Ana Pérez Bruno. Nanotecnología. Trabajo Práctico N° 1. 2015. Página 1 de 7

TRABAJO PRÁCTICO N° 1. Nanotecnología.

Materia: Nanotecnología Profesora: Maiara Iriarte Estudiante: Ana Pérez Bruno Fecha: 17/8/15

1) Nanociencia y nanotecnología.

Nanociencia: Este término es una combinación entre la palabra “nano” (del lat.

nanus, enano) que significa una milmillonésima parte, y la palabra ciencia. Podemos

definir, entonces, NANOCIENCIA como el conjunto de conocimientos objetivos y

verificables obtenidos mediante la observación, razonamiento y experimentación de

materiales cuyo tamaño se encuentra en la escala nanométrica (10-9 m) (Figura 1). Estos

materiales se caracterizan por poseer propiedades y comportamiento diferentes a: por un

lado, los átomos aislados o moléculas pequeñas y por otro lado, a los materiales de

mayor tamaño, denominados masivos o “bulk”.

Nanotecnología: Este término es una combinación entre la palabra “nano” (del lat.

nanus, enano) que significa una milmillonésima parte, y la palabra tecnología (del griego

“τέχνη”, técnica, arte u oficio y λογία, el tratado o estudio. Entonces podríamos definir

NANOTECNOLOGÍA como el conjunto de todas las teorías y técnicas que permiten la

producción de bienes y servicios a través de la fabricación de objetos o elementos a

escala nanométrica. Comprende el uso integrado de la física, la química, la biología

molecular, la bioquímica y la ingeniería para lograr la aplicación tecnológica (industrial) de

los nanos materiales.

Figura 1. Nanoescala.

*Adaptación

personal de imagen extraída de Grand Valley State University.

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2) Ciencia básica, ciencia aplicada y técnica.

Ciencia básica: La ciencia busca conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable y

por consiguiente falible. La ciencia ha ampliado los conocimientos, haciéndolos cada vez

más profundos y exactos. No se propone obtener resultados aplicables.

Ciencia aplicada: no solo busca los conocimientos por si solos, sino que requiere que

estos conocimientos tengan fines prácticos y hasta económicos. Según Bunge: “La

sociedad moderna paga la investigación porque ha aprendido que la investigación rinde”

(Bunge, 1996, pp. 22)

Técnica: emplea el conocimiento científico en beneficio de la humanidad, es el uso de la

ciencia aplicada. La técnica se nutre del conocimiento científico pero a su vez provee a la

ciencia de instrumentos y de comprobaciones; y formula nuevas preguntas que deberá

responder la ciencia aplicada, generando en una interacción y retroalimentación constante

entre la ciencia y la tecnología.

En la definición de NANOTECNOLOGÍA que formulé si bien se tuvo en cuenta el

uso en la tecnología de la ciencia básica (química, física, etc.) y la ciencia aplicada

(ingeniería) no se plantea la relación recíproca entre ciencia y tecnología. Particularmente

los desarrollos nanotecnológicos demandarán más desarrollo de conocimiento básico y

aplicado a medida que vayan surgiendo o avanzando.

Estas relaciones entre ciencia básica, ciencia aplicada y técnica harán que se

alcancen cada vez más conocimientos, se desarrollen nuevas técnicas e instrumentos, y

nuevos materiales y aplicaciones nanotecnológicas, permitiendo expresar un potencial

aún no alcanzado por la nanotecnología.

3) “La nanotecnología es la revolución tecnológica en curso.”

La Revolución Industrial fue un proceso que transformó a la humanidad desde diversos

puntos de vista: económico, social, demográfico, ambiental y tecnológico. No estoy segura

que la nanotecnología sea capaz de transformar la historia de la humanidad, ya que me

resulta difícil imaginar los alcances a los que se llegará en poco tiempo con el desarrollo

de la nano ciencia y la nanotecnología. Creo que las sociedades de los siglos XVII y XIX

no eran conscientes del impacto de la época en el futuro.

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Sin embargo creo que hay un potencial que podría tener un gran impacto, logrando los

alcances de una revolución: la fotosíntesis artificial.

La fotosíntesis es un proceso por el cual las plantas y otros organismos fotosintéticos del

reino Monera y Protista transforman la energía lumínica del sol en energía química.

Utilizan también materia inorgánica como el agua y el dióxido de carbono, obteniendo

como resultado del proceso materia orgánica (carbohidratos), fuente de energía (y

materia) del resto de los seres vivos no autótrofos.

En el año 1988, los científicos Hartmut Michel, Johann Deisenhofer y Robert Huber,

recibieron el Premio Nobel de Química por la determinación de la estructura tridimensional

del centro de reacción fotosintética. Desde esa época se los científicos se interesan en

realizar el proceso de fotosíntesis en forma artificial.

Actualmente hay investigaciones en

este sentido, como la realizada por

Yang y sus colaboradores, en la

Universidad de Berkeley, California.

Figura 2

Peidong Yang y sus colaboradores han elaborado un sistema de fotosíntesis artificial que

funciona a través de un proceso similar de dos fases mediante el desarrollo de un

conjunto de nano cables biocompatibles que capturan la luz.

Figura 3. Proceso de fotosíntesis artificial.

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- Fuentes consultadas (no hay citas exactas, se elaboró cada uno de los párrafos)

4) Niveles de los enunciados científicos.

El primer desarrollo del conocimiento se realiza a través de la observación. Un claro

ejemplo de esto, son los primeros conocimientos que el hombre obtuvo del estudio

macroscópico de su entorno, incluyendo las partículas visibles más pequeñas como

pequeños ácaros, como también los lejanos e inmensos planetas. Una vez que el

investigador/observador detecta la repetición en sus mediciones, observaciones y

registros (fases de la luna, estaciones del año, ciclo de vida de los insectos, etc.) formula

leyes empíricas, producto de sus estudios, mediante la inducción. A pesar del

conocimiento así logrado, denominado empírico, un científico intenta explicar, a través del

planteo de una hipótesis la razón por la que esas leyes empíricas se cumplen. Para lograr

una posible explicación teórica de sus observaciones debe utilizar la imaginación (salto

creativo). La respuesta a la hipótesis planteada permite elaborar leyes teóricas y a su vez

debe deducir lo que ocurre en el nivel dos: de las leyes empíricas y en el primer nivel: de

observación.

Si bien el esquema analizado concuerda con el método científico planteado por Bunge, ya

que el autor lo explica como progresivo (niveles 1, 2 y 3), con la exigencia de la continua

comprobación de los puntos de partida (deducción), este esquema, no evidencia que todo

resultado sea considerado como fuente de nuevas preguntas.

HACER CIENCIA: Considero que no existe una única manera de hacer ciencia. De hecho

ya hemos visto que existe la ciencia básica, interesada en el conocimiento por sí mismo,

la ciencia aplicada y la tecnología, que se nutre de las anteriores y las retroalimenta.

INSTRUMENTOS TECNOLÓGICOS: Así como el microscopio utilizado por Robert Hooke

en el año 1665, para observar cortes de corcho, le permitió describir las pequeñas

estructuras con forma de a las que él llamó "células", y significó el inicio del estudio de la

biología celular, en el siglo XX, la microscopia electrónica contribuyó al desarrollo de

nuevos conocimientos físicos, químico y biológicos.

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A partir de la década del 80, con la aparición de los microscopios de campo cercano

(SPM; Scanning Probe Microscopy), no solo se pudo observar la materia a escala

nanométrica sino que se pudo interactuar con esa materia.

La aparición de nuevos instrumentos tecnológicos, cada vez más precisos, y además, que

permiten manipular la materia, tiene un efecto neurálgico en la generación de

conocimiento.

5) NANOESCALA. Límite inferior.

Según el documento NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA: Entre la ciencia ficción del

presente y la tecnología del futuro de, editado por la FECYT, el límite inferior de la

nanotecnología es de 0,1 nm ya que por debajo del átomo no hay “objetos” manipulables.

Soller Illia, en cambio, considera que el límite inferior es de 1nm, ya que este valor,

equivalente a un angstrom, (1 Å) corresponde a la escala atómica, siendo ese es el

tamaño aproximado de un átomo de hidrógeno.

6) “A medida que el tamaño disminuye, la proporción de partículas de la superficie aumenta”

Imaginaremos que poseemos cubos de distintos tamaños de una sustancia pura que

cristaliza en forma cúbica centrada en las caras (por ejemplo metales como Calcio, Níquel,

Cobre o Aluminio). Si consideramos que cada átomo posee un diámetro de 0,1 nanómetro,

tendremos la siguiente situación.

Tabla 1. Cantidad de átomos en cubos de diferente tamaño.

Tamaño del cubo 1m3 1mm3 1μm3 1nm3

Cantidad total de átomos 1x1030 1x1021 1x1012 1000

Átomos en superficie 6x+1020 6x1014 6x108 600

Átomos en el interior ≈1x1030 9,99x1020 9,994x1011 400

Porcentaje de átomos en superficie 0,00000006% 0,00006% 0,06% 60%

Elaboración propia.

Como podemos observar, a medida que el tamaño del cubo disminuye, mayor es la

cantidad proporcional de átomos que se encuentran en la superficie, siendo de

importancia despreciable si se trata de un cupo de 1 m3, y alcanzando el 60% si se trata

de una nano partícula de 1nm3.

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7) Fuerzas principales en la nanoescala

Las principales fuerzas que intervienen en la nanoescala son: las fuerzas electrostáticas,

fuerzas de van der Waals, movimiento Browniano, fuerzas cuánticas, como las

dispersivas de London.

Los átomos y las moléculas están formados por partículas eléctricas, y las fuerzas ente

estas cargas pueden ser de atracción o repulsión según sean de diferente o igual signo.

Las fuerzas de van der Waals también están presentes y se dan entre dipolos, enlaces de

puente hidrógeno y también aparecen las fuerzas dispersivas de London, de origen

cuántico, relacionadas con las fluctuaciones de los electrones en las nubes que rodean a

los átomos. Las nano partículas y otros nano-objetos dispersos en un solvente no están

sometidos al peso, y si no están bajo efectos de otra fuerza, tiene movimientos más o

menos libres, denominados brownianos.

La mecánica clásica se rige por las leyes enunciadas por Isaac Newton. Para calcular la

fuerza gravitatoria se utiliza la fórmula F = m.g, donde F es la Fuerza, m la masa del

objeto y g, la aceleración de la gravedad, una constante igual a 9,8 m/s2. La masa para

una partícula de escala nanométrica es tan pequeña que la fuerza de la gravedad toma un

valor despreciable.

8) Propiedades de los nanomateriales, relación con la forma.

Las propiedades de los nanomateriales dependen de la forma y del tamaño que tienen.

Esto se debe básicamente a dos factores. En primer lugar, como ya se explicó en el punto

6, la cantidad de átomos ubicados en la superficie del cuerpo, con respecto al total, cobra

importancia en escalas nanométricas. Los átomos que se encuentran en la superficie se

comportan física y químicamente de forma diferente a los átomos internos, haciendo

entonces que cambien algunas propiedades, como por ejemplo la conductividad térmica.

Por otro lado, al analizar el nanomaterial como un sistema podemos observar que, al

poseer pocos átomos, cambia su estructura electrónica y la forma cómo comparten esos

electrones presentes. Este comportamiento es diferente al comportamiento de un sistema

que posee muchos átomos. Al cambiar la estructura electrónica, también cambiarán las

propiedades que dependen de ésta, por ejemplo las propiedades magnéticas, la

conductividad eléctrica, reflexión y refracción de la luz, etc.

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- Cada uno de los párrafos ha sido elaborado y redactado de manera personal, en caso de utilizar

citas bibliográficas han sido debidamente marcadas. Se indica el origen de las imágenes.

- Fuentes consultadas

o BUNGE, Mario., La Ciencia. Su Método y su Filosofía. Ediciones Siglo Veinte, 1996.

o Cuadernillo para el docente: Nanotecnólogos por un día. Fundación Argentina de

Nanotecnología (FAN), extraído el día 14 de agosto de 2015 de

http://www.nanoporundia.org/web/bibliografia/

o Nanotechnology at Grand Valley State University, extraído el día 14 de agosto de 2015

http://gvsu.edu/engineering/nanotechnology-at-grand-valley-state-university-232.htm

o Real Academia Española. (2001 con enmiendas 2012). Diccionario de la lengua española

(22.a ed.). Consultado en http://www.rae.es/rae.html

o SOLER ILLIA Galo., Nanotecnología el desafío del siglo XXI. Eudeba, 2010. Cap. 1 y 2, p-p

7-59.

o Capacitación Docente Año internacional de la Cristalografía. 2014. Unidad I. Asociación

Argentina de Cristalografía.

o Noticias de la Ciencia. http://noticiasdelaciencia.com/not/13923/hacia-una-fotosintesis-

artificial-que-sirva-para-elaborar-plasticos-pinturas-farmacos-combustibles-y-otros-

productos/

o NanoLetters http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b01254

o SCINews. http://www.sci-news.com/othersciences/chemistry/science-artificial-

photosynthesis-system-02710.html

o Nanociencia y nanotecnología: entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro.

2009. Editorial: Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología.

o Dr. Galo Soler Illia - Propiedades intensivas y extensivas:

https://www.youtube.com/watch?v=AgFFUejhRDI

o - Dr. Galo Soler Illia - Fuerzas de la escala nanométrica:

https://www.youtube.com/watch?v=mVjtTrnMuYk

- Imágenes

o Figura 2. Noticias de la Ciencia. http://noticiasdelaciencia.com/not/13923/hacia-una-

fotosintesis-artificial-que-sirva-para-elaborar-plasticos-pinturas-farmacos-

combustibles-y-otros-productos/

o Figura 3. Nano letters http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b01254