Puntos cuánticos CF Nº 120

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL N º 120
Nanotecnología IV
Unos puntos muy especiales
Los puntos quánticos o pequeños átomos artificiales son construcciones a nanoescala, es decir la acumulación de un grupo de átomos de ciertos materiales que forman una topografía especial parecida a un conjunto de pequeñas montañitas con sus valles y cumbres. Pueden encontrarse en estado sólido, como placas o en solución y tienen la particularidad de atrapar electrones al igual que los átomos, por ello se los considera átomos artificiales y se cree que pueden formar moléculas artificiales con menor gasto de energía.
Su uso
En opto electrónica o sea el nexo entre la óptica y la electrónica donde la física quántica es la que rige y para fabricar con ellos células fotovoltaicas más eficientes.
En biomedicina como marcadores biológicos de tinción
Para tratamientos de cáncer ,como balas mágicas.
Para la construcción de diodos láseres más eficientes como lectores de CD y códigos de barra.
Para la fabricación de billetes y documentos seguros.
Como transportadores de fármacos.
En computación, como dispositivos de memoria, de computadoras quánticas
En obtención de energía solar.
Para la detección de virus.
Pueden estar hechos de cadmio y selenio, galio y arsénico, arseniuro de indio y fosfuro de indio Reciben otros nombres como quantum bit o Qubit (unidad minima de información en informática), quantum dot (por sus propiedades semiconductoras de actuar como transistor). Son tan pequeños que un único electrón es capaz de cambiarles las propiedades y son capaces de transformar la luz, ya que esta es emitida en forma coherente como láser, con gran intensidad y brillantez y no se apaga fácilmente. Esto permitiría generar imágenes de resolución 1000 veces mayor que las tradicionales.
Cambiando el tamaño de los cristales y el tipo de elemento que los forma, se puede con ellos, producir luz de variados colores y se descubrió que cuando son iluminados con luz ultravioleta, invisible para el ojo humano, el punto cuántico emite luz visible.Tienen un gran futuro en la computación quántica, pues parece que su uso permitirá procesar información a velocidades increíblemente grandes y reducir los tamaños de los ordenadores.
Aún está en estudio su toxicidad para el uso en biomedicina estos no resultan tóxicos en medio neutro, pero parece que el medio ácido los deterioran. También se está estudiando el efecto que podría provocar al medio ambiente si se los fabrica y emplea en grandes cantidades. Se está trabajando en la fabricación de puntos quánticos de diferentes materiales para que no resulten tóxicos.

Los avances en nanotecnología son una promesa para el futuro de la humanidad.Como siempre es necesaria la precaución para generar beneficios y no perjuicios.

Nano medicina CF Nº 119

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL N º 119
Nanotecnología III
Nanomedicina
Una de las más recientes ramas de la nanotecnología es la nanomedicina.
La aplicación está orientada tanto a la cura de enfermedades como a la prevención de las mismas mediante diagnósticos más rápidos y precisos.
La pequeñez con la que se trabaja (1/1000000000 m) permite detectar moléculas y manipular la materiales e incluye
Mejorar los análisis químicos y los estudios por imagen.
Crear nuevos nanomateriales.
Transportar drogas y medicamentos para que sean liberados lentamente. (nano.SED)(sistema de entrega de drogas.)
Acelerar los métodos de diagnóstico.
Detectar de genes enfermos para evitar que se manifiesten. (silenciar genes)
Existe la posibilidad de diseñar pequeños sensores que se activen con el cambio del medio biológico de modo que los diabéticos se podrían beneficiar con la liberación de insulina encapsulada en células artificiales, en el momento en que el nivel de glucosa aumentase.
Especialistas del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) El equipo de investigación que incluyó a Mostafa El-Sayed (director del Laser Dyanamics Laboratory y profesor de Química en el Georgia Tech), su hijo Ivan El-Sayed (cirujano de cabeza y cuello en el Comprehensive Cancer Center de la UCSF) y Xiaohua Huang (estudiante graduado del Georgia Tech). Realizaron un estudio sobre las nanopartículas de oro por ser excelentes dispersando y absorbiendo luz permiten la detección de células cancerosas, ya que éstas poseen en su superficie una proteína conocida como factor de crecimiento epidérmico (EFGR) que las células sanas no lo tiene en tanta proporción, así uniendo a los nanopartículas de oro con un anticuerpo contra este factor (anti-EFGR), Las células cancerosas tiene un 600 % más de afinidad que las sanas de unirse al mismo. Una vez unidas estás se podrían visualizar con un simple microscopio ya que brillan intensamente.
Balas que sanan
También se está pensando en transformar a estas partículas en las llamadas “balas mágicas” o nanopartículas capaces de detectar células cancerígenas y destruirlas específicamente, esto sería otra posibilidad de tratamiento que se sumaría a los ya tradicionales.
Según los científicos Hugh Richardson y Sasha Govorov, de la Universidad de Ohio, una vez que una colección de pequeñas nanopartículas de oro se unen a las células malignas, si son estimuladas aplicando láser de bajas intensidades son capaces de generar el calor necesario para destruir específicamente a las células malignas pues pueden calentar un área de mil veces su tamaño, debido a sus propiedades caloríficas.
A nivel mundial y en nuestro país hay muchísimos proyectos de investigación que se están llevando a cabo en los diferentes centros científicos. Esto resulta una luz de esperanza para la cura de numerosas enfermedades.

Nanotubos Especiales CF Nº 118

Autora:María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL N º 118

¡Esos tubos tan especiales!
Los nanotubos

Nanotecnología II

Para comprender esta nota refresquemos algunos conocimientos de notas anteriores como la que explica las variedades alotrópicas (juguemos al carnaval) y la nota de aisladores conductores y semiconductores.
En ellas expresamos lo siguiente:
La materia frente a la electricidad puede conducirla o no y esto dependerá de su intima estructura es decir de cómo están combinados sus átomos.
Recordemos que los metales tienen un modelo que los describe como núcleos positivos sumergidos en un mar electrónico, es decir, los electrones no pertenecen a ninguno de ellos en especial sino que fluyen a través de los mismos.
Las sustancias iónicas al ser puestas en solución liberan átomos o grupos de átomos cargados de modo que también resultan ser esas soluciones conductoras “El agua salada o igualmente el agua de la canilla también conduce la electricidad, por eso resulta tan peligroso manipular artefactos eléctricos con las manos húmedas o en lugares donde hay agua.”
“El grafito, es una sustancia formada por átomos de carbono que en su estructura consta de gigantescas moléculas que constituyen láminas dispuestas paralelamente entre sí, dentro de cada lámina los átomos se enlazan compartiendo sus electrones (covalente) ocupando los vértice de un hexágono formando una gran red semejante a un panal, así cada átomo de carbono estará rodeado por tres átomos más y compartirá con ellos un par electrónico. Recordemos que el carbono posee cuatro electrones en su último nivel y debe compartir cuatro para alcanzar el estado ideal, por lo que en este caso al estar rodeado de tres átomos, el cuarto electrón queda sin preferencia con respecto a los núcleos y no se le atribuirá a ninguno en particular por lo tanto fluirá a través de ellos y el material será conductor”
De allí concluimos que
“Toda sustancia que posea movilidad de cargas eléctricas en su interior podrá conducir la electricidad”.
También en esta nota hicimos una breve descripción de los semiconductores colocándolos en una posición intermedia entre conductores y aisladores
“Son no metales como el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) que pertenecen al grupo IVA (grupo del carbono) de la tabla periódica, conducen en forma bastante imperfecta la electricidad pues tienen los electrones fuertemente aferrados al núcleo, pero al aumentar la temperatura estos adquieren energía , se movilizan y la sustancia aumenta su capacidad de conducir (conductividad).

Explicábamos que haciendo un pequeño truco que consiste en agregarle impurezas controladas del grupo VA (P_ fósforo, As_ arsénico, Sb_ antimonio) Como estos elementos poseen 5(cinco) electrones en su último nivel compartirán fuertemente 4(cuatro) de ellos quedando uno a disposición de todos los núcleos y por lo tanto con alta movilidad, lo que mejora muchísimo la conductividad del material, este tipo de semiconductor se clasifica como n (negativo) porque le sobran electrones.
También hay otro truco que es impurificarlos con elementos del grupo 3A (Al_ aluminio, Ga_ galio, In _ indio) como poseen 3 (tres) electrones en el último nivel sólo comparten éstos faltando un cuarto que deja una especie de hueco y por lo tanto esta falta favorece a la conducción eléctrica ya que los electrones circulan por el material para ocupar esos huecos .Estos se llaman semiconductores p (positivos) pues la escasez de electrones es considerada positiva.”
En la nota en que describimos todos los “disfraces” de la materia, uno de ellos eran los estados alotrópicos y así decíamos:
“ Cuando un mismo átomo adopta diferentes formas o posiciones en el espacio, según sean éstas la apariencia de las sustancias que constituyen se presentará totalmente diferente así como también cambiarán sus propiedades físicas, es decir la dureza, el color, la textura, de modo que un mismo átomo podrá presentarse como diferentes sustancias (variedades alotrópicas).
El átomo de carbono (C) tiene esta facilidad ya que si los mismos se disponen en lugares rígidos en el espacio adoptando estructuras cristalinas, este formara los apreciados diamantes que se caracterizan por su extremada dureza y son utilizados por el hombre en la industria para cortar vidrios u otras sustancias duras o bien en joyería facetándolos para que refracten y reflejen a la luz y generando intensos colores irisados.
Cuando los átomos de carbono se disponen formando hexágonos como los de un panal dispuestos en grandes placas planas y en el mismo plano horizontal, la sustancia que forma es el grafito, de color grisáceo abrillantado que se usa en electrónica por su poder conductor y que se desliza sobre un papel dejando marcas de modo que con él se fabrican las minas de los lápices. El carbón que tanto conocemos y usamos para generar calor tiene átomos de carbono con disposición irregular ya que proviene de la materia orgánica que ha sufrido transformaciones a lo largo del tiempo quedando sólo el carbono como su representante.”


Los nanotubos no son más que otra variedad alotrópica del átomo de carbono, sólo hace falta que pensemos en la misma estructura del grafito pero la diferencia será que estas láminas en lugar de permanecer planas unas sobre otras se arrollan sobre sí mismas formando el nanotubo, del grado de arrollamiento depende que sean multicapas o mono capa.

Sus propiedades
Su estructura, la forma del enrollamiento y la disposición de los paneles en el espacio y la presencia o no de “defectos” (muchas veces tecnológicamente provocados) generan propiedades eléctricas variadas, como conductores, semiconductores o superconductores.
Pueden transportar enormes cantidades de corriente sin deterioro alguno.
Mecánicamente, son extremadamente resistentes, duros y a la vez flexibles, pudiéndose fabricar con ellos fibras altamente recuperables a la torsión y la tracción. Sustentan su propio peso, por lo que no caen.
Son muy buenos conductores del calor siendo muy estables aún a 2800 ºC y en el vacío y soportan 700 ºC en el aire, esto hace que el calor en ellos se disipe con facilidad y rapidez.
Tienen propiedades ópticas importantísimas pues transforman la luz en electricidad y viceversa.

Se descubrieron casi de casualidad al hacer pasar una corriente eléctrica por electrodos de carbono, en las cenizas que este experimento provocó, se los encontró.
Sus Usos
A medida que avance la investigación en nanotecnología, es evidente que tendrán usos cada vez más asombroso
Se cree que es posible usarlos como:

Súper condensadores.
Para la miniaturización que es el objetivo actual de la electrónica.
Como almacenadores de Hidrógeno.
En células solares.
En electrónica desempeñando mejor papel que el Silicio, ya que se pueden fabricar integrados más pequeños.
Para la fabricación de transistores
Como aditivos para polímeros
Para aplicaciones en biotecnología.
Para aplicaciones ópticas para la fabricación de microscopios de alta resolución.
En aplicaciones en genética.
En fabricación de memorias.
Para la fabricación de componentes electrónicos.
Para la biomedicina a nivel nano.
En la industria de aviación, generando metales más resistentes.
En la pintura.
Como adsorbente de contaminantes como los metales pesados y otros químicos.
Para la fabricación de artículos deportivos.
En la fabricación de un ascensor espacial, por la capacidad de sustentar su propio peso.
Fabricación de nano máquinas o instrumentos.

Y en una infinidad de tecnologías más que aún están en investigación.

La inteligencia del hombre y la capacidad de descubrir es otra de las Maravillas Universales.

Nanotecnología CF Nº 117

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL N º 117


La tecnología de lo muy pequeño

Nanotecnología I


El prefijo nano significa un milímetro dividido en 1 millón de partes es decir que si lo expresamos en metros, éste quedará dividido en 1000 millones ( 1/1000000000 m)

Así de pequeña es la dimensión con que esta tecnología trabaja. Las bacterias y las células resultan grandes para estas medidas, en ellas encajan los virus, las moléculas y los átomos.
Esta tecnología manipula la materia a nivel de atómico y molecular y trabaja apenas con unas pocas capas de átomos.

A este nivel las ciencias se unifican, ya no hay física, química, ni biología, el conocimiento se torna multidisciplinario.

Las propiedades de la materia a esta escala sorprenden, ya que son diferentes de las macro propiedades. La nanociencia las está descubriendo y a medida que avanza la nano tecnología genera nuevos productos que revolucionan al mundo y se supone que lo revolucionarán mucho más.

Alrededor de 1965 el considerado pionero y premio Nobel de la Física, Richard Feynman, ya mencionaba las posibilidades de la nanociencia. En ese momento no existía el avance tecnológico actual, pero a medida que se crearon microscopios capaces de detectar materia cada vez más pequeña, esto se hizo realidad.

A principios de los ochenta fue inventado en Suiza (IBM-Zurich) uno de los microscopios que puede "ver" átomos como entidades independientes, este invento permitió no sólo verlos, sino también manipularlos, para poder construir dispositivos sumamente pequeños. En la actualidad hay un gran número de técnicas para las construcciones tridimensionales a nanoescala.

Eric Drexler, un ingeniero de los Estados Unidos es conocido por popularizar los potenciales de la nanotecnología molecular durante las décadas de 1970 y 1980 y es considerado uno de los mayores visionarios. También alertó del peligro de que esta técnica caiga en manos de gente inescrupulosa o enferma y que haga uso de ella con fines no humanitarios, o bien que se descontrolen de alguna manera estas nano máquinas.

Mundialmente las inversiones en investigación sobre nanociencia se han ido incrementando, y se cree que se producirá la revolución industrial del siglo XXI, esta tecnología se puede equiparar a la informática y a la genética.
Aunque le falta mucho camino por recorrer, se supone que dentro de unos diez años podremos ver sorprendentes resultados, aunque ya hay varias aplicaciones.


Podemos hacer una gran lista de muchos de los avances en los últimos tiempos como:

Manipulación de células vegetales.
Construcción de catalizadores para el control de la contaminación ambiental.
Fabricación de combustibles no contaminantes.
Nanotubos de carbón y productos relacionados.
Músculos artificiales con nanotubos.
Nuevas técnicas quirúrgicas.
Nano pirámides para matar células cancerígenas.
Nanopartículas para el transporte de genes destructores de tumores.
Sensores de nanotubos
Imágenes moleculares
Sistemas informáticos.
Celdas fotovoltaicas.
Nanominerales para resinas plásticas.
Superconductores
Nanocristales y nanopartículas



Si se construyen “maquinas pequeñas” que reciben órdenes, estas podrían actuar a nivel celular y trabajar dentro de un sistema biológico generando cambios adecuados y quizás se podrían curar enfermedades hasta ahora incurables. La aplicación de la nanociencia a la medicina recibe el nombre de nanomedicina.

El hombre es un ser muy inteligente, lo repetimos muchas veces a través de todas las notas de Ciencia Fácil, es importantísimo el buen uso de esta inteligencia para no dañar el Equilibrio Universal.

Sales Básicas CF Nº 116

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Nº 116
El idioma de la química, parte X
Las sales básicas
Advertencia: las Notas del idioma químico es conveniente leerlas en orden correlativo.
Las sales básicas son las que se obtienen de la combinación de un ácido con un hidróxido, pero sin la neutralización total ya que el hidróxido retiene alguno de sus oxhidrilos (OH-). Lógicamente las forman que poseen más de un oxidrilo
Veamos algunos ejemplos
Si se combinan ácido sulfúrico (H2SO4) con hidróxido de calcio Ca (OH)2Simbólicamente escribimos:
H2SO4 + Ca (OH)2Si el hidróxido retiene en su molécula un (OH)- y libera sólo uno de ellos
Se producirá lo siguiente
2H+ +SO4= + Ca (OH)+ + OH-
Vemos que hay 2 H+ para neutralizar un único oxhidrilo de modo que será necesario equilibrar el proceso colocando un 2 (dos) delante del hidróxido
Quedando
H2SO4 +2Ca (OH)2Si lo ionizamos
2 H + + SO4= + 2 Ca(OH)+ + 2OH-Esto dará como producto dos moléculas de agua que resultarán de la unión de los 2 H+ y los 2 OH- el resto de los iones formarán la sal basica (con retención de oxhidrilos
2H2O + [Ca (OH)] 2SO4Escribiendo la ecuación completa
H2SO4 + 2Ca (OH) 2--------- 2H2O + [Ca (OH)] 2SO4
Nomenclatura tradicional: Sulfato dibásico de Calcio
Nomenclatura moderna: tetroxosulfato de di hidroxicalcio
Nomenclatura Stock: Sulfato (VI) básico de Calcio

Veamos otro ejemplo
H3PO4 + Fe (OH)3Aquí reaccionan ácido fosfórico con hidróxido férrico
Supongamos que la base retenga dos (OH)-
Escribimos
3H+ + PO4--- +Fe (OH)2+ + (OH)-Como se desprenden 3 H+ por cada (OH)- debemos equilibrar
3H+ + PO4--- + 3[Fe (OH)2+ + (OH)-]
Quedando
3 H+ + PO4--- +3Fe (OH)2 +3(OH)-Formándose como producto
3H2O+ [Fe (OH)2]3(PO4)Escribiendo la reacción química completa
H3PO4 + 3Fe (OH)3----- 3 H2O + [Fe (OH)2]3(PO4)
Nomenclatura tradicional: Fosfato di básico férrico
Nomenclatura moderna: tetroxofosfato de tri di hidróxido de mono hierro
Nomenclatura Stock: No posee por no distinguir a los ácidos especiales

Veamos el caso de que el hidróxido férrico retenga un solo oxhidrilo
H3PO4 + Fe (OH) 3
Ionizando
3 H+ +PO4 + Fe (OH)++ + 2(OH)-Equilibrando Protones y oxhidrilos con producto cruzado

2[3H + + PO4---] +3[Fe (OH) ++ +2(OH)-]Quedará
6H+ + 2PO4--- + 3Fe (OH) ++ +6(OH)-Formándose
6H2O + [Fe (OH)]3(PO4)2La ecuación completa será:
2H3PO4 + 3Fe (OH)3---------6H2O + + [Fe (OH)]3(PO4)2
Nomenclatura tradicional: Fosfato básico férrico
Nomenclatura moderna: ditetroxofosfato de tri mono hidróxido de hierro
Nomenclatura Stock: No posee por no distinguir a los ácidos especiales

También se pueden formar sales básicas no oxigenadas provenientes de hidruros no metálicos que se unen con bases polihidroxiladas.
Veamos un ejemplo
HCl +Fe (OH)2Ácido clorhídrico con hidróxido ferroso
Si el hidróxido retiene un oxidrilo la ionización quedará
H + Cl- +Fe (OH)+ + + (OH)-No debemos equilibrar los H + y porque uno de cada uno de ellos

Formándose como producto
H2O + Fe (OH) ClEscribiendo la ecuación completa
HCl +Fe (OH)2------- H2O + Fe (OH) Cl
Nomenclatura tradicional: Cloruro básico ferroso
Nomenclatura moderna: cloruro monobásico de hierro
Nomenclatura Stock: Cloruro básico de Fe (II)

Nuestro vicabulario se ha ampliado lo suficiente como para concluirlo y continuar con la práctica y el esfuerzo para que se consolide.

Este  es un trabajo adicional

Sales Básicas

 
El idioma de la química, parte X

Ante la gran demanda que presentó en estadísticasesta nota de SALES BASICAS Y SU NOMENCLATURA aquí van algunos ejercicios para practicar a los que adicionaré en poco término las respuestas. Sería bueno que agreguen en comentarios algunas para poder corregir y resaltar errores

Nombrar con todas las nomenclaturas posibles



1- Fe(OH)(SO4)



2-Pb(OH)2(NO3)2



3-Pb(OH) (NO2)



4-(Ca (OH))2SO4



5_(Fe(OH))Cl2



6_ (Pb(OH))2S3


Si esto resulta práctico y desean respuestas haganlo saber mediante comentarios al pie de la nota que yo recibiré directamente en mi casilla de correo.

Incluyendo el  pedido de desarrollo de algunos temas de química.

Respuestas

1

• N T Sulfato mono básico férrico.
• N M mono tetroxo sulfato, mono hidroxo, de mono hierro.
• NS Sulfato (VI) básico de hierro(III). 

2

• NT Nitrato di básico plúmbico.
• NM Di trioxo nitrato di hidroxo de mono plomo.
• Nitrato (V) dibásico de Pb (IV).

3 

• NT Nitrito básico plumboso.
• NM Mono dioxonitrato,mono hidroxo de mono plomo.
• NS Nitrato(III) básico de Plomo(II).

4 

• NT Sulfato básico cálcico.
• NM Mono sulfato de di hidroxomonocalcio.
• NS Sulfato(VI) de hidroxocalcio.

5

• NT Cloruro monobásico ferrico.
• NM Dicloruro de monohidroxo hierro.
• NS Cloruro de Hierro(III) monobásico.

6 

• NT Sulfuro mono básico plúmbico.
• NM Tri sulfuro de di monohidroxo plomo.
• NS Sulfuro de Plomo(IV) monobásico