6.En Andalucía...

6.1 Instituciones andaluzas de investigación y Desarrollo.

El sector I+D ( Investigación y desarrollo), se apoya en las investigaciones Andaluzas. El instituto de ciencia de materiales está participado por la junta de Andalucía, la universidad de Sevilla y el consejo superior de investigación científica.

Además de organizar y hacer proyectos de investigación y desarrollo para muchas empresas, realiza una importante labor de divulgación mediante cursos.

La consejería de Innovación, ciencia y Empresas ha investigado varias fundaciones para impulsar todo tipo de proyectos tecnológicos, tanto en el campo de nuevos materiales como en el de la electrónica o la biotecnología.

6.2 Los parques tecnológicos andaluces.

Andalucía cuenta con importantes parques tecnológicos. El principal es el de Málaga, llamado Parque Tecnológico de Andalucía. Más tarde, surgió el Parque Científico y Tecnológico Cartuja 93 de Sevilla. Las demás provincias también tienen pero estan en proceso.
A pesar de todo, el más importante es Aeropolis, el Parque Tecnológico Aeroespacial de Andalucía. Se encuentra cercano al aeropuerto de Sevilla y a él pertenecen un número muy grande de empresas relacionadas con la industria aeroespacial.

5.El avance de la nanotecnología

5. El avance de la nanotecnología

Desde que se desarrollaron los primeros circuitos, la escala de integración ha llegado hasta límites inimaginables. Los circuitos electrónicos basados en el silicio están llegando a sus límites físicos, pero la nanotecnología está ya en condiciones de dar el siguiente paso: los transistores, los chips, pronto serán sustituidos por moléculas llamadas rotaxanos, que presentan las mismas propiedades eléctricas que los mencionados anteriormente.

Las investigaciones no han hecho nada más que comenzar, pero si se finalizaran con éxito, en un futuro no muy lejano podríamos contar con nanorrobots capaces de regular reacciones químicas, reparar defectos estructurales indetectables y, sobre todo, revolucionar el mundo de la biomedicina.

4.El desarrollo tecnológico. Sus aplicaciones

4. El desarrollo tecnológico. Sus aplicaciones

Las exigencias de nuestra sociedad industrial están estimulando la búsqueda de nuevos materiales que están llamados a  revolucionar nuestras vidas. Algunas investigaciones ya están dando sus frutos y otras se encuentran en un parón.

-Las cerámicas son el mejor ejemplo de materiales que han dado a los investigadores muchas decepciones y menos alegrías. Son materiales fáciles de moldear, los cuales después de ser sometidos a una cocción, adquieren una gran dureza y resistencia al calor.

-Las arcillas son los materiales cerámicos por excelencia,  utilizados para fabricar ladrillos, azulejos, artículos de alfarería o para fabricar los sanitarios de nuestros cuartos de baño. Gracias a su capacidad de soportar altas temperaturas también son utilizados en circuitos electrónicos y en las cubiertas protectoras de aeronaves como los transbordadores espaciales.

-La industria aeronáutica es una de las principales demandantes de nuevos materiales. Metales como el titanio fueron esenciales para fabricar los primeros aviones supersónicos. Los materiales compuestos (composites), los cuales son llamados así porque son los resultantes de una combinación de dos o más materiales, posee unas propiedades del material resultante que son superiores a la simple suma de las de los materiales originales; esto es conocido con el nombre de sinergia.

-La fibra de carbono es un material compuesto y su nombre se debe a que el producto final está compuesto por un 90% de carbono. Su proceso de fabricación es bastante complejo y muy costoso, pero su extraordinaria resistencia puede llegar a ser mayor que la del acero, lo que 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.

Existe una propiedad natural llamada alatropía, que consiste en que un mismo elemento o compuesto puede presentar propiedades diferentes según la disposición de sus átomos o moléculas. Ejemplos de esto, pueden ser  el oxígeno que respiramos (O2) o el ozono (O3). El carbono se presenta de dos formas alotrópicas en la naturaleza. Esto quiere decir que el carbono se puede presentar de diferentes estructuras químicas. Esta propiedad la tienen determinados elementos químicos. Uno de ellos es el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico y como ozono.

La alatropía más común del carbono es en forma de grafito, con el que se hace la mina de los lápices aunque la más apreciada y rara es el diamante, que se caracteriza por que los átomos forman una estructura cristalina y dura. 

En 1985, fue descubierta por casualidad una molécula a la que denominaron 'futboleno' debido a la semejanza de esta con un balón de fútbol, la cual después pasó a denominarse 'buckminster fullereno' , ya que su estructura molecular tiene una forma semejante a la cúpula geodésica diseñada por el arquitecto norteamericano Richard Buckminster Fuller. En poco tiempo, surgió una familia que recibía el nombre genérico de 'fullerenos'. Los fullerenos, debido a que aún no se ha dado con el método para introducirlos a escala industrial, no tienen aplicaciones prácticas en la actualidad.

Los nanotubos: si se eliminan los enlaces que forman pentágonos y solo dejamos los que forman hexágonos, el carbono no forma fullerenos. Esto se debe a que la molécula no llega a cerrarse, sino que forma una lámina parecida a la de un panal de abeja que puede enrollarse formando nanotubos. Si se consiguiese un proceso eficiente de fabricación, se podrían crear fibras de nanotubos de la longitud que se quisiese. El resultado podría ser un material miles de veces más fuerte que el acero y a su vez, infinitamente más ligero.

3.Materiales artifiales

3. Materiales artificiales.

Los  materiales artificiales son aquellos materiales que son realizados por el ser humano. La industria química ha hecho posible el desarrollo de nuevos materiales como lo son el vidrio y el papel, que son los más antiguos.

- El vidrio: es un material muy fácil de conseguir. Está compuesto fundamentalmente de silicio y de carbonato sódico y carbonato cálcico. Los romanos ya empleaban el vidrio para elaborar objetos de bisutería y pequeños recipientes. Es un error denominar cristal al vidrio. El cristal hace referencia a los átomos ordenados, mientras que el vidrio es un material sin forma molecular. La confusión se debe a que muchos cristales son transparentes.

- El papel sigue siendo el material más utilizado para la difusión del conocimiento. El primer material de esta clase del que se tiene constancia es el papiro, una planta herbácea con un tallo fibroso muy abundante en las riberas del río Nilo. También se usaba el pergamino, que era fabricado a partir de pieles de animales de corral. Ambos requerían un complejo proceso de elaboración.

 El principal componente del papel industrial moderno es la celulosa lo que significa que para fabricar papel se necesita madera. Su elaboración tiene los siguientes pasos:

1- Se tritura la madera del que resulta una pasta.

2- La pasta que se obtiene se somete a un proceso de refinado para descomponer las fibras y eliminar todo lo que no sea celulosa.    

3- Se añade cola a la pasta para evitar que la tinta se corra al escribir.

4- Luego se agregan diversos aditivos, pigmentos y sustancias aglutinantes.

5- Finalmente se somete la pasta a un prensado.

Hoy en día, la demanda del papel es alta,  lo que contribuye a la deforestación de nuestro planeta aunque tenemos la ventaja de que es un material fácilmente reciclable.

3.1 Materiales de construcción: cementos y hormigones

Entre los modernos materiales de construcción, el acero es el ha contribuido en gran medida a hacer realidad proyectos colosales como los rascacielos, los puentes colgantes y las presas. Pero todo esto no hubiera sido posible sin el cemento.

Existen aglomerantes naturales que se emplean desde hace mucho tiempo como el yeso, el cual los egipcios ya usaban. Los romanos dieron un paso adelante con el 'opus caementicium' que era un compuesto de cal y ceniza volcánica del Vesubio, conocido como puzolana. Más adelante, el 'mortero' pasó a ser el principal aglutinante durante toda la Edad Media. No obstante aún se hacen cementos con puzolana, ya que fragua con rapidez incluso debajo del agua.

Hoy en día, existe un tipo de cemento para cada necesidad, pero básicamente todos se elaboran a partir de la arcilla y de roca caliza finamente pulverizada y sometidas a un proceso de cocción. El producto obtenido, se le denomina clinker.

Con el cemento como aglutinante y otros componentes áridos, se elabora el hormigón, una piedra artificial capaz de soportar pesos elevadísimos. Si se añaden gavillas de acero, se obtiene un material muy resistente a todo tipo de tensiones: el hormigón armado.

3.2 Los modernos materiales artificiales

Los polímeros son sustancias constituidas por moléculas enormes, debido a la unión de moléculas normales llamadas monómeros; son muy comunes en bioquímica. Algunos ejemplos de polímeros son: celulosa, almidón, proteínas y el ADN.

La naturaleza ha sido capaz de producir polímeros  que aún superan a los artificiales con respecto a las prestaciones que dan. Un ejemplo es el colágeno, fibra que hace posible la cohesión de tejidos como la piel y los músculos.

Dada la increíble variedad de polímeros que existen en la actualidad su clasificación es difícil. Su clasificación según el comportamiento ante el calor es:

- Polímeros termoplásticos: se reblandecen por acción del calor sin que su estructura molecular sufra alteraciones.

- Polímeros termoestables: una vez enfriados no pueden volver a ser moldeados por efecto del calor ya que si se calientan acaban descomponiéndose.

También se clasifican según sus propiedades mecánicas:

- Elastómeros: capaces de soportar grandes deformaciones sin llegar a romperse y de recuperar su forma original cuando el esfuerzo desaparece.

- Plastómeros: son aquellos que al sufrir una deformación no recuperan su forma original cuando el esfuerzo desaparece. Son más conocidos como plásticos. Hay polímeros que son denominados erróneamente plásticos.

- Fibras: presentan alta resistencia a las deformaciones ante esfuerzos de tracción.

Recubrimientos: sustancias líquidas que pueden extenderse sobre superficies formando una fina película protectora.

- Adhesivos: capaces de formar fuertes enlaces con las supervidies con las que entran en contacto.

A continuación, una relación de los polímeros más usuales:

2.Materiales naturales

2. Materiales naturales.

La naturaleza es la única proveedora de materiales. Todos los materiales que utilizamos los humanos, provienen y tienen su principio en la naturaleza, por ello debemos cuidar y proteger nuestro entorno natural.

 2.1. Derivados del petróleo.                                                   

   La palabra "petróleo" procede del latín (petrus, piedra; y oleum, aceite). El petróleo es el resultado del proceso de descomposición, durante millones de años, de la  flora y la fauna en ausencia de oxígeno, bajo presión y a temperaturas elevadas. El petróleo lo encontraremos impregnando rocas porosas confinadas entre estratos de roca impermeable y a miles de metros de profundidad con respecto a la superficie terrestre. Está compuesto por una mezcla de hidrocarburos, desde CH4 (metano) hasta largas y pesadas cadenas como las que forman los asfaltos y parafinas. También están presentes elementos como el oxígeno, el nitrógeno y el azufre. Actualmente, no podríamos vivir sin el petróleo y sus derivados. Pero el petróleo, posee dos grandes problemas: es una energía limitada además de ser bastante perjudicial para el medio ambiente en su extracción, destilación y demás procesos de elaboración. Las refinerías son los lugares en los que se lleva a cabo procesos que hacen del petróleo una fuente de obtención de hidrocarburos de los que está compuesto. Hay dos procesos fundamentales para la transformacion del petróleo;

-La destilación: consiste en la evaporación del petróleo para conseguir que se descomponga en los diferentes hidrocarburos que lo forman.

-La descomposición térmica: consiste en el calentamiento del petróleo a grandes presiones, dando lugar a una descomposición en hidrocarburos. Actualmente se utilizan catalizadores para hacer más eficiente el proceso.

Una vez realizado el proceso, obtenemos una gran variedad de hidrocarburos: asfaltos, combustibles pesados, aceites y lubricantes, gasóleos, queroseno, nafta, parafinas, gasolinas, disolventes... Muchos de estos productos constituyen la materia prima de la industria petroquímica, responsable de la producción de una enorme cantidad de productos.

2.2.  La piedra natural.             

     Durante muchos siglos, el ser humano ha recurrido a la piedra natural para construir con ella aquello que satisface sus necesidades de supervivencia. Las construcciones más importantes, son las pirámides de Egipto, las grandes obras de la ingeniería romana y las catedrales medievales. Aunque no todo se limita a la arquitectura, sino que también se ha utilizado para la escritura grabada.

El principal problema de la utilización de la piedra natural es su transporte, debido al peso que posee. Hoy en día, la piedra natural ha sido sustituida por modernos materiales como el hormigón y el silestone. La piedra naturales se clasifica en: areniscas, pizarras, calizas, granitos y mármoles.

-La arenisca: Es una roca sedimentaria formada por arena y aglutinante natural.

-Las pizarras: Son que después de haberse formado, han sido sometidas a grandes presiones y temperaturas que las han transformado, aunque el proceso de metamorfización es bastante leve. Son arcillas compactadas, fáciles de fragmentar en finas hojas planas. Siguen siendo usadas para la fabricación de tejados y en la pavimentación de suelos.

-Rocas calizas: El componente principal es carbono cálcico. Son muy resistentes a la compresión y son fáciles de tallar, por lo que es muy utilizada en la construcción de catedrales. Su principal inconveniente, es que son muy vulnerables al ataque de los ácidos, por lo que la lluvia ácida, acabará por deteriorarlas.

-El granito: Es una roca formada a partir de magma en grandes profundidades, que sometida a fuertes presiones se ha enfriado muy lentamente. Sus componentes son: cuarzo y demás minerales denominados feldespatos y micas. Es extremadamente duro, pesado y resistente. Actualmente se usa para la realización de encimeras de cocina. 

-El mármol: Es la piedra ideal para la ornamentación. Es una roca metamórfica, que ha sido sometida a un fuerte proceso y prolongado. Resulta de la transformación de la roca caliza. Actualmente, es el principal material del que se surte la arquitectura funeraria.

2.3.  La madera.

        La madera es otro de los materiales utilizados por el ser humano desde que puebla el planeta. Tiene diversas características, como las siguientes: es flexible, dura, abundante y fácil de trabajar. Esto le a convertido en una de las materias primas más explotadas de la humanidad. Actualmente, sufrimos las consecuencias de su uso indiscriminado: la deforestación avanza muy rápidamente.

Los dos componentes de la madera son la celulosa y la lignina. Ambos son polímeros naturales.

       Existen tantos tipos de madera como tipos de árboles, y cada una tiene sus aplicaciones específicas.

        

2.4. Los metales.

Cobre

Los metales son elementos que se distinguen por presentar algunas de las siguientes propiedades:

-Su apariencia es brillante.

-Son dúctiles.

-Son maleables.

-Suelen ser buenos conductores del calor y la electricidad.

-En soluciones acuosas, forman iones positivos.

Al contrario que la madera y la piedra natural, los metales siguen siendo muy utilizados.

 Los metales reaccionan con facilidad con otros elementos, formando compuestos. Un efecto indeseado causado por la reactividad es la corrosión.

La excepción a esta regla son los llamados metales nobles, que por su baja reactividad son ideales para la industria de la joyería. Son el platino, el iridio, el osmio, y los más apreciados, el oro y la plata.

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

INTRODUCCIÓN.

En la actualidad, los seres humanos utilizamos una pequeña cantidad de materiales que no pasan por un proceso de elaboración, ya que siempre resulta necesario partir de una materia prima. Las materias primas son las materias extraídas de la naturaleza, la cual transformamos los seres humanos más tarde en bienes de consumo o también puede servir como materia prima para manufacturar otro bien de consumo. Su origen puede ser mineral, vegetal o animal. No todas las materias primas son igual de importantes ya que no todas permiten elaborar la misma cantidad de productos.

 1.1   Materias primas que han resultado fundamentales para la humanidad

A lo largo de la historia, las materias primas y los productos manufacturados han ido aumentando según las necesidades humanas.  La necesidad de defenderse y alimentarse llevó a nuestros antepasados a utilizar minerales como el sílex o pedernal. La necesidad de protegerse del frío fue cubierta por el uso de pieles y posteriormente, el descubrimiento de la agricultura y la ganadería aparecieron nuevos materiales textiles. Finalmente, comprobaron que mezclando hierbas y arcilla llegarían a obtener el adobe, que fue la pieza fundamental para fabricar ladrillos.

1.2    Materias primas fundamentales en el mundo actual

En la actualidad  nuestras necesidades son prácticamente ilimitadas, y la variedad de materias primas que tenemos son inacabables, de las que solo algunas de estas han alcanzado la consideración de materias primas estratégicas.

El petróleo, es sin duda, la más importante. Los mayores yacimientos de este se encuentran en Oriente Medio, Latinoamérica y en Estados Unidos. También algunas zonas como el Mar del Norte, Rusia y China poseen importantes yacimientos, y hay sospechas sobre grandes cantidades de petróleo bajo el Ártico.

El hierro junto con el carbón ha adquirido una gran importancia. Las principales reservas de hierro se sitúan en Rusia, Sudamérica y la India mientras que los yacimientos de carbón se encuentran en Asia. Este último ha perdido relevancia con respecto al petróleo.

Debido a sus propiedades eléctricas, el cobre es otro de los metales fundamentales en el mundo actual junto con el sicilio (el cual es uno de los materiales más abundantes del planeta) y el tantalio (muy resistente al calor y a la corrosión).

 La electrónica moderna se sirve de materiales semiconductores  (materiales los cuales su conductividad eléctrica puede ser controlada de forma permanente o variando su estado desde conductor a aislante. Esto se consigue añadiendo pequeñas cantidades de impurezas que se denominan dopantes).