CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTI

Inovaţiile realizate în chimie, inginerie şi electronică, începând cu sfârşitul secolului al XIX-lea şi până în prezent, ne permit să comunicăm mai uşor oriunde şi oricând în lume. Stilul nostru de viaţă s-a schimbat radical în ultimul secol, trecându-se de la mediul rural la mediul urban, de la educaţia unui număr restrâns de tineri la educaţia maselor, de la agricultură la munca de cercetare. Disponibilitatea uriaşă de informare a oamenilor, noile mijloace de transmitere a datelor şi noile materiale cu proprietăţi speciale au contribuit la schimbări sociale semnificative. Numeroasele descoperiri în domeniul chimiei au contribuit la dezvoltarea mijloacelor de comunicare din dorinţa de obţinere, stocare şi distribuire a informaţiei. Comunicarea wireless şi prin fibră optică a condus la transmiterea rapidă a informaţiei prin internet. Chimia siliciului şi a polimerilor ultraperformanţi a făcut posibilă apariţia microprocesoarelor şi implicit perfecţionarea tehnicii de calcul. Filmele, televiziunea şi fotografia, toate bazate pe chimie, au ajutat la conservarea şi stocarea imaginilor. Cercetările ştiinţifice ale chimiştilor au revoluţionat mijloacele tehnice de comunicare, acestea devenind independente de distanţă şi timp.

II. 1. Tehnici de comunicare Dezvoltarea telefonului Comunicare wireless Tehnologia fotocopierii Lasere şi fibre optice

II. 2. Tehnologia informaţiei Evoluţia calculatoarelor Tehnologia semiconductorilor Cipuri cu siliciu şi circuite integrate Dispozitive de supraveghere Stocarea informaţiei Comunicarea prin satelit

II. 3. Divertisment Filme Televiziune Fotografie

II. 4. Realizări în electronică Evoluţia produselor electronice Materiale sintetice avansate Tranzistori

II. INFORMARE ŞI COMUNICARE

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTI

II. INFORMARE ŞI COMUNICARE

Date cronologice

1876 Alexander Graham Bell realizează prima convorbire telefonică.

1926 Fraţii Warner realizează primul film cu efecte muzicale şi vizuale sincronizate.

1926 Are loc prima convorbire între două persoane peste Oceanul Atlantic.

1927 Philo T. Farnsworth realizează prima imagine televizată folosind un tub catodic.

1946 Este pus în funcţiune primul calculator electronic digital ENIAC. John von Neumann participă la modificarea detaliilor matematice ale acestuia.

1947 Este inventat primul tranzistor în laboratoarele Bell Telephone.

1955 Reynold Johnson construieşte primul hard-disk.

1958 Jack Kilby de la Texas Instruments realizează circuitul integrat (IC).

1961 Apar primele cipuri cu siliciu.

1961 Este lansat în spaţiu TELSTAR, primul satelit activ pentru comunicare.

1961 Firma Eastman Kodak introduce primul aparat de fotografiat cu film.

1971 Compania Intel lansează pe piaţă microprocesorul 4004 de 4 biți.

1977 În Chicago este testat pentru prima dată sistemul de comunicare prin fibră optică.

1983 Telefoanele mobile devin populare după descoperirea sistemului de comunicare wireless.

1984 CD-ROM (compact-disc-read-only memory) este însoţit de unitatea compact disc (CD) player.

A. Graham Bell

Afişul primului film, The Jazz Singer, cu

efecte muzicale şi vizuale sincronizate

Philo T. Farnsworth şi tubul catodic

ENIAC

Primul tranzistor

Primul circuit integrat

Cip cu siliciu

TELSTAR

Kodak-Instamatic

Procesorul Intel 4004 (4 biți)Instalarea fibrelor

optice în Chicago

II. 1. Comunicaţii

Dezvoltarea telefonului De la inventarea telefonului în 1876 de către Alexander Graham Bell, acesta a devenit un accesoriu indispensabil în viaţa modernă, prin posibilitatea de a oferi conexiuni aproape instantanee în întreaga lume. Prima conversaţie vocală a fost transmisă peste Oceanul Atlantic în 1926, iar primele servicii de telefonie comerciale (utilizând radioul) au fost realizate în 1927 între New York şi Londra. AT&T a lansat serviciul telefonic internaţional în 1935. Serviciul telefonic transoceanic a început să fie utilizat prin cabluri submarine în 1956, iar din 1962 prin sateliţi de telecomunicaţii. Ingineria chimică a contribuit la dezvoltarea continuă a materialelor în domeniu, de la firele de cupru la fibrele optice, de la panourile de comandă la sateliţi, şi de la liniile partiţionate la Internet.

Comunicaţii wireless Telefoanele mobile şi pagerele depind de circuitele xerografiate sau integrate, de materialele avansate şi de tehnologiile de miniaturizare a componentelor, toate acestea fiind dezvoltate cu ajutorul chimiei. Laboratoarele AT&T au dezvoltat telefoanele mobile pentru maşini în anul 1940, însă acestea au fost neutilizabile datorită lipsei canalelor de comunicare. Anii 1980 au marcat un salt în domeniu, prin utilizarea tehnicilor wireless care direcţionau automat vorbitorii pe măsură ce aceştia se deplasau, astfel încât fiecare celulă implicată putea fi reconfigurată. Telefoanele mobile au devenit imediat indispensabile. Chimia a jucat un rol important şi în realizarea bateriilor reîncărcabile pe bază de ioni Li+ pentru telefoanele mobile.

Tehnologia facsimilelor şi xerografiei Deşi inventatorul german Arthur Korn a transmis electronic prima fotografie în 1902, primul aparat fax a apărut abia în 1924. Acesta adapta circuitele telefonice pentru transmitere utilizând telefotografierea: o fotografie era scanată şi convertită în semnale electrice care indicau părţile întunecate ale imaginii. Aceste date erau transmise prin telefon şi preluate pe un film foto negativ, developat ulterior într-o cameră obscură. În 1949, a fost introdus un copiator xerografic care permitea realizarea unei copii identice cu imaginea. Inovaţiile chimiei în tehnologia copierii, incluzând noi tonere şi cerneluri, tehnologiile avansate pentru producerea hârtiei şi tehnologia fotoreceptării au fost introduse în anii 1970.

Lasere şi fibre optice Fibrele din sticlă care asigură infrastructura pentru transportul informaţiei prin radiaţia laser este o realizare tehnologică revoluţionară. Cercetătorii chimişti au inventat prima fibră optică în 1970. Fibrele optice au fost imediat fabricate şi utilizate ca şi componente integrate. Primul sistem cu unde luminoase care asigură serviciile de transmitere - voce, date şi video - printr-o reţea a fost instalat în 1977. Astăzi un singur cablu de fibră optică poate transmite milioane de convorbiri telefonice, fişiere de date şi imagini video.

Telefotografierea

Panou de comandă

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTI

II. INFORMARE ŞI COMUNICARE

Evoluţia tehnicii de calcul Ingineria chimică a susţinut continuu evoluţia computerelor, contribuind la realizarea parametrilor care le fac pe acestea mai rapide, mai puternice şi mai accesibile. În 1939 este realizat primul calculator electronic la Iowa State University, iar în anii 1940 au început să apară calculatoarele programate cu numere binare şi logica booleană. În 1946 a început să opereze primul calculator electronic digital (ENIAC), iar în anul 1962 a apărut primul minicalculator. În 1971 compania Intel introduce procesorul 4004 pe 4 biţi pentru uzul consumatorilor, ceea ce determină o creştere spectaculoasă a numărului de calculatoare personale pe piaţă. Astăzi inovaţiile continuă în domeniul cipurilor pe bază de siliciu, a componentelor integrate, a dispozitivelor de stocare a datelor şi a materialelor cu proprietăţi speciale, adecvate domeniului.

Tehnologia semiconductorilor Chimia a permis obţinerea unor semiconductori cu siliciu şi germaniu care asigură astăzi funcţionarea calculatoarelor şi a diferitelor dispozitive de comunicare. Cipurile calculatoarelor şi circuitele integrate sunt construite din materiale semiconductoare. Semiconductorii, spre deosebire de metalele pure, sunt o clasă de materiale a căror conductibilitate electrică poate fi controlată. Materialele semiconductoare pot fi tratate astfel încât să creeze un exces sau un deficit de electroni. Semiconductorii permit componentelor electronice să fie mai mici, mai rapide şi mai eficiente energetic. Contribuţia chimiei în domeniu asigură controlul calităţii componentelor, optimizarea proceselor, suportul tehnic şi continua evoluţie a dispozitivelor microelectronice.

Cipurile pe bază de siliciu şi circuitele integrate În 1947, cercetătorii John Bardeen, William Shockley şi Walter Brattain au demonstrat că trecerea curentului electric prin siliciu poate fi controlată selectiv. Crearea ulterioară a cipurilor de siliciu, a circuitelor integrate şi a microprocesoarelor a făcut posibilă realizarea calculatoarelor de viteză mare, foarte eficiente. Cipurile de siliciu (1961) sunt constituite din tranzistoare, rezistenţe, condensatoare şi secvenţe de memorie aranjate în straturi pe un suport de siliciu. Ansamblul astfel obţinut este apoi supus unui tratament chimic în mai multe etape. În 1967, a fost construit primul calculator de buzunar utilizând un circuit integrat. Din anii ‘80, circuitele integrate şi microprocesoarele sunt utilizate pe scară largă la realizarea calculatoarelor.

John von Neumann şi

ENIAC

II.2. Tehnica de calcul

ENIAC

Un semiconductor de tip n(exces de electroni)

Un semiconductor de tip p(deficit de electroni)

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTI

II. INFORMARE ŞI COMUNICARE

II.3. Tehnica de calcul

Tehnologii pentru dispozitive de redare a imaginii În ultimii ani au fost realizate îmbunătăţiri majore în realizarea dispozitivelor pentru redarea imaginilor (display). Rezoluţia înaltă a ecranelor televizoarelor este bazată pe tubul cu raze catodice. Celelalte tehnologii pentru dispozitivele display cuprind ecrane plate pentru laptop-uri. LCD-urile bazate pe reactivi organici au apărut în 1969. Contribuţiile de ultimă oră includ ecrane cu tranzistori cu filme subţiri în care practic fiecare element al imaginii este asociat unui tranzistor individual. Chimiştii au dezvoltat materiale pe bază de cristale lichide, filtre color sau materiale plastice stratificate pentru distribuirea luminii, precum şi tehnologii care utilizează plasma.

Stocarea informaţiei Informaţia trebuie să fie stocată în aşa fel încât să poată fi recuperată şi utilizată frecvent chiar şi după mai mult timp. Chimia a făcut posibilă stocarea informaţiei în condiţii de păstrare a caracteristicilor acesteia, cu costuri mici. Realizările legate de capacitatea de înregistrare (rezoluţie mare, viteză mare şi acurateţea culorilor), filmele fotografice, înregistrările magnetice audio şi prin imagini digitale au adus îmbunătăţiri semnificative în tehnicile de stocare. În 1955, Reynold Johnson, inventator american, a realizat primul dispozitiv (disc) pentru stocarea datelor. Realizările ulterioare, în special apariţia hard discurilor, a benzilor magnetice şi a CD-ROM-urilor (1984), au condiţionat dezvoltarea posibilităţilor de stocare a informaţiei.

Sateliţi de comunicare Până în anii ‘60, comunicarea vocală între America de Nord şi celelalte continente era foarte costisitoare. În 1962, a fost lansat pe orbită primul satelit de comunicare, numit TELSTAR. Chimia a contribuit cu materialele componente (aliaje metalice, plastic şi alte materiale speciale), componente electronice şi combustibilii necesari lansării satelitului. Până în anul 1990, sateliţii de comunicare au jucat un rol major în extinderea contactelor internaţionale şi naţionale, prin telefonia la mare distanţă şi transmisiuni televizate. Astăzi, comunicarea prin satelit cunoaşte o nouă eră prin transmisiunile în direct cu ajutorul televiziunii digitale.

Sateliţi GPS pe orbită

Fabricarea sateliţilor GPS

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTIII. INFORMARE ŞI COMUNICARE

Cinematografia În 1927 The Jazz Singer a devenit primul film de lung metraj cu sincronizare muzicală şi dialog. La sfârşitul anului 1930, prin eforturile companiei Technicolor primul film color a devenit o realitate şi o mare atracţie. Dezvoltarea cinematografiei a necesitat o serie de inovaţii în domeniul materialelor, a reactivilor de procesare şi expunere la lumină a peliculelor.

Televizorul În 1926, Scotsman John Logie Baird a prezentat publicului pentru prima dată televizorul care folosea un sistem mecanic, discul Nipkow, patentat în 1883. În 1927 Philo T. Farnsworth a transmis prima imagine televizată, folosind un tub cu raze catodice (inventat în 1897). Următorii 20 de ani au fost dominaţi de era tuburilor cu vid în electronică, iar chimia a contribuit cu materiale specifice pentru electrozi şi elemente de control a proceselor din tuburi. Din 1950 realizările în domeniul electronicii, având la bază noi materiale oferite de chimişti, au permis dezvoltarea domeniului prin dispozitive de imagine performante, miniaturizare şi o tot mai bună calitate a imaginii şi sunetului.

Fotografia Tehnologia fotografică şi a filmului au permis înregistrarea evenimentelor importante şi a persoanelor importante din viaţa noastră. Chimia a permis comercializarea de filme pentru orice tip de cameră foto şi a pus la dispoziţie materiale şi diferite soluţii chimice pentru procesarea filmelor şi expunerea la lumină. Îmbunătăţirile aduse bateriilor (inclusiv baterii alcaline cu magneziu, pentru camere mici, cu memorie inclusă) au contribuit de asemenea la utilizarea camerelor foto pe scară largă. În 1963 au apărut camerele Eastman Kodak cu film, care s-au vândut în peste 50 milioane de exemplare până în anul 1970. Astăzi camerele fotografice cu film sunt practic total înlocuite de cele digitale.

Discul Nipkow şi inventatorul Paul Nipkowin

II. 4. Dezvoltarea divertismentului

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTI

II. INFORMARE ŞI COMUNICARE

II. 5. Inovaţii în electronică

Evoluţia dispozitivelor electronice Materialele electronice şi dispozitivele microelectronice sunt componentele de bază ale unui număr foarte mare de produse moderne, cum sunt CD-player-ele, televizoarele, calculatoarele, camerele foto digitale şi dispozitivele wireless. De la tuburi de vid la tranzistori şi circuite integrate, inginerii chimişti au realizat componente electronice din ce în ce mai mici, mai puternice, mai eficiente energetic şi mai ieftine. Realizarea de noi materiale şi procese pentru producerea materialelor cu puritate avansată, precum şi procese pentru obţinerea semiconductorilor au condus la realizarea unor componente, cum sunt tranzistorii şi circuitele integrate, care pot fi asamblate în circuite electronice complexe, care permit noi performanţe pentru o gamă largă de dispozitive şi aparate.

Materiale sintetice avansate Aparatele electrocasnice, telefoanele mobile şi calculatoarele personale au în alcătuire materiale plastice izolatoare, dure şi rezistente. Materialele plastice sunt esenţiale pentru aparatura electronică, datorită în primul rând proprietăţilor electroizolante. Modificând structura moleculară şi creând specii noi, chimiştii şi inginerii produc materiale robuste şi flexibile în acelaşi timp, cu proprietăţi utile diferitelor domenii de aplicabilitate. Aceste realizări au permis îmbunătăţirea rezistenţei la şocuri, reducerea greutăţii şi gabaritului echipamentelor, precum şi reducerea preţului acestora.

Tranzistorii Componentul electronic mic şi deosebit de util numit tranzistor a permis utilizarea calculatoarelor în comunicaţii şi a influenţat electronica mai mult decât oricare altă descoperire. În 1947, John Bardeen, Walter Brattain şi William Shockley au inventat tranzistorul, care a înlocuit treptat fragilele şi voluminoasele tuburi cu vid utilizate la amplificarea şi comutarea semnalelor. Tranzistorul şi ulterior circuitele electronice (care conţin milioane de tranzistoare) servesc ca şi fundament pentru dezvoltarea aparaturii electronice moderne. În 1954, a fost realizat aparatul radio cu tranzistori, iar în 1958, Seymour Cray, un inginer electrician american, a realizat primul calculator cu tranzistori.

Inventatorii tranzistorului

CONTRIBUŢII ALE CHIMIEI LA EVOLUŢIA SOCIETĂŢII OMENEŞTIII. INFORMARE ŞI COMUNICARE