Nanotecnologia

Nanotecnología

1. Introducción

2. Nanotecnología

3. Química del carbono

4. Química del silicio

5. Tipos de nanotecnología

6. Nanodiamantes

7. Nanotubos de carbón

8. Nanomedicina

9. Nanotecnología molecular y sensores

10. Nanotecnología basada en ADN

11. Potenciales de la nanotecnología

12. Bibliografía

La nanotecnología, es un a nueva ciencia que esta emprendiendo su camino, desde el descubrimiento de los fullerenos, partículas a escalas manométricas conformadas por átomos de carbono, hasta novedosas maquinas que podrán ser la salvación de la humanidad en un futuro no tan lejano. Ya que podrán ser implantadas en nuestro cuerpo sin ninguna dificultad.

INTRODUCCIÓN

La nanotecnología, nació como ciencia hace muy poco tiempo. Uno de los más importantes descubrimientos para la humanidad, una nueva forma de ver las cosas. Ya que de ello trata, de ver de una distinta manera las cosas que no vemos y que participaran de manera continua en el desarrollo de nuestra vida.

La nanotecnología nace con el fin de ayudar a la humanidad para su mejor desarrollo. Es así que este trabajo esta dedicado a una explicación de la nueva ciencia y de que es lo que deberíamos saber sobre ella, para poder afrontar todo una nueva era, la era de la nanotecnología.

Para ello también se presentara una breve reseña de cómo nace, para posteriormente tocar los temas que son necesarios desarrollar para nuestro objetivo, saber a que nos enfrentamos y saber como esta nueva ciencia nos va ayudar en nuestra vida.

I NANOTECNOLOGÍA

1.1. CONCEPTO

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 nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.

Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas

La nanotecnología tiene tres objetivos fundamentales, los cuales son:

1. Colocar cada átomo en el lugar adecuado.

2. Conseguir que casi cualquier estructura sea consistente con las leyes de la física y la química que podemos especificar y describir a nivel atómico.

3. Lograr que los costes de fabricación no excedan, ampliamente, el coste de las materias primeras y la energía empleadas en el proceso.

1.2. HISTORIA

1. Los años 40: Von Neuman estudia la posibilidad de crear sistemas que se auto-reproducen como una forma de reducir costes.

2. 1959: Richard Feynmann habla por primera vez en una conferencia sobre el futuro de la investigación científica: "A mi modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo".

3. 1966: Se realiza la película "Viaje alucinante" que cuenta la travesía de unos científicos a través del cuerpo humano. Los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando. Por primera ve en la historia, se considera esto como una verdadera posibilidad científica. La película es un gran éxito.

4. 1982 Gerd Binning y Heinrich Rohrer, descubrieron el Microscopio de Efecto Túnel (Premio Nobel 1986).

5. 1985: Se descubren los buckminsterfullerenes

6. 1989: Se realiza la película "Cariño he encogido a los niños", una película que cuenta la historia de un científico que inventa una máquina que puede reducir el tamaño de las cosas utilizando láser.

1.3. NANO

Una milésima parte de un millón

II QUÍMICA DEL CARBONO

2.1 CONCEPTO

El carbono está ampliamente distribuido en la naturaleza pese a no ser un elemento especialmente abundante. En la corteza terrestre es el duodécimo elemento en orden de abundancia, siendo la misma la milésima parte de la de oxígeno y sólo vez y media mayor que la del manganeso.

Sólo se conocen unas cincuenta mil sustancias en cuya composición no interviene el carbono, y pasan de 2 millones el número de compuestos de carbono conocidos.

Al final del siglo XVII, los científicos dividían las sustancias naturales en tres grupos según su origen: sustancias vegetales, sustancias animales y sustancias minerales.

Al final del siglo XVIII y gracias a los trabajos de Lavoisier, se llegó a la conclusión de que no existían diferencias en cuanto a la naturaleza de sustancias animales y vegetales. A partir de entonces se clasificaron las sustancias en dos grupos: las producidas por seres vivos u orgánicas, y las que no procedían de seres vivos o inorgánicas.

A principios del siglo XIX, Berzelius aún creía en la existencia de una razón básica que fuese responsable de las marcadas diferencias que se encontraban entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos. La causa de las diferencias se achacaba a la vis vitalis (fuerza vital), de misteriosa naturaleza y que sólo actuaba en los seres vivos, por lo que los compuestos orgánicos no podrían nunca prepararse artificialmente.

La derrota de la teoría de la vis vitalis se atribuye a Friedrich Wöhler, quien en 1828 sintetizó urea (sustancia que se encuentra en la orina de los animales, siendo el principal producto nitrogenado del metabolismo de las proteínas). La síntesis tuvo lugar, sin intervención de organismos vivos, según:

SO4(NH4)2 + (CNO)2Pb SO4Pb + 2CNONH4 (H2N)2CO

(Urea)

La síntesis efectuada por Kolbe en 1845 (síntesis del ácido acético) y la de Berthelot (síntesis del metano), así como otras que les siguieron, corroboraron las conclusiones de Wöhler, determinando el definitivo y total rechazo de la teoría de la fuerza vital.

Poco a poco fue diluyéndose en la mente de los científicos la barrera entre Química Orgánica y Química Inorgánica. Sin embargo, se conservaron estos términos debido a que:

• Todos los compuestos considerados como orgánicos contienen carbono.

• Los compuestos de carbono son mucho más numerosos que los compuestos conocidos del resto de los elementos.

• Los compuestos con un esqueleto carbonado no parecen ajustarse a las reglas de valencia a que se ajustan los compuestos minerales.

• Los compuestos orgánicos presentan propiedades generales muy distintas de las que presentan los compuestos minerales. Así, los compuestos orgánicos se descomponen con facilidad por la acción del calor, son combustibles en su gran mayoría, tienen puntos de fusión y ebullición bajos, de ordinario reaccionan con lentitud, etc.

Propiedades atómicas

Masa atómica

12,0107 uma

Radio medio† 70 pm

Radio atómico calculado

67 pm

Radio covalente

77 pm

Radio de Van der Waals

170 pm

Configuración electrónica

[He]2s22p2

Estados de oxidación (óxido)

4, 2 (levemente ácido)

Estructura cristalina

Cúbica o hexagonal (diamante); hexagonal o romboédrica (grafito)

2.2 FORMAS ALOTRÓPICAS

Todos los materiales de carbón están compuestos de átomos de carbono. Sin embargo, dependiendo de la organización que presenten estos átomos de carbono, los materiales de carbón pueden ser muy diferentes unos de otros. Las estructuras a las que dan lugar las diversas combinaciones de átomos de carbono pueden llegar a ser muy numerosas. En consecuencia, existen una gran variedad materiales de carbón.

Para intentar explicar las diferentes estructuras de los carbones conviene empezar a una escala atómica. Así, los átomos de carbono poseen una estructura electrónica 1s2 2s2 2p2 , lo que permite que los orbitales atómicos de los átomos de carbono puedan presentar hibridaciones del tipo: sp, sp2 y sp3.

Cuando se combinan átomos de carbono con hibridación sp dan lugar a cadenas de átomos, en las que cada átomo de carbono está unido a otro átomo de carbono por un enlace tripe y a un segundo átomo de carbono por un enlace sencillo.

Cuando se combinan átomos de carbono con hibridación sp2, cada átomo de carbono se une a otros 3 en una estructura plana que da lugar a la forma alotrópica del grafito.

Los átomos de carbono forman un sistema de anillos condensados que dan lugar a láminas paralelas entre si. Los enlaces químicos de las láminas son covalentes entre orbitales híbridos sp2, mientras que los enlaces entre las láminas son por fuerzas de Van der Waals. Dependiendo del apilamiento de las láminas existen dos formas alotrópicas diferentes: el grafito hexagonal, que es la forma termodinámicamente estable en la que la secuencia de apilamiento de las láminas es ABAB; y el grafito romboédrico, que es una forma termodinámicamente inestable, y mucho menos abundante, con una secuencia de apilamiento ABCABC.

Estructuras del grafito hexagonal (ABAB) y del grafito romboédrico(ABCA)

Hibridación sp3, forma alotrópica del diamante.

El diamante cúbico es la estructura más habitual de esta forma alotrópica. Sin embargo, bajo ciertas condiciones el carbono cristaliza

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