9° gimnasio los alcázares
Trabajo de ciencias de: Mateo Sanin G.
Ciencia Moderna LOS 10 USOS Y APLICACIONES DEL GRAFENO 1. ELECTRÓNICA 2. INFORMÁTICA 3. TELEFONÍA MÓVIL 4. SECTOR ENERGÉTICO 5. INDUSTRIA DEL BLINDAJE 6. INDUSTRIA AUTOMOVILÍSTICA 7. INDUSTRIA DEL MOTOR Y LOS COMBUSTIBLES 8. INDUSTRIA ALIMENTARIA 9. TRATAMIENTO DE AGUAS 10. DESARROLLO DE LA CIENCIA USOS DEL GRAFITO Grafito para la fabricación de sellos, chumaceras, cojinetes, casquillos, juntas rotativas, discos para moto variador, aspas para compresores, ánodos, cátodos, electrodos, y mucho más.
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PORQUE ES IMPORTANTE EL CARBONO EN NUESTRA VIDA DIARIA El carbón es uno de los elementos naturales más importantes para el se humano aunque también para diversos procesos naturales que necesitan de su presencia. Podemos comenzar diciendo que el carbón es un material natural que se encuentra en diferentes lugares del planeta, que es el resultado del proceso de car bonificación de diferentes vegetales y organismos que han muerto y fosilizado a través de miles de años. Además de estar presente en diversos dispositivos electrónicos y no electrónicos
EL CARBONO Y SU IMPORTANCIA EN EL SER
Importancia Cualquier proceso biológico particular o sistema se puede generalmente entender en términos de la química: los seres vivos son, en gran medida, una serie de reacciones químicas que tienen lugar en un contexto particular. Por lo tanto, la explicación más simple para la importancia de carbono en los organismos vivos es la química. El carbono es la base química para la mayoría de las moléculas que son importantes para el mantenimiento de la vida. Estas moléculas incluyen hidratos de carbono, lípidos (la categoría que incluye a las grasas), proteínas y ácidos nucleicos (hechos famosos por el ADN, la sustancia química que contiene nuestro código genético).
«La lista de [...] aparentes accidentes de naturaleza no biológica, sin [los] que no existiría la vida basada en el carbono y tampoco la humana, es larga e impresionante» Fred Hoyle científico británico. LA HISTORIA DEL CARBONO El carbón mineral se empezó a utilizar como combustible en China hace aproximadamente 2 000 años. Posteriormente lo utilizaron los romanos. Lo curioso del caso es que en el siglo XI un inglés "redescubrió" que el carbón podía arder. Sin embargo, desde el siglo XIII, los ingleses lo empezaron a explotar y lo transportaban en barco a Londres, donde lo utilizaban para producir calor. También los indios hopi lo emplearon en lo que hoy es Arizona. En 1670, el reverendo John Clayton informó la generación de un gas luminoso que se obtenía al calentar carbón en una retorta. Un siglo después, en 1792, William Murdock, iluminaba su casa en Corwall, Escocia, con gas obtenido de la destilación de carbón. Sin embargo, no fue sino hasta la época de la reina Isabel I cuando este combustible empezó a utilizarse ampliamente en las ciudades inglesas, sacado de las minas de Newcastle y Cardiff. El carbón adquirió más importancia cuando Abraham Darby descubrió el proceso que permite obtener coque a partir de carbón.8
QUE USOS TIENE EL CARBONO EN NUESTRA Hay múltiples cosas en las que esta presente el carbono algunos ejemplos y los mas relevantes son: el gas natural ( metano ch4) carbón bicarbonato de sodio (efervescente o comida) co2 ( en la respiración celular o el gas de las gaseosas o bebidas) lápiz grafito (carboncillo) el vinagre (acido acético) el alcohol etílico (cervezas, etc..) las piedras el acero (llaves, cerraduras, etc...) (hierro + carbono) el sarro que se acumula en las teteras o hervidores (carbonato de magnesio) en el agua potable ya que contiene carbonatos tu cuerpo quita esmalte de uñas (cetona) las uñas, los dientes los huesos (carbonato de calcio) caparazones de animales Todos los combustibles ( hay más de mil) Todas las comidas (hay más de 200 mil) Estos son solo algunos pocos ejemplos de en lo que usamos el carbono pero también esta presente en la tecnología , muebles. Etc…
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EL GRAFENO El grafeno es ese nuevo material mágico que podría llegar a serlo todo o quedarse absolutamente en nada. Se está en plena fase de experimentación, con miles de usos y aplicaciones posibles, pero aún no hemos pasado de ahí. Eso sí, las posibilidades de este material, que es el más fino que existe, con láminas de un solo átomo de grosor, son fascinantes. Podría revolucionar desde la electrónica de consumo hasta la medicina. Ahí van algunos de los increíbles usos con los que se está experimentando hasta ahora.
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El grafeno posee unas cualidades nunca encontradas antes en otro material: conduce la electricidad mucho mejor que el cobre, es entre 100 y 300 veces más resistente que el acero y además es muy flexible.
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ALGUNOS DE LO USOS FUTUROS PARA EL Producción y Comercialización del Grafeno Desde que en el año 2010 se entregara el Premio Nobel por las investigaciones sobre el grafeno la inversión para la investigación de este material es enorme, de hecho, las grandes multinacionales están utilizando sus laboratorios I+D+i para este uso.
En la actualidad hay empresas ligadas al I+D+i que se dedican a buscar métodos de producción más eficaces
GRAFENO
1-Subir contenidos a Internet a velocidades impensables. Hablamos de un terabit en un segundo. Eso es rápido.
para el Grafeno y su comercialización, entre sus principales clientes se encuentran las principales compañías en el campo de la telecomunicación y de la electrónica. Graphenea, con base
2-Cargar tu móvil en cinco segundos.
en San Sebastián, es una de las tres principales productoras de grafeno en lámina a nivel mundial (sus dos principales competidoras son estadounidenses).
3-¿Te imaginas que tuviéramos una solución para limpiar la contaminación de desastres nucleares como el de Fukushima? Investigadores de la Universidad de Rice han logrado unir desechos nucleares utili-
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4-El grafeno podría transformar deportes como el tenis. La firma HEAD trabaja en aplicarlo a la fabricación de raquetas para poner el peso donde realmente importa, en la cabeza de la raqueta y el mango. 5-Científicos del MIT están aplicando este material para crear un filtro capaz de convertir el agua salada en potable de forma rápida, fiable y barata.
EL GRAFENO, PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2010
6-Podría aplicarse a pantallas táctiles, lo cual permitiría fabricarlasde plástico en lugar de cristal. Es decir, la promesa de pantallas táctiles, flexibles e irrompibles estaría más cerca. 7-Científicos han creado ya el primer prototipo
de auriculares de grafeno y la calidad de sonido es espectacular. 5
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-Grafeno para detectar enfermedades Mike ngeniero investigador de la universidad de Priceton ha desarrollado sensores basados en el Grafeno que se “tatuarían” en los dientes para la detección de enfermedades, las bacterias se pegarían a la superficies de los sensores a modo de velcro. Estos sensores irian sobre una fina capa de seda que se adhiere al diente mediante la saliva, quedaría fuertemente pega-
8Supercapacitadores fabricados con grafeno dejaría a las baterías obsoletas.
do al diente, y adherido a la superficie mediante fuerzas de Wan der Waals.
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Las 8 propiedades del grafeno que hacen posibles estos maravillosos inventos. Entre las propiedades más destacadas del grafeno se encuentran: Alta conductividad térmica y eléctrica. Semiconductor. Alta elasticidad y dureza (el grafeno es mucho mas duro que el diamante y 200 veces más que el acero). Resistencia (el material más resistente del mundo). El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo. Soporta la radiación ionizante. Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. Menor efecto Joule, se calienta menos al conducir los electrones. Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio 6 An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file. Purchase a license to generate PDF files without this notice.
USOS ACTUALES
Estos usos mencionados anteriormente solo son los posibles usos a futuro pero e aquí los 10 usos actuales del greafeno 1. Electrónica 2. Informática 3. Telefonía móvil 4. Sector energético 5. Industria del blindaje 6. Industria automovilística 7. Industria del motor y los combustibles 8. Industria alimentaria 9. Tratamiento de aguas 10. Desarrollo de la ciencia
Descubren que el grafeno es capaz de autorepararse Investigadores de la Universidad de Manchester han podido comprobar que cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos. Casi como si se tratase de magia, dichos átomos capturados van situándose en los huecos donde son requeridos. 7 An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file. Purchase a license to generate PDF files without this notice.
Usos del carbino Todo esto debería satisfacer a los nanotecnólogos que desean inventar nanomáquinas cada vez más exóticas, como los dispositivos nanoelectrónicos y espintrónicos. Dados los avances que se están llevando a cabo en la fabricación de este tipo de cosas, quizá no tengamos que esperar demasiado hasta que alguien empiece a explotar las extraordinarias propiedades mecánicas de las cadenas de carbino.
Pero a estado apareciendo algo nuevo que asegura ser mas fuerte que el grafeno y el diamante Los químicos han calculado que las cadenas de átomos de carbono con enlaces
dobles o triples, un material conocido como carbino, deberían ser más fuertes y rígidas que cualquier material conocido.
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Carbino El sexto elemento, el carbono, nos ha dado una increíble cantidad de materiales extraordinarios. Antes solo existían el carbón, el grafito y el diamante. Pero en los últimos años los químicos han añadido el futboleno, los nanotubos y toda una serie de formas exóticas creadas con grafeno, el equivalente molecular de la tela de gallinero. Así que cuesta creer que el carbono tenga más ases guardados en la manga. Sin embargo, Mingjie Liu y sus compañeros de la Universidad Rice en Houston (EE.UU.) han calculado las propiedades de otra forma de carbono que es más fuerte, rígida y exótica que cualquier cosa observada por los químicos hasta la fecha.
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El nuevo material se llama carbino. Es una cadena de átomos de carbono enlazados bien por enlaces triples y únicos alternos, o por enlaces dobles consecutivos. El carbino es un misterio. Los astrónomos creen haber detectado su firma en el espacio interestelar, pero los químicos llevan décadas discutiendo si habían llegado a crear este material en la Tierra. Sin embargo, hace un par de años, sintetizaron cadenas de carbino de hasta 4 átomos de largo en una solución. Hasta ahora se pensaba que el carbino debía ser extremadamente inestable. De hecho, algunos químicos han hecho cálculos que afirman que dos cadenas de carbino que entraran en contacto reaccionarían explosivamente. A pesar de todo, a los nanotecnólogos les fascina el potencial de este material porque debería ser fuerte y rígido a la vez y por lo tanto útil. Pero nadie tiene claro exactamente cómo de fuerte y cómo de rígido es.
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El mercado mundial de fibra de carbono
Fibra de Carbono, Presente y futuro de un material
corrosión, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a
alcanzará
revolucionario
US$12
Un compuesto
millones en 2011
más ligero que
las necesidades de múltiples sectores.
el acero, con igual resistencia, inmune a la
específicamente la fibra de carbono, los que están dando respuesta a estas necesidades. La fibra de carbono ofrece amplias ventajas con relación a productos aportando numerosos cualidades funcionales, en especial por su ligereza y resistencia mecánica. Por todas estas razones, es conveniente y oportuno conocer más sobre este material, sus orígenes, características y su futuro.
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Características y aplicaciones las fibras de carbono propiedades e Aplicaciones •Resistencia, mecánica, tenacidad y ensidad. •Estabilidad imensional (logra onservar su forma) • Amortiguación de vibraciones, resistencia y tenacidad. • Resistencia a la fatiga y auto-lubricación. •Resistencia química y térmica. Alta conductividad eléctrica •Compatibilidad biológica • Transporte y artículos deportivos •Tecnología aeroespacial •Equipos de audio, brazos de robot •Maquinaria textil, ingeniería en general • Industria química y nuclear • Componentes para equipos electrónicos •Medicina (prótesis, equipamiento quirúrgico)
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El CO2 ha aumentado un 0,5% anual en la última década y este numero seguirá aumentando
El carbón y su impacto. En los seres vivos y naturaleza: El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidratoimportantes para la realización de procesos como: la respiración; también interviene en la fotosíntesis bajo la for-
ma de CO2 (dióxido de carbono) tal como se encuentra en la atmósfera.
En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios. Losseres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire. Efectos ambientales del Carbono: Los hidrocarburos compuestosorgánicos formados únicamente por atomos de hidrogeno y oxigeno.Los hidrocarburos son elementos muy contaminantes ya que son un transporte, es decir al contacto con el agua, en el mar por ejemplose esparcen muy rápido lo cual dificulta su limpieza, además de que esto imposibilita la interacción entre la flora y la fauna marina con la atmosfera obstruyendo así en ciclo de la vida. 12 An evaluation version of novaPDF was used to create this PDF file. Purchase a license to generate PDF files without this notice.
Usos en la sociedad: Los hidrocarburos son el petróleo, el carbono y el gas natural, se utilizan para fabricar muchos productos dentro de la industria como la mayonesa, los combustibles, alcohoesbolsas de basura, solventes, cosméticos, colorantes, jabones, vinagre, sales, desodorante, la fabricación del nylon, insecticidas, medicinas y muchos más productos, como se puedes ver son cosasque la mayoría de las personas usamos, los hidrocarburos están casi en todo lo que usamos día con día, pero así como tienen sus ventajas, tenemos sus contradicciones, como las antes mencionadas.
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El CO2 ha aumentado un 0,5% anual en la última década y este numero seguirá aumentando
¿De qué manera el combustible fósil impacta sobre la sustentabilidad del ecosistema?
AIRE En la actualidad, los combustibles fósiles, que incluyen petróleo, gas natural y carbón, son la principal fuente de energía. De hecho, cerca del 85 por ciento de la energía en Estados Unidos proviene de estas fuentes. Si bien representan un recurso valioso, los combustibles fósiles tienen efectos negativos sobre nuestro medio ambiente. Una de las maneras más estudiadas en que los combustibles fósiles afectan al ecosistema es a través del aire. Al consumir los combustibles fósiles para transformarlos en energía, se liberan emisiones hacia la atmósfera. Si bien no se conocen en profundidad los efectos totales de las emisiones, como el dióxido de carbono y el óxido nitroso, muchos científicos consideran que éstas contribuyen directamente al aumento del calentamiento global y de la lluvia ácida. Para que un ecosistema sea sustentable, sus recursos y ciclos deben ser constantes para el futuro. Los drásticos cambios atmosféricos a causa de los combustibles fósiles, como es el caso del calentamiento global y de la lluvia ácida, pueden tener efectos devastadores en el equilibrio entre la vida animal .
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Tierra Además de generar emisiones atmosféricas, el uso de combustibles fósiles puede tener un efecto negativo sobre la tierra y el suelo. El proceso de perforación, al extraer y procesar combustibles fósiles, no resulta del todo eficiente y genera desechos. Por esta razón, pueden ingresar a la tierra subproductos nocivos. También el transporte de combustibles fósiles puede ocasionar daños. Los oleoductos, por ejemplo, pueden romperse y derramar contaminantes sobre una vasta región de tierra. En zonas de derrames químicos, la vegetación puede destruirse y tardar años en crecer. Las toxinas que contaminan la tierra pueden afectar directamente los cultivos y el hábitat de los animales. Al igual que con la contaminación del aire, estos contaminantes pueden afectar el equilibrio y la sustentabilidad del ecosistema. Cada vez que ocurren cambios drásticos en el medio ambiente, toda la vida interrelacionada se ve también afectada.
Agua El agua es la sustancia que relaciona a casi todo organismo presente en el planeta. Los humanos dependemos del agua pura para sobrevivir, al igual que las plantas y los animales. Cuando la provisión de agua se ve afectada, el planeta entero se ve afectado de igual manera. Muchos de los problemas de desechos y contaminación que causan los combustibles fósiles en la tierra pueden tornarse también un problema para el agua. El petróleo se extrae y se transporta en grandes cantidades desde el océano. Cuando ocurre un derrame de petróleo en el océano, puede propagarse y causar daño rápidamente. El uso de carbón como combustible fósil también puede tener un impacto negativo sobre el equilibrio del ecosistema. Muchos de los componentes de las minas de carbón son altamente ácidos. En zonas que han sido minadas, estas sustancias ácidas pueden verterse en ríos y en el océano. Más allá de la causa, los cambios drásticos al medio ambiente pueden alterar la sustentabilidad del ecosistema, influenciando el modo en que viven las plantas y los animales. Como estos cambios pueden también afectar directamente a los humanos, es importante estudiar y comprender el alcance de su impacto.
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°
El carbono es uno de los elementos esenciales para la vida, está presente en cualquier forma de vida conocida .
Con estos datos se puede saber que el carbono puede ser tanto bueno como malo, dependiendo de su uso en nuestras manos queda el ver como o utilizamos y si queremos seguir dañando el plantea con este
° Trabajo para: John Alexander Gustavo Bedoya
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MEDELLIN 2014 GIMASO LOS ALCAZÁRES