En Andalucía.


Instituciones andaluzas de Investigación y Derecho.

Centro de Investigaciones Científicas Isla de Cartuja.

En Andalucía contamos con El Instituto de Ciencia de Materiales, integrado en el Centro de Investigaciones Científicas Isla de Cartuja, está participado por la Junta de Andalucía de Sevilla y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Se encargan de  ejecutar proyectos de investigación y desarrollo para numerosas empresas, y realiza una importante labor de divulgación mediante la organización de cursos y conferencias.

La Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa ha promovido varias fundaciones con el consejo de impulsar todo tipo de proyectos tecnológicos, como la Corporación Tecnológica de Andalucía, que ya cuenta con más de cien miembros pertenecientes tanto al ámbito universitario como al empresarial.

Las universidades andaluzas desempeñan un papel fundamental creando unpuente entre la pura investigación científica y el mundo empresarial, el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales (GERM), perteneciente a la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla.

Los parques tecnológicos andaluces.

Aerópolis.

El principal parque tecnológico es el Parque Tecnológico de Andalucía, en Málaga, que abrió sus puertas en 1992. Posteriormente se inauguró el Parque Científico y Tecnológico Cartuja 93, en Sevilla.

Sin duda la gran estrella del sector tecnológico de nuestra comunidad es Aerópolis, el Parque Tecnológico Aeroespacial de Andalucía. Se ubica muy cerca del aeropuerto de Sevilla, y acoge a un número creciente de empresas relacionadas con la industria aeroespacial, tanto andaluzas como nacionales y europeas.

5. El avance de la nanotecnología.

      

Nanorrobots. 

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales).

Pues bien, la nanotecnología está trabajando en la sustitución de los transitores, que son componentes fundamentales de los chips, por moléculas llamadas rotaxanos, que presentan las mismas propiedades eléctricas. Los nanotubos podrían actuar como cables increíblemente finos.

La tecnología que sirve para fabricar los chips de silicio pueden experimentar una gran revolución si se consiguiera utilizar pequeños materiales, del tamaño no muy superior de una molécula. Si las investigaciones concluyeran con éxito, en un futuro podrías contar con nanorrobots capaces de regular reacciones químicas, reparar defectos estructurales indetectables y, sobre todo, revolucionar el mundo de la biomedicina. Se podrían curar enfermedades, que en la actualidad no tienen solución.

4. El desarrollo tecnológico. Sus aplicaciones.

Jarrón de cerámica.

El avance en el ámbito industrial está estimulando la búsqueda de otros materiales, que revolucionaran nuestras vidas, ya que "mejorará" nuestra forma de vida. Como, por ejemplo, la cerámica que es un material fácil de moldear que tras ser sometidos a cocción adquieren una gran dureza y resistencia al calor.

Las arcillas son los materiales por excelencia, debido a su capacidad para soportar altas temperaturas, a que son materiales ligeros, son capaces de ofrecer una alta potencia y permitir un rendimiento a menor coste energético. Pero, presenta un inconveniente que es su fragilidad, es decir, se puede romper con facilidad.

La principal demandante de nuevos materiales es la industria aeronáutica, ya que requieren de materiales especiales que posean las características necesarias para la fabricación de aviones, helicópteros...etc. 

Material compuesto.

Hoy en día se utilizan materiales compuestos (composites), se denominan así porque están formados por mas de un material, dando lugar a un material distinto y con mejores propiedades con respecto a los materiales que lo forman; esta peculiaridad en conocida en ingeniería como sinergia. Un ejemplo de material compuesto es la fibra de carbono.

4.1. Moléculas a la carta: fullerenos y nanotubos.

El carbono es uno de los elementos mas abundantes del planeta y componente básico de la química de la vida. Pues bien, el carbono el carbono, además de ser esencial, presenta dos formas alotrópicas en la naturaleza; la más común es el diamante,que se caracteriza porque los átomos de carbono forman una estructura cristalina que le confiere una dureza extraordinaria.

Fullereno.

La ciencia actual está en disposición de sintetizar nuevas formas alotrópicas de carbono que permitirían aplicaciones que hoy en día serían imposible de imaginar. Como, por ejemplo, los fullerenos que se trata de una molécula formada por 60 átomos de carbono, se pretende obtener de ellos resultados satisfactorios, ya que se pueden polimerizar (convertir una sustancie en polímero), se pueden inscribir unos dentro de otros y es posible sustituir uno de sus átomos de carbono por los de otro elemento.

Nanotubos.

Pero esto no es todo, si se eliminan los enlaces que establecen pentágonos y únicamente dejamos los que han dan lugar a hexágonos, obtenemos un lámina parecida a un panal de abeja , que puede enrollarse derivando en los llamados nanotubos. Si si obtención se perfeccionará podríamos obtener un material miles de veces más fuertes que el aceros,pero infinitamente más ligero. Se podría levantar estructuras virtualmente indestructibles.

3. Materiales artificiales.

Los avances en la industria química ha hecho posible el de desarrollos de nuevos materiales. Aunque todo los materiales artificiales no son modernos, como el vidrio o el papel, que llevan utilizándose hace ya mucho tiempo.

Uno de los materiales hechos por el hombre es el cemento. Existe gran variedad de cementos, pero básicamente se elaboran a partir de arcilla y roca caliza finamente pulverizadas y sometidas a un proceso de cocción. Al producto obtenido se denomina clinker, al que se le suele añadir yeso y otros aditivos. El cemento más utilizado es el cemento Portland.

Con cemento como aglutinante y diversos componentes áridos se elabora el hormigón, una piedra artificial capaz de soportar esfuerzos 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.

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros, como la celulosa, el almidón, las proteínas, el ADN o el colágeno( que hace posible la cohesión de tejidos como la piel y los músculos.

La industria moderna se sirve de algunos polímeros naturales como la celulosa y gracias al progreso de la misma, ha inundado el mercado con una asombrosa variedad de polímeros que han revolucionado la ciencia de los materiales.

Dada la íncreible variedad de polímeros que existen en la actualidad su clasificación es una tarea difícil. Por lo que la clasificaremos en base a dos criterios:

Según el comportamiento de los polímeros ante el calor:

• Polímeros termoplásticos, que se reblandecen por acción del calor sin que su estructura molecular sufra alteraciones.
• Polímeros termoestables, que una vez enfriados no pueden volver a ser moldeados por efecto del calor, pues si se calientan acaban descomponiéndose.

Según sus propiedades mecánicas:

• Elastómeros: polímeros capaces de soportar grandes deformaciones sin llegar a romperse y de recuperar su forma original cuando el esfuerzo desaparece.
• Plastómeros: aquellos que al sufrir una deformación no recupera su forma original cuando el esfuerzo desaparece. Son más conocidos como plásticos.
• Fibras: presentan alta resistencia alas 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 superficies con las que entran en contacto.

2. Materiales naturales.

Todo material proviene de la naturaleza, hasta el más modero y avanzado. Puede que en el futuro la tecnología sea muy avanzada y permita sintetizar los materiales necesario para la vida, pero hasta entonces debemos centrarnos en cuidar y proteger nuestro entorno natural.

2.1. Derivados del petróleo.

La palabra "petróleo" procede del latín (petrus, piedra; y oleum, aceite); su etimología se debe a su apariencia aceitosa y a su origen mineral. Se trata de un líquido viscoso, de tonalidades oscuras, con una densidad que oscila entre 0,75 y 1,05 g/ml. El petroleo es la descomposición durante millones de años de la flota y la fauna marinas en ausencia de oxígeno, bajo presión y a temperaturas elevadas. Se encuentran impregnando rocas porosas confinadas entre estratos de roca impermeable.

                      

La composición química del petróleo es muy compleja. Generalmente,se trata de una mezcla de hidrocarburos, que son compuestos constituidos por cadenas de carbono (C) e hidrógeno (H) de longitud muy variadad, como el metano (CH4). Otros elementos se encuentras en menor cantidad, como el oxígeno, el nitrógeno y el azufre.

Los derivados del petróleo son imprescindibles en la vida cotidiana de las personas. Más del 70% de las necesidades energéticas mundiales son cubiertas por el petróleo. Aunque sea muy eficaz el petróleo presenta dos graves problemas:

• Se trata de un recurso limitado, es decir, se puede agotar y de hecho, actualmente, las reservan son escasas.
• Presenta implicaciones medioambientales y políticas.

El petróleo tiene que ser refinado para obtener mayor rendimiento del mismo. Este proceso se lleva acabo en las refinerías, que son grandes plantas industriales en las que el petróleo es sometido a una serie de procesos físicos y químicos, cuya obtención final es la obtención de diferentes hidrocarburos de los que está compuesto.

El principal proceso físico es:

• La destilación: el petróleo evaporado se hace ascender por una estructura llamada torre de fraccionamiento; en ella el vapor, a medida que asciende, se va enfriando, permitiendo la separación de los diferentes hidrocarburos gracias a que cada uno de ellos se condensan a diferentes temperaturas; otros, los más pesados, necesitan condiciones especiales.

El principal proceso químico es :

• La descomposición térmica: Consiste en el calentamiento del crudo a grandes presiones, donde tiene lugar la transformación o descomposición de las moléculas de hidrocarburos. Se utilizan catalizadores pata hacer mas eficiente el proceso.

Una vez concluido el proceso de refinado obtenemos una amplísima variedad de hidrocarburos: asfaltos, gasolinas, aceites...etc. Muchos de los derivados del petróleo constituyen la materia prima de la industria petroquímica, la farmacéutica y la alimentaria.

Proceso de refinado del petróleo.

2.2. La piedra natural.

El seer humano, a lo largo de la historia, ha utilizado la piedra natural para que su obra perdurara en el tiempo y, por tanto, el conocimiento se transmitiera de generación a generación. Gracias a esto, nosotros podemos saber como eran nuestros progenitores.

Aunque, la piedra natural tiene un problema principal que es su transporte, por eso en la actualidad se utilizan otro tipos de materiales más modernos, como el hormigón. 

Las piedras naturales se pueden clasificar en cinco grandes grupos:

Grupos	Definición	Ventajas	Inconvenientes
Arenisca	Roca sedimentaria formada por arena y un aglutinante natural.	- Muestran diversos grados de permeabilidad. - Buena resistencia al fuego.	Resisten mal el paso del tiempo.
Pizarras	Rocas metamórficas homogéneas formadas por la compactación de arcillas.	- Impermeabilidad.	- Material agotable, ya que proviene de la naturaleza.
Rocas calizas	Roca sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio.	- Resistentes a la comprensión. - Facilidad para ser talladas	- Vulnerables al ataque de los ácidos.
Granito	Roca plutónica, formada a partir de magma en grandes profundidades.	- Duro. - Pesado. - Resistente.	- Inconveniente para transportarlo y trabajarlo-
Mármol	Roca metamórfica compacta formada a partir de rocas calizas que, sometidas a elevadas temperaturas y presiones.	- Duradero. - Resistente. - Presenta gran variedad de tonalidades.	- Muy poroso, creando manchas.

2.3. La madera.

La madera es otro de los materiales más utilizados por el ser humanos, gracias a sus características: flexible, dura, abundante y fácil de trabajar. Lo que provoca que sea muy demanda y, por tanto, muy explotado a lo largo de la historia de la humanidad. Es por tanto, un grave problema porque la deforestación sigue a un ritmo alarmante.

Los dos principales componentes de la madera son la celulosa y la lignina. 

Existen tantos tipos de materias como especies de árboles. Las maderas mas demandadas son aquellas que proviene de los árboles tropicales, por su dureza y su resistencia a los elementos atmosféricos. Pero debemos ser consecuente con nuestros actos, ya que la tala indiscriminada de esta zona del planeta puede desembocar en la desaparición de la misma.

2.4. Los metales. 

Para comprender lo que son los metales debemos conocer como están constituidos.

La materia está compuesta por átomos, 92 proceden de la materia y existen otros creados por el hombre, y cada uno de estos reciben el nombre de elementos  (hidrógeno, sodio...). Un conjunto de elementos forman un compuesto. Pues bien, los metales son elementos que se distinguen por presentar ciertas propiedades:

• Apariencia brillante.
• Son dúctiles, ya que pueden deformarse en frío para formar láminas.
• Son maleables.
• Son buenos conductores de la electricidad y el calor.
• En soluciones acuosas forma iones positivos, es decir, átomos que han perdido alguno de sus electrones.  

Debido a la importancia estratégica que poseen los metales, no han sido sustituidos por ningún material moderno.

La principal ventaja de los metales es que reaccionan con facilidad con otros elementos, lo que explica que se encuentren en forma de minerales. Por el contrario, su principal inconveniente es la corrosión, que provoca la degradación de los metales haciéndolos más frágiles contra los elementos atmosféricos.

La excepción a esta regla son los llamados metales nobles, que por su baja reactividad son ideales para la industria de la joyería, como el oro y la plata.

Muchos metales mejoran sus propiedades al mezclarse con uno o más elementos, esta mezcla recibe el nombre de aleaciones, como la aleación de acero.

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

La mayoría de los materiales utilizados por el ser humano requieren de un proceso de elaboración, ya que se parte de una materia prima que ha de ser transformada. El origen de la materia puede ser mineral, vegetal o animal. A su vez, un producto ya elaborado puede servir como materia para otro.

La importancia de una materia prima reside o está relacionada con la cantidad de producto que se pueden obtener de ella y con el consumo  del propio producto.

1.1. Materia primas que han resultado fundamentales para la humanidad.

      

Homo habilis afilando una piedra.

La cantidad de materia prima y de productos elaborados ha ido aumento con las necesidades humanas, es decir, el  ser humano ha tenido que buscar o conseguir las materias necesarias para cubrir o saciar determinadas necesidades pautas o regidas por la supervivencia.

Herramientas arcaicas de sílex.

En las primeras etapas del ser humano, la necesidad de alimentarse y defenderse era esencial para la supervivencia, por lo que tuvieron que empezar a utilizar materiales minerales, como el sílex o pedernal, con la finalidad de elaborar herramientas útiles y cortantes.

La necesidad de protegerse contra el frío se satisfago con el uso de pieles, procedente de aquellos animales que cazaban. Más tarde, con el descubrimiento de la agricultura y la ganadería se obtuvieron materiales textiles, como la lana, el lino o el cáñamo, que sustituyeron a las pieles, ya que eran más higiénicas que la piel de animal. Además, se determinaron el uso de de la madera, así como distintos tipos de piedra para la construcción, como el adobe, que aún se utiliza en la actualidad por el ser humano para la elaboración de ladrillos.

1.2. Materias primas fundamentales en el mundo actual.

        

Obtención del petróleo mediante petroleras.

Nuestras necesidades son ilimitadas y la variedad de materias primas es inabarcable, y aunque todas son importantes, solo algunas         

ha alcanzado la consideración de materias primas estratégicas, que son aquellas materias primas que condicionan el crecimiento de la producción o la riqueza mundiales y que son clave por razones políticas o estratégicas para la economía de las potencias, las grandes multinacionales y para el sector armamentista, como el petróleo, el gas natural o el uranio.

La más importante es el petróleo que es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo. Los mayores yacimientos se encuentran en oriente medio, Latino-américa y Estados Unidos.

Yacimientos de hierro en Venezuela.

El hierro, desde la revolución industrial que empezó a tener más demanda, junto con el carbón, tienen gran importancia. Las principales reservas de hierro se encuentran en Rusia, Sudamérica y la India. Y el carbón, que se encuentra en mayor abundancia debido al mejor rendimiento y mayor utilización del petróleo, posee sus mayores yacimientos en Asia.

Otro metal importante es el cobre gracias a las propiedades físicas que posee, ya que tiene conduce muy bien la electricidad. Se utiliza para fabricar cable eléctrico. El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio.Pero, debido a electrónica moderna, el carbón ha ido perdiendo importancia y son los materiales semiconductores los que lo han reemplazado. El más importante de estos materiales es el silicio,  ya que tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas industrias. 

Aunque estas materias primas con muy importantes y muy conocidas, y también existen otras materias que no son tan conocidas pero que son esenciales para la vida cotidiana, como el tantalio que se utiliza, casi exclusivamente, en la fabricación de condensadores electrolíticos de tantalio, por tanto, un componente esencial de los dispositivos electrónicos muy compactos: teléfonos móviles, GPS, satélites artificiales, armas teledirigidas, televisores de plasma,videoconsolas, ordenadores portátiles, PDAs, MP3, MP4, etc.