La humanidad y el uso de los materiales
La transformación de los materiales
El ser humano ha intentado obtener los materiales más adecuados para su uso en construcción, ingeniería, instrumentos domésticos, etc.
La Revolución Industrial del siglo XIX empleó grandes cantidades de acero.
Algunos autores hablan de la Edad del Silicio, debido al uso de este material en microelectrónica.
Respuesta a las nuevas necesidades
La física ha aportado numerosas soluciones a las necesidades o ambiciones del ser humano. La posibilidad del desplazamiento rápido mediante vehículos a motor se ha conseguido gracias a los avances tecnológicos basados en la ingeniería clásica.
En el siglo XX aparece la mecánica cuántica, una teoría muy abstracta y de difícil comprensión que explica el comportamiento de los átomos y muchas propiedades de los materiales.
Ejemplos:
- La aeronáutica. El progreso de la aviación comercial y militar y los vuelos espaciales suponen un reto permanente a físicos e ingenieros.
- La medicina.
- Se pueden implantar tornillos que sujeten huesos rotos sin que se descompongan o se oxiden.
- Cuando un vaso sanguíneo se obstruye se puede sustituir por un tubo de teflón con propiedades tales que en sus pequeños poros se puedan derivar nuevos capilares sanguíneos procedentes de tejidos circundantes.
- Una lente de un derivado del metacrilato puede ser implantada y sustituir a un cristalino opaco en una operación de cataratas.
Los nuevos materiales
Los nuevos materiales son ejemplos de la relación entre el desarrollo científico y tecnológico, la creatividad y la innovación.
Para poder construir materiales hechos a la medida de necesidades específicas es necesario poder predecir las propiedades que va a tener un material en función de su composición y de las relaciones entre los átomos que lo forman.
Los materiales se clasifican en cinco grupos:
- Metales. Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica y una elevada densidad.
- Aluminio. Se utiliza para fabricar envases de bebidas, papel de aluminio, utensilios de cocina, aviones, etc. Además se emplea para las cubiertas de las aspirinas (antiácido), como aditivos de alimentos y en desodorantes.
- Zinc. Se usa para fabricar pilas y en revestimientos. También se emplea en la fabricación de pinturas, colorantes y conservantes de la madera.
- Níquel. Se utiliza en la fabricación de monedas, joyería y acero inoxidable.
- Litio. Se usa para espesar grasas lubricantes, para fabricar esmaltes y para pilas alcalinas.
- Estaño. Con él se fabrica latón y bronce. Recubre el interior de las latas de bebidas, alimentos o aerosoles.
- Semiconductores. Pueden comportarse como conductores o como aislantes. El más representativo es el silicio.
- Cerámicos. Suelen ser óxidos o carburos. Son muy frágiles y presentan conductividad eléctrica y térmica muy baja, por lo que pueden utilizarse como aislantes.
- Polímeros. Son el resultado de la unión de pequeñas moléculas orgánicas llamadas monómeros. Son uno de los materiales más recientes y suelen obtenerse del petróleo. Entre ellos están los plásticos, los cuales deben reciclarse debido a que son muy contaminantes.
- Composites. Son materiales mixtos, obtenidos a partir de los grupos anteriores. Son materiales resistentes de bajo peso, que se utilizan en chasis y carrocerías de coches, motos o aviones.
Nuevas tecnologías. La nanotecnología.
La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.
Los microscopios nanotecnológicos.
En los microscopios de efecto túnel, los electrones pueden escapar de su órbita y crear un túnel hacia el otro lado de un espacio determinado y separado por una diferencia de potencial. Se va a producir una microcorriente eléctrica que será registrada. Así se ha logrado observar la superficie de un metal y la disposición de sus átomos.
En 1986 se construyó el microscopio de fuerza atómica, capaz de medir fuerzas de 10-9 N.
Los nanotubos.
En 1985 se descubrieron esferas de carbono puro a las que llamaron fullerenos, compuestos por 60 átomos de carbono con una forma parecida a un icosaedro. Estos fullerenos esféricos dieron paso a los fullerenos en tubo, que son estructuras esféricas de grafito, muy resistentes, muy buenos conductores, muy ligeros y más elásticos que los metales.
Aplicaciones de la nanotecnología
- Medicina. Fabricación de nuevos medicamentos, ADN programado para producir determinadas sustancias o reparación de tejidos con materiales sustitutivos de tejidos específicos.
- Electrónica e informática. Se reducirá el tamaño de los ordenadores y se aumentará la fiabilidad del almacenamiento de la información.
- Construcción. Reparación automática de carreteras y edificios, fabricación de nanorrobots que se introducen en el interior del cuerpo de un individuo y realizan diagnósticos y tratamientos.
El resultado del uso de los materiales
Las basuras y los residuos.
Basura es todo aquel material sólido, producto de las actividades humanas que es necesario eliminar.
Residuo es todo material que resulta de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su propietario o productor lo abandona por carecer de utilidad.
Tipos de residuos
- Residuos sólidos urbanos. Se generan en domicilios particulares debido a la actividad doméstica y los producidos en comercios, oficinas y servicios de los núcleos urbanos.
- Residuos sanitarios. Generados en actividades de atención médica y de laboratorios de investigación sanitaria. Pueden ser de riesgo y deben gestionarse de modo específico para asegurar la salud y protección del entorno.
- Residuos industriales. Se generan en procesos de fabricación industriales. Se está aumentando su reciclaje como materias primas de otros procesos.
- Residuos agrarios. Proceden de la agricultura, ganadería, pesca, explotaciones forestales o la industria alimentaria. También se incluyen los envases de fertilizantes y fitosanitarios, los cuales se han convertido en un problema debido a su difícil degradación.
- Residuos ganaderos. Proceden de explotaciones intensivas y producen una importante contaminación en aguas superficiales y subterráneas.
- Residuos radiactivos. Son aquellos materiales que emiten radiactividad. Son peligrosos debido a que en pequeñas cantidades pueden emitir dosis de radiación nocivas para la salud humana y por su larga duración.
La gestión de los residuos
Es el conjunto de operaciones dirigidas a dar a los residuos producidos en una zona el destino global más adecuado desde el punto de vista ambiental y sanitario.
Principios para la gestión de los residuos:
- Principio de prevención. La producción de residuos debe evitarse o reducirse todo lo posible.
- Principio de quien contamina, paga. El productor de los residuos o el que contamina el entorno debe responsabilizarse de los costes que ocasiona su tratamiento.
- Principio de precaución. Los problemas potenciales deben anticiparse.
- Principio de proximidad. Los residuos deben eliminarse lo más cerca posible de su origen.
Tratamiento
Se lleva a cabo para eliminar o recuperar los residuos. Los tratamientos más habituales son:
- Depósito en vertederos.
- Compostaje. Los restos se utilizan como abonos o compost, que es una descomposición de la materia orgánica presente en los residuos en condiciones controladas.
- Incineración. Es un proceso que transforma la fracción orgánica en materia inerte y en gases. El calor producido en el proceso se puede emplear en calefacción urbana o para generar energía eléctrica. El problema es la generación de sustancias contaminantes.
- Tratamiento biológico. Algunos microorganismos producen biogás, que se utiliza como combustible o para producir energía eléctrica.
RRR
Es imprescindible frenar la tendencia de producción y consumo incontrolado que presentan actualmente los países industrializados.
- Reducir los residuos. Implica adquirir hábitos y comportamientos de consumo que ayuden a disminuir los residuos, adquirir productos que tengan menos impacto ambiental y evitando generar basura innecesaria.
- Reutilizar. Implica usar varias veces los residuos de consumo sin tratarlos ni transformarlos.
- Reciclar. Es utilizar los residuos como materia prima para elaborar productos similares o diferentes. Es muy importante de cara al desarrollo sostenible, ya que permite el ahorro de materias primas, disminuye el consumo de agua y energía y reduce la generación de residuos y la contaminación consecuente.
La recogida
Implica la separación de los residuos que generamos según los cubos domésticos, contenedores urbanos, puntos limpios, etc.
En España la gestión de los residuos es bastante insatisfactoria, debido a la carencia de instalaciones, la existencia de numerosos vertederos incontrolados, bajos niveles de recogida selectiva e insuficiente reutilización y reciclado de los residuos. Por eso es imprescindible una mayor inversión pública, comportamientos ejemplares de las administraciones y campañas de sensibilización para evitar el consumo excesivo.