicos ADN	Responsable de nuestro código genético y de la transferencia de información a los descendientes.

2.Materiales naturales.

2.1 Derivados del petróleo.

El petróleo debe su origen a su apariencia aceitosa y su origen mineral. Es pegajoso y muy oscuro. Resultado de la descomposición de la flora y la fauna marina en carencia de oxígeno, bajo presión y a altas temperaturas. Siempre lo encontraremos impregnando rocas porosas concentradas entre estratos de roca impermeable en profundidades hasta miles de metros.

Su composición química es complicada. Se trata de una mezcla de hidrocarburos. Contiene hidrocarburos desde los más simple hasta los más complejos, como las cadenas que forman los asfaltos y las parafinas. Otros elementos son: el oxígeno, el nitrógeno y el azufre.

Sus derivados son muy importantes para nuestra vida, pero su problema es doble ya que se trata de un recurso agotable y las contaminaciones que provocan.

El petróleo crudo no tiene muchos uso por eso hay que refinarlo. Las refinerías son  grandes plantas industriales donde se somete el petróleo a una serie de procesos físicos y químicos, cuyo resultado es la obtención de diferentes hidrocarburos.

Su principal proceso es la destilación: El vapor del petróleo asciende por una torre llamada, torre de fraccionamiento donde el vapor se va enfriando separando los diferentes hidrocarburos, los más pesados necesitan condiciones especiales. Su principal proceso en el refinamiento es la descomposición térmica que se trata del calentamiento del crudo a grandes presiones donde se descomponen las moléculas de hidrocarburos.

Una vez acabado el proceso nos encontramos con una gran variedad de hidrocarburos. Muchos constituyen la materia prima de la industria petroquímica, responsable de una gran cantidad de productos como fertilizantes, detergentes, plaguicidas y polímeros.

2.2 La piedra natural.

Cuando el ser humano ha querido que algo dure en el tiempo ha usado la piedra natural. Su principal problema es el transporte.

Se pueden dividir en 5 grupos: 

• Arenisca: roca sedimentada formada por arena y un aglutinante natural. Su calidad depende de la composición química de ambos componentes.
• Pizarras: rocas metamórficas, es decir, rocas que después de formarse es sometida a grandes presiones y temperaturas que la transforman. Son arcillas fáciles de dividir en finas hijas planas.
• Rocas calizas: su componente principal es el carbonato cálcico. Sus propiedades mecánicas y su facilidad para tallarse en forma de bloques rectangulares hace que se convierta en el material preferido para construir catedrales. Su inconveniente es que son muy sensibles al ataque de los ácidos.
• Granito: roca intrusiva formada por magma en grandes profundidades.Su aspecto granulado se debe a sus componentes: cuarzo y minerales (feldespatos y micas). Es muy duro, pesado y resistente y tiene su inconveniente para transportarlo y trabajarlo.
• Mármol: roca metamórfica, como las  pizarras, pero en este caso la metamorfización ha sido larga y fuerte. Es el resultado de la transformación de la roca caliza y presenta tonos desde el blanco nuclear hasta el negro azabache.

2.3 La madera.

Es otro material usado por el ser humano. Es flexible, ligera, dura, abundante y fácil de trabajar. Se considera una de las más explotadas. Hoy en día sufrimos la deforestación avanzada a un ritmo muy rápido.

Sus dos componentes principales son la celulosa y la lignina. La celulosa es un polisacárido resultado de la unión de moléculas de glucosa mientras que la lignina es más complicada.

Existen tantos tipos de madera como especies de árboles.

2.4 Los metales.

La materia esta compuesta por átomos y cada tipo recibe el nombre de elemento, como el carbono, el hidrógeno, etc, pero el agua, por ejemplo, es un compuesto no un elemento. La mayoría de las sustancias que están a nuestro alrededor son compuestos.

Los metales tienen algunas propiedades:

Tienen una apariencia brillante, son dúctiles ya que se deforman, son maleables y buenos conductores del calor y la electricidad y forman iones positivos.

Estos siguen siendo muy utilizados y no han sido reemplazado por nada como ha ocurrido con la madera o la piedra natural.

Reaccionan con otros elementos formando compuestos por eso están en forma de minerales. la corrosión es un efecto indeseado causado por la reactividad de los metales.

Su excepción son lo metales nobles, que gracias a su baja reactividad son ideales para la industria. Algunos son el platino, el rutenio, el oro y la plata.

Muchos metales mejoran sus propiedades al mezclarse con o más elementos. Estas mezclas son las llamadas aleaciones, en las que destaca el acero..

La proporción de oro y plata con respecto al peso total de la aleación recibe la denominación de ley.

1.Localización de la materia prima y de los principales productos.

Todos los materiales utilizados por los seres humanos parten de materia prima, es decir, están fabricados por materias primas, cuyo origen puede ser mineral, vegetal o animal.  Por eso su importancia depende de la cantidad de productos que se puedan fabricar con ellas y su consumo.


1.1 Materias primas que han resultado fundamentales para la humanidad.

Materiales de sílex.

El número de materias primas  y productos manufacturados ha ido creciendo según nuestras necesidades. Por ejemplo, la necesidad de defenderse y alimentarse condujo a los primeros humanos a utilizar materiales minerales como el sílex o el pedernal para elaborar herramientas que cortaran, así como también usaban los huesos de los animales con los que se alimentaban para fabricar herramientas puntiagudas, es decir, herramientas con pinchos.

Materiales de sílex.

También empezaron a usar las pieles de animales para protegerse del frío y la invención de la agricultura y la ganadería trajo nuevos materiales como: la lana, el lino y el cáñamo.

Todo esto permitió el uso de la madera y distintos tipos de piedra, así pronto nuestros antepasados fabricaron adobe mediante arcilla e hierba seca.

                     


1.2. Materias primas fundamentales en el mundo actual.

En la actualidad la variedad de materias primas de las que parte la industria es inacabable. Todas son importantes, pero solo algunas se conocen como materias primas estratégicas.

Petróleo.

El petróleo es una de las materias primas más utilizada y su venta es muy elevada. Los principales yacimientos se encuentran en Oriente Medio, Latinoamérica y Estados Unidos. Se sospecha de la posible existencia de petróleo bajo los hielos del Artico. Se le considera una energía no renovable ya que se puede agotar y una energía muy contaminante ya que provoca daños al medio ambiente.

Hierro.

El hierro adquirió una gran importancia, junto con el petróleo, gracias a la Revolución Industrial. Sus reservas más importantes están en Rusia, Sudamérica y la India. Según los egipcios el hierro era un material de naturaleza divina con el que fabricaban objetos sagrados. Este material de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre lo metales, solo el aluminio es más abundante. 

Carbón.

El carbón es un mineral de roca sedimentada de color negro, muy rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Se le considera un recurso no renovable ya que se puede agotar algún día. Ha perdido importancia con respecto al petróleo y sus mayores yacimientos son encontrados en Asia.

Cobre.

El cobre se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de la electricidad.Es otro de los materiales más importantes en la actualidad. Mucho antes de que apareciera la electricidad ya se consideraba un material estratégico. Es un componente del bronce junta al estaño.

También están los materiales semiconductores. El principal es el silicio, componente principal de los modernos chips electrónicos y uno de los más abundantes del planeta.

También existen materiales que no son muy conocidos, pero que son esenciales para nuestra vida. Por ejemplo, el tantalio, metal.