13 de setembre de 2013

BISCUTER CIÈNCIA NÚMERO 1

Isabel Pérez
Professora de Ciències

Us presentem un nou recull d’articles de divulgació científica, tots ells tracten temes relacionats amb els materials. Els autors són els nois i les noies de 1r de Batxillerat. Esperem que us resultin interessants.

Volem dedicar aquest número del Biscuter ciència a la Saman Tariq, amiga, companya i alumna entranyable, de qui sempre en tindrem un bon record.

1. Com és el material ideal? (Arturo Huanca i Dídac Prados)

2. El proper or negre. (David Pérez i Sandro Simioni)

3. Titani, el material del segle XXI. (Camilo Bedoya i Eloy Delgado)

4. Un metall, infinitat d’usos. (César Santos, Anaïs Olaya, Nerea Sánchez i Gonzalo Múñoz)

5. Dur com l’acer. (Fátima Syed i Sonia Romano)

6. Els teixits intel·ligents, el vestit fa l’astronauta. (Désirée Cortés, Sara Benhalima,  Nuria Ferrer i Joanna González)

7. La nanotecnologia, un avenç per al futur. (Luis Goya, Carla Barcina, Coral Da Silva i Daiana Godoy)

8. L’or de les Médul·les. (Daniel Miranda)


Accés al número zero de la revista Biscuter Ciència.


COM ÉS EL MATERIAL IDEAL?

Dídac Prados
Arturo Huanca
1r Batxillerat

Què és un material?
Un material és un element que presenta diverses propietats i que pot ser modificat, transformat i agrupat en un mateix conjunt. Els materials, alhora que l’energia, són elements imprescindibles en els processos industrials. Per això, en qualsevol procés industrial, cal elaborar un projecte abans de dur-lo a terme, i una de les decisions més importants que s’han de tenir en compte és la de triar el material adequat. En aquesta decisió intervenen diferents criteris de selecció dels materials:








Les propietats
És ben clar que no haurem d’utilitzar un material amb les mateixes propietats si volem fabricar, per exemple, un pot de cuina que si volem fabricar unes botes d’aigua. Per fabricar un pot de cuina, haurem d’escollir un material resistent a les altes temperatures, que sigui lleuger de pes, que sigui un bon conductor tèrmic, etc. Si volem fabricar unes botes d’aigua, caldrà fer servir un material impermeable, flexible, amb un bon aïllament de la calor... 

Les qualitats estètiques
Quan parlem de qualitats estètiques parlem del color, la textura, la forma i, bàsicament, del disseny del material. Per exemple, una superfície polida facilita la neteja, una forma “atractiva” a la vista facilita la venda del producte...

El procés de fabricació
En aquest criteri cal tenir en compte la maquinària necessària per treballar el material i si es domina la tècnica.

El cost
Per què uns productes són més cars que no pas d'altres? El preu final del producte depèn de la rendibilitat, de la vida útil del projecte, de l’abundància del producte, dels processos de fabricació... Tot això i altres factors fan que un producte sigui més barat o més car.

La disponibilitat
No tots els materials són igual d'abundants al nostre planeta, i això cal tenir-lo en compte a l'hora de fabricar un producte d'un material determinat. La fabricació de poques quantitats d'un producte rep el nom de sèrie curta, i quan es fabriquen grans quantitats d'un producte parlem de sèrie llarga.

Impacte ambiental
L'extracció i transformació de la matèria prima comporten conseqüències sobre el medi ambient. Per disminuir aquest impacte cal tenir present les possibilitats de reutilització i reciclatge del material.

Els materials tenen propietats de tipus mecànicQuè vol dir el concepte de “propietat mecànica” d'un material? Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels material quan se li apliquen forces externes. Si la força externa és superior a la força interna del material, el material es deforma o fins i tot es pot arribar a trencar; i si la força externa és inferior a la força del material, el material resistirà.

EL PROPER OR NEGRE

ALESSANDRO SIMIONI
DAVID PÉREZ
1r Batxillerat

INTRODUCCIÓ

Molts dels objectes que comprem, des dels telèfons intel • ligents fins als cotxes híbrids i els trepans sense cables, estan fabricats amb un pessic de terres rares, elements exòtics que majoritàriament vénen de la Xina.

Una terra rara és segons la  IUPAC ( International Union of Pure and Applied Chemistry ), la col•lecció d'elements químics metàl•lics de la taula periòdica formada per l'escandi, l'itri i els lantànids. L'escandi i l'itri són considerats com a terres rares perquè es troben als mateixos dipòsits minerals que els lantànids, amb els que també comparteixen unes propietats químiques similars.


DESCOBERTA

Els elements que formen part del grup de les terres rares van començar a ser coneguts amb la descoberta el 1787 del mineral de la galdonita per part de Karl Arrhenius al poble suec de Ytterby.

Lantani: del grec λανθανω "lanthanon" que significa amagat.
Ceri: en referència a la deessa Ceres.
Praseodimi: del grec prason (πράσον), verd, i didymos (δίδυμος), doble.
Neodimi: del grec "neo" (υεο), nou, i didymos (δίδυμος), doble.
Prometi: fa referència a Prometeu, que va portar el foc als mortals.
Samari: en honor a Vasili Samarskii-Bikhovits que va descobrir un mineral de terra rara denominat samarskita.
Gadolini: en honor a Johan Gadolin, investigador de les terres rares.
Disprosi: del grec δυσπροσιτος dysprositos, que significa difícil d'obtenir.
Tuli: fa referència a la mítica illa de Thule.
Iterbi: fa referència al poble d'Ytterby, on es va descobrir el primer mineral de terra rara.


Se les anomena terres rares perquè en el moment del seu descobriment es va pensar que eren poc abundants, més tard es trobaria que són relativament abundants, excepció feta del Prometi. El Ceri, per exemple, és el 25è element més abundant a l'escorça terrestre on és present segons una relació de 68 parts per milió. Les fonts més importants per a l'obtenció de les terres rares són els minerals de la bastnasita, la monazita, la loparite i la laterita. Malgrat la seva relativa abundor, les dificultats per a l'extracció i l’explotació de les terres rares les fa força cares (és força costós) .

Les terres rares són un recurs estratègic cada vegada més important. Els 17 elements es poden trobar a la majoria d'aparells d'alta tecnologia.

Actualment, la Xina compta amb més del 90% de la producció mundial; l'augment de la demanda fa que moltes empreses occidentals en els últims anys hagin pressionat  la Xina a invertir en exploració i producció. Entre les grans economies, l'Índia és una de les que més es preocupa en controlar la Xina respecte el mercat de terres rares. Les terres rares s'han convertit en un recurs estratègic pel que competeixen  aquests dos tigres asiàtics ( Xina i l’Índia). De fet, podem dir que les terres rares s'estan convertint en "el proper or negre".

La denominació  terres rares és inadequada. Aquests metalls són, de fet, molt més abundant que altres minerals valuosos. Abundant, però no vol dir barat, ja que la seva dispersió fa que poques vegades es trobin en quantitats econòmicament viables. La similitud de les propietats químiques de les terres rares fa que siguis difícils de separar. La seva extracció és crucial, però molt restrictiva.

L'ús de les terres rares és tal que, sense elles, es necessitaria un canvi radical en totes les tecnologies avançades: avions de combat, vehicles aeris no tripulats, míssils guiats, per no parlar de totes les màquines controlades per ordinador.

TITANI, EL MATERIAL DEL SEGLE XXI


Camilo Bedoya Andrade
Eloy Delgado Esteban
1r Batxillerat

El titani és un element químic d’aspecte platejat pertanyent al grup dels metalls de transició, molt abundant a la natura, el seu estat natural és el sòlid i és característic per la seva duresa, lleugeresa, els seus punts d’ebullició i fusió elevats, és un bon conductor de la calor i de l’electricitat, i no és tòxic.

És un metall que s’utilitza molt, els pals de golf, els pírcings, i fins i tot el pigment blanc dels dentífrics contenen titani. Comparat amb l’acer, aliatge amb el qual competeix en aplicacions tècniques, és molt més lleuger. S’utilitza per produir complements molt resistents, utilitzats en indústries aeroespacials, aeronàutiques, militars, automobilístiques, mèdiques…

L’ús del titani ha representat un gran avenç en la fabricació de bicicletes. L’elevada resistència, la baixa densitat, l’excel·lent resistència a la corrosió fan que un quadre de bicicleta sigui extremadament fort i resistent al pas del temps, i increïblement lleuger. A més, a diferència dels quadres d’alumini, de carboni o d’acer, el titani és molt resistent als cops, ja que aquest metall no és fissura. Un altre avantatge respecte als seus competidors, és que el titani és molt més resistent a la corrosió, això fa que el titani tingui la millor relació resistència- rigidesa- pes.

El tub tradicional d’aliatge de titani d’alta resistència, és el mateix que s’utilitza a les aplicacions aeroespacials més avançades. Els tubs estan elaborats sense costures per poder ser soldats amb altres tubs per formar el quadre de la bicicleta. Aquests tubs es treballen en fred per donar una resistència addicional al material. Tot això permet crear un quadre extremadament lleuger i fort, fent que la seva geometria sigui dissenyada per treballar de la forma més correcta i perfecta.

El titani és un dels metalls més respectuosos amb el medi ambient, els residus resultants dels processos de fabricació són totalment reciclables.

El titani no és pas una moda. Un quadre fet en titani és com una joia, perquè els elevats costos de producció i soldadura el fan únic al seu entorn.

UN METALL, INFINITAT D'USOS

Gonzalo Muñoz Jorquera
Anaïs Olaya Herreria
Nerea Sanchez Fernandez
Cesar Santos Gonzalez
1r Batxillerat

El titani és un element químic de nombre atòmic 22 que se situa en el grup 4 de la taula periòdica dels elements i se simbolitza com Ti. Aquest metall va ser descobert l’any 1791 pel científic William Gregor.

En els últims anys s´han descobert tota una infinitat de noves aplicacions on el titani pot arribar a utilitzar-se. En el següent article explicarem l’ús del titani aplicat a la medicina.

Als darrers 15 anys s’ha avançat notablement en el tractament de fractures i pròtesis per a les articulacions. Aquests avenços es basen en la utilització d’aliatges de titani i estan revolucionant el món de la traumatologia i la cirurgia ortopèdica. Les noves pròtesis, destinades als processos d’ artrosis i de fractures, se semblen cada vegada més a la fisiologia i anatomia que ha de ser substituïda.

El titani també té característiques úniques que permeten el creixement de l’os i és compatible amb certes proves mèdiques com per exemple ressonàncies magnètiques i tomografies computades. Ha permès l’ús de les pròtesis en pacients cada vegada més joves i actius, ja que ofereixen major durabilitat i resistència als esforços.

Avui dia, gracies als avenços en disseny, es disposa d’implants gairebé personalitzats per a cada pacient i per a cada tipus d’os. Els dissenys actuals premodelats han substituït als antics implants rectes i rígids.

Gràcies a la investigació en osteosíntesi,s’ha aconseguit que el pacient pugui ser donat d’alta en 3 o 4 dies després de la intervenció i que pugui recuperar la activitat física habitual en pocs mesos. Els avenços aconseguits en aquest camp permeten obtenir una bona reducció i fixació estable de la fractura.

La següent radiografia mostra el cas d’un adolescent de 16 anys que va patir una fractura i fissura de tíbia mentre practicava esport.



Va ser operat 5 dies desprès de patir la lesió, ja que a causa de la inflamació de la musculatura i de tendons no va poder ser operat abans.

A les dues setmanes va ser donat d’alta i la recuperació avança favorablement encara que sigui un procés lent i amb necessitat de rehabilitació. Amb l’avantatge de que la pròtesi no s’ha d’extreure de l’organisme.



DUR COM L'ACER

Fàtima Syed
Sònia Romano
1r A Batxillerat

Els metalls són elements químics que en estat sòlid formen una estructura cristal·lina, com altres materials. Un metall és un element de la taula periòdica que té facilitat en perdre electrons. Aquests electrons formen com una espècie de núvol en moviment que fa que el metall sigui un bon conductor del calor i l'electricitat.

Però la majoria dels metalls que utilitzem són aliatges, és a dir, son mescles d’un element metàl·lic i un no metàl·lic. Els metalls es divideixen en ferrosos i no ferrosos. En els metalls ferrosos l'element metàl·lic és el ferro i es caracteritza per la gran resistència a la tracció i per la duresa. Un del seus problemes principals és la seva vulnerabilitat a la corrosió. Com a exemple d'aquests metalls que són aliatges nosaltres us parlarem de l'acer.

ACER

L’acer és un aliatge de ferro i carboni, amb una proporció del 0,1 a 1,76% d'aquests elements. Les seves característiques principals són la seva resistència, rigidesa i durada. Si es vol que sigui molt dur s'ha de refredar molt ràpidament, a canvi d'aquesta duresa es torna molt més fràgil. A més a més la producció de l'acer és més econòmica que la d'altres metalls.

Els acers poden ser utilitzats per fer eines, acers de gran elasticitats i acers per a motlles, segons les seves característiques.

HISTÒRIA

L'acer en l'antiguitat era produït pel mètode boomery. Aquest mètode consistia en una fosa del ferro nadiu o dels seus òxids en un forn de pedra o altres materials naturals resistents a la calor, en el qual es fa circular aire, per fer que el ferro es mescli amb el carboni de les pedres del forn.

L'Acer Wootz va ser desenvolupat per primera vegada en l'Índia al voltant del 300 a.C. És caracteritzat per bandes de capes de carburs en una matriu amb perlita, fa que tingui una gran duresa i tenacitat. L'acer Wootz va ser exportat a través de l'orient on va donar lloc a l'acer de Damasc.

UTILITATS

En l'actualitat l'acer s'utilitza per la construcció d'edificis, ponts, vaixells etc. També és molt important amb les vies dels ferrocarrils metàl·lics i material mecànic amb forma cilíndrica.

Segons el contingut del carboni de l'acer s'utilitza per coses diferents.

Si té poc carboni (< 0,3%) s'utilitza per fer cotxes, envasos, bigues, tubs... Si el nivell de carboni és mitjà (de 0,3 a 0,6) la seva utilitat és per fer rodes i carrils de trens, cigonyals, engranatges...

D'altra manera, si el contingut de carboni és alt (de 0,6 a 1,4) el seu ús és per fabricar eines de tall, matrius, motlles...

ELS TEIXITS INTEL·LIGENTS, EL VESTIT FA L'ASTRONAUTA falta imatge


Joanna González Van Der Laan
1r Batxillerat

S’anomenen teixits intel·ligents aquells teixits que poden reaccionar davant estímuls i condicions del medi tals com canvis mecànics, tèrmics, químics, elèctrics o fins i tot magnètics. Han estat dissenyats per a respondre a una situació específica d'una manera totalment determinada.

Creació del teixits intel·ligents

Per a fabricar teixits intel·ligents la roba s'impregna d'una tinta de nanotubs de carboni, un fet que provoca que la peça es torni elèctricament conductora. D'aquesta manera, el tèxtil pot detectar diferents substàncies químiques presents en fluids corporals( com suor, orina...) i transformar-les en senyals elèctrics que poden ser monitoritzades.

Exemples dels teixits que permeten practicar professions

El vestit espacial, és essencial per poder practicar la professió d'astronauta, és un vestit tancat hermèticament, que inclou un dispositiu de respiració i que permet a l'ocupant moure’s lliure per l'espai. És la peça bàsica per a realitzar qualsevol activitat extravehicular i una mesura de seguretat per a la reentrada, doncs protegeix els éssers humans de la calor, el fred, les radiacions i la nul·la pressió atmosfèrica de l'espai.

Aquest vestit té diverses funcions, com la de fer d'escut contra la radiació ultraviolada, protegir contra petits meteorits, té sistema de comunicacions...

El vestit espacial està format per diverses peces que s'uneixen unes a les altres, de vegades les peces son intercanviables amb altres vestits: els camals, el tronc, els guants, el casc, la motxilla, i els tubs d’evacuació.

Està format per diverses capes de teixits: la capa exterior, la capa de kevlar (intermitja) amb la seva missió de protegir els teixits interiors d'esquinçaments i de la petita escombreria espacial que pogués produir talls, i per últim, la capa de cotó que fa que l'interior sigui més agradable.

Presenta, però, una sèrie d'inconvenients, com per exemple, és molt costós, incòmode, etc.

Altres vestits que permeten professions serien els escaladors, motoristes... a més s’estan provant teixits intel·ligents que permeten el diagnòstic d'una malaltia.

Invents que s'estan provant a Catalunya

Com serà la roba del futur? A Catalunya, empreses i universitats treballen juntes en la creació de nous productes. Alguns ja han arribat al mercat. És el cas d’un teixit fet amb fils de paper que es fabrica a Manlleu i que en el futur es podria incorporar al fusellatge dels avions per filtrar els rajos còsmics.

LA NANOTECNOLOGIA, UN AVENÇ PER AL FUTUR

Coral Da Silva
Carla Barcina
Luis Goya
Daiana Godoy
1r Batx B

La nanotecnologia és la ciència dedicada al control i manipulació de la matèria a una escala menor que un micròmetre (un nanòmetre és la mil milionèsima part d'un metre (10-9), és a dir, a nivell d'àtoms i molècules. La nanotecnologia presenta solucions avantguardistes i més eficients per als problemes ambientals, així com molts altres problemes que s’enfronten a la humanitat. Va començar a ser una ciència reconeguda quan Richard Feynman va guanyar el Premi Nobel de física, amb tots aquests avenços l'home va tenir una gran fascinació per seguir investigant més sobre aquestes molècules.

Cronologia i antecedents.


Aplicacions a la medicina.

Una de les aplicacions més notòries serà la repartició molecular del cos humà. Nanorobots introduïts en el flux sanguini podran destruir virus i cèl·lules canceroses, reparar estructures danyades, treure les escombraries acumulades al cervell i fer que el cos torni a l’estat saludable de la joventut.






Avantatges.

Millores en comunicació, medicina i a les indústries
Reducció de l’impacte mediambiental
Estalvi d’aigua i d’energia.

Desavantatges.


Canvis en l’estructura social, política i econòmica.
Productes que danyen el medi ambient
Desenvolupament d’armes anti-persona.

L'OR DE LES MEDUL·LES

Dani Miranda
1r Batxillerat

La zona de les Medul·les és un paisatge espanyol format a partir d’una explotació minera romana d’or, situada a la comarca del Bierzo (Castilla i León). Es considera la major mina d’or a cel obert de tot l’imperi Romà.

El que avui dia hi veiem són les restes de la terra que va ser remoguda pels esclaus de l’Imperi Romà a la recerca de l’or en las profunditats de les muntanyes.

Possiblement es van extraure més de 900.000 quilos d’or.
La tècnica utilitzada pels romans era l’anomenada Ruina montium. Aquesta consistia en utilitzar la força de l’aigua per remoure, d’un sol cop, amplies extensions de terreny.

A les Medul·les no hi ha aigua però els romans van ser capaços de portar-la des de les Muntanyes Aquilianes i del Mont Teleno, a més de 10 quilòmetres de distància.

Una curiositat és que quan es trobaven amb alguna roca difícil de treure, la ruixaven amb vinagre i li calaven foc perquè s’esquerdés i així, poder-la desfer millor.

L’or que s’extreia de les Medul·les es transportava a Roma a través de dues conegudes rutes:
· La Via de la Plata (cap a Merida, el Guadiana i pel mar cap a Roma).
· La Via Augusta (Astorga-Tarragona i per mar cap a Roma ).

Una altra de les dades curioses que ens deixa aquest lloc és que, era un jaciment tan summament valuós i important per a l’imperi Romà, que romania totalment il·localitzable. Fins i tot es va prohibir realitzar cap referència escrita sobre ell.
Les Medul·les estaven protegides per 20.000 soldats de diverses legions romanes.