Nuevos materiales. Importancia del enlace químico.

NUEVOS MATERIALES

Los nuevos materiales son productos de nuevas tecnologías fruto del desarrollo de la química y la física aplicada, de la ingeniería y de la ciencia de los materiales. Se han diseñado para responder a nuevas necesidades o a alguna aplicación tecnológica.

 El rápido progreso de la electrónica durante la segunda mitad del siglo XX se explica por el refuerzo mutuo entre la investigación de materiales y su aplicación industrial práctica en áreas tan distintas como la ingeniería, la medicina, la construcción, las telecomunicaciones o la informática.

Los avances de la física y la aparición de la electrónica combinada con los progresos de la ciencia de los materiales han dado lugar a circuitos eléctricos y electrónicos muy reducidos capaces de controlar señales eléctricas de muy baja intensidad, gracias a nuevos materiales eléctricos como:

• Semiconductores: Materiales como el silicio, galio o selenio, arseniuro de galio, etc., cuya resistencia al paso de la corriente depende de factores como la temperatura, la tensión mecánica o el grado de iluminación que se aplica.

Con ellos se fabrican microchips para ordenadores y circuitos de puertas lógicas.

• Superconductores: Materiales como el mercurio por debajo de 4 K de temperatura, nanotubos de carbono, aleaciones de niobio y titanio, cerámicas de óxidos de itrio, bario y cobre, etc., que al no oponer resistencia al paso de la corriente eléctrica, permiten el transporte de energía sin pérdidas.

• Piezoeléctricos: Materiales como el cuarzo, la turmalina, cerámicas y materiales plásticos especiales, dotados de estructuras microcristalinas, que poseen la capacidad de transformar la energía mecánica en eléctrica y viceversa.

Se utilizan como sensores y actuadores en dispositivos electrónicos como relojes, encendedores, micrófonos, radares, etc.

 Otros nuevos materiales son:

 • Siliconas: Polímeros en los que las cadenas están formadas por silicio en lugar de carbono. Son materiales muy flexibles, ligeros y moldeables. Son aislantes del calor y de la electricidad y no les afectan ni el agua, ni las grandes variaciones de temperatura. No sufren rechazo en tejidos vivos. Se usan para fabricación de revestimientos exteriores, tapar y sellar grietas, fabricación de prótesis e implantes, material quirúrgico, cirugía estética, etc.

 • El coltán: formado por dos minerales, la columbita y la tantalita, de los que se extraen el tántalo y el niobio, metales necesarios para la fabricación de microprocesadores, baterías de móviles, componentes electrónicos, aleaciones de acero para oleoductos, centrales nucleares, etc.

• La fibra óptica: son fibras constituidas por un núcleo central de vidrio muy transparente, dopado con pequeñas cantidades de óxidos de germanio o de fósforo, rodeado por una fina capa de vidrio con propiedades ópticas ligeramente diferentes. Atrapan la luz que entra en ellas y la transmiten casi íntegramente.

 • Materiales inteligentes, activos o multifuncionales: materiales como los recubrimientos termocrómicos, capaces de responder de modo reversible y controlable a diferentes estímulos físicos o químicos externos, cambian de color según la temperatura, en caso de incendio, movimientos, esfuerzos, etc. Se utilizan como sensores, actuadores, etc. en domótica y sistemas inteligentes de seguridad.

 • Materiales con memoria de forma: materiales como las aleaciones metálicas de níquel y titanio, variedades de poliuretano y poliestireno capaces de «recordar» la disposición de su estructura espacial y volver a ella después de una deformación. Se utilizan en sistemas de unión y separación de alambres dentales para ortodoncia, películas protectoras adaptables y válvulas de control de temperatura.

 • Materiales híbridos: materiales formados por una fibra y una matriz, como fibras de vidrio y de carbono con una matriz de poliéster o matriz metálica o de cerámica. Son materiales ligeros y de gran resistencia mecánica y altas temperaturas, utilizados en la industria aeronáutica y de embarcaciones, en motores y reactores de aviación.

También hay otros materiales en cuyo descubrimiento o desarrollo tuvo mucho que ver el azar, aunque también es necesario tener la predisposición a reconocer una posibilidad de avance y la curiosidad para seguir investigando, son:

El celofán

El celofán, ese fino plástico transparente, es un producto habitual en la distribución y conservación de alimentos. Sus cualidades ayudan a mantener la comida a salvo del aire, las bacterias, la humedad y otros contaminantes. Sin embargo, su descubrimiento fue fruto de una inspiración momentánea y la búsqueda de soluciones para otro problema.

Jacques Brandenberguer era un químico suizo que, comiendo en un restaurante, derramó una botella de vino tinto sobre un mantel blanco. Ante el desastroso resultado, comenzó a darle vueltas a la idea de crear un plástico natural transparente y flexible que protegiese las superficies de este tipo de accidentes.

Su investigación comenzó aplicando una capa de plástico viscoso hecho a partir de celulosa sobre una tela, pero el resultado era muy rígido y no quedaba adherido, sino que la placa plástica se despegaba del tejido. Esto intrigó a Brandenberguer, que abandonó la idea de la tela plástica para desarrollar una máquina que fabricase estas láminas de plástico. En 1912 había conseguido perfeccionar la producción de este material plástico, flexible y transparente, que llamó celofán.

El cristal de seguridad

Las lunas de los coches o los escaparates de muchos locales están hechos de un tipo de cristal especial, más seguro, que al recibir un golpe se resquebraja en mil pedazos pero que es más difícil hacer saltar. En caso de accidente, por ejemplo, el cristal de los coches se raja, pero los trozos no se mueven de su sitio, evitando que al impacto del golpe se sume el riesgo de sufrir cortes con los filos.

La invención de este tipo de material fue puramente casual. En 1903, el químico francés Edouard Benedictus, estrelló contra el suelo uno de los frascos de cristal de su laboratorio y observó con sorpresa como se resquebrajaba, pero no se partía. Los trozos seguían en su sitio y la forma del recipiente apenas había variado. Un tiempo después, Benedictus creó el primer cristal de seguridad, compuesto por una lámina de nitrocelulosa emparedada entre dos capas de cristal. Cuando recibe un golpe, la nitrocelulosa mantiene los trozos en su sitio.

La producción de este material coincidió con la época de expansión del automóvil, pero los grandes fabricantes lo consideraron demasiado caro. En cambio, el primer uso a gran escala de este descubrimiento fueron las lentes de las máscaras de gas que usaron los soldados en la I Guerra Mundial.

 El grafeno

El grafeno se postula hoy en día como el material del futuro. Sus propiedades lo hacen único, resistente como el acero y flexible como el plástico. Fue sintetizado en los años 80, pero sus usos y aplicaciones se están empezando a explotar ahora. Porque su manejo no es sencillo, y durante mucho tiempo obtener una sola capa de grafeno se consideró algo imposible. Ahora sabemos que no lo es. Descubrir el proceso para hacerlo fue cuestión casi de azar.

En el año 2004, dos físicos rusos, Andre Geim and Konstantin Novoselov, de la Universidad de Manchester decidieron arremangarse y solucionar el problema. Para empezar, pidieron a uno de sus estudiantes que intentase lograr la pieza más fina del material que le fuese posible. El resultado más ajustado que consiguió correspondía a 1.000 capas de grafeno. No era suficiente.

Acudieron entonces a otro colega de la universidad que operaba un microscopio de efecto túnel, utilizado para observar materiales a nivel atómico. Geim y Novoselov observaron cómo su compañero preparaba las muestras pegando y despegando un trozo de celo de su superficie para eliminar las partículas de polvo. Y ahí se les encendió la bombilla.

Al despegar el celo de la pieza de grafeno, iban desprendiendo finos fragmentos, hasta que consiguieron desprender una capa entera. El desarrollo de esta técnica, llamada de exfoliado del grafeno, dió a Geim y Novoselov el Premio Nobel de Física de 2010.

IMPORTANCIA DE LOS ENLACES QUÍMICOS

En química, un dato experimental importante es que sólo los gases nobles y los metales en estado de vapor se presentan en la naturaleza como átomos aislados. Los demás están agrupados formando una infinidad de moléculas, y estas a su vez forman las sustancias. Estas agrupaciones de átomos implican uniones y por lo tanto actividad química. La actividad química de los átomos reside en los electrones, específicamente en los electrones de valencia, aquellos que están localizados en la última capa o nivel de energía de un átomo. Esto es que, los átomos se unen entre sí por medio de fuerzas de atracción, las cuales los atraen y los mantienen unidos a nivel de los electrones de valencia; así, un enlace químico es la unión entre átomos y entre moléculas por medio de fuerzas de atracción; o sea, las fuerzas que unen a los átomos entre si se llaman enlaces. Los enlaces son muy importantes porque:

- Permiten que los átomos se agrupen en moléculas.

- Permiten que las moléculas se agrupen entre sí, lo que da lugar a que se formen sustancias puras y compuestas.

- Conociendo el mecanismo de los enlaces químicos, el hombre puede formar y separar sustancias. La importancia de los enlaces está en la energía que hay en estos, cada vez que se rompe un enlace se libera energía. También tienen importancia en la estabilidad que le da a las moléculas. La unión entre átomos de las moléculas o agrupaciones atómicas que forman los compuestos químicos como resultado de la transferencia o compartición de electrones, en donde se crean y destruyen enlaces, es determinante en la formación de otro producto la facilidad o dificultad para romper un enlace, lo cual es el único mecanismo viable en la construcción de productos nuevos.

Tipos de enlaces

Si la diferencia de electronegatividades es mayor que 2.	=	se formará un enlace iónico
Si la diferencia de electronegatividades es mayor que 0,5 y menor a 2,0.	=	el enlace formado será covalente polar
Si la diferencia de electronegatividades es menor a 0,5	=	el enlace será covalente puro (o no polar).

- Enlace iónico consiste en la atracción electrostática entre átomos con cargas eléctricas de signo contrario.

-Enlace covalente polar se presenta cuando se comparten uno o más pares de electrones entre dos átomos cuya diferencia de electronegatividad es pequeña.

-Enlace convalente puro o metálico los electrones son compartidos por los átomos, pero pueden moverse a través del sólido proporcionando conductividad térmica y eléctrica, brillo, maleabilidad y ductilidad.

CONCLUSIÓN

Yo opino que siendo una cuestión energética, y ya que los átomos unidos son más estables que por separado,  es la razón por la cual los átomos se unen entre sí, formando lo que llamamos el enlace químico.

Esto nos permite calcular las energías involucradas en la formación de esos enlaces. 

Analizando que estos enlaces tienen propiedades muy diferentes, por lo cual llegan a formar diversas estructuras llegando desde las más simples a las más complejas.

El descubrimiento de un gran número de elementos y el estudio de sus propiedades ha puesto de manifiesto entre algunos de ellos ciertas semejanzas. Haciendo a los químicos  buscar una clasificación de los elementos no solo con objeto de facilitar su conocimiento y su descripción, sino también para las investigaciones que conducen a nuevos avances en el conocimiento de la materia.

Finalmente pienso que esta información es de gran importancia ya que nos permite crear nuevos materiales y objetos los cuales hacen cada vez más fácil y cómoda nuestra vida.