viernes, 8 de mayo de 2009

BEHAR BERRIAK, MATERIAL BERRIAK:

Sarrera:
Materiatik materialak lortzen ditugu. Baina gaur egun, material tradizionalak aldatu egin ditugu egungo meharrak asetu ahal izateko.Materialen bilakaerak, objektuak egiteko modua aldarazi du eta horrek material berriak sortzea eragin du.Ikasgai honen bitartez, naturak ematen digunetik zer egin dezakegun aztertzeko proposamena egingo dizuegu. Aldaketa zaharrak gogoratuko ditugu, gaur egun martxan dauden aldaketei buruz hitz egingo dizuegu eta baita ere etorkizunean izango diren aldaketei buruz, izan ere gure espeziaren hobekuntzaren adierazgarriak dira aldaketak.

1. MATERIATIK MATERIALETARA

Inguruan ditugun gauza guztien jatorria unibertsoa da. Unibertsoa 90 elementuz osatuta dago.

1.1. Materia antolatzeko modu bat: elementuen taula periodikoa.
Elementuak dituzten propietateak jakinez gero, bakoitzak egiteko behar dugun materiala lortu ditzakegu.
Historian zehar hainbat asmakuntza egin dira eta horiei eskeri hainbat ekintza egin ditzakegu, adibidez Nazioarteko Espazio Estazioan Lurretik kanpo bizi gaitezke, soinua baino azkarrago bidaiatu dezakegu eta abar.
Ezagutza metatuan dago asmakuntza guzti hauek egiteko giltza, ezagutza hori elementu kimikoen taula periodikoan antolatuta dago.
Orain badakigu nolakoa den atomoen antolakuntza: nukleoan protoiak eta neutroiak dituzte eta nukreoaren ingurua elektroiak biraka.
1869an, Dimitri Mendeleivek Elementuen sistema periodikoa asmatu zuen. Gizon honek garai horretan ezagunak ziren elementuez gain, taula periodikoan hutsuneak utzi zituen. Bere ikerketetan lortutako emaitzak kontuan hartuta oraindik aurkitu gabeko elenetuak zeuden eta beraz, intuizio osoz, taula periodikoak espazio batzuk libre utzi zituen.

· FUNTZEZKO AURKIKUNTZA:Nola eratu dira elementu kimikoak?
Badakigu naturan 90 elementu kimiko daudela, baina, zein da elementu kimiko harien jatorria? Galdera hani erantzuna emeteko lau teoria daude:

1) Unibertsoaren bizitzako lehen uneetan sortu zirela esaten duen teoria. Sortu ziren lehenengo bi elementuak hidrogenoa (H) eta helioa (He) direla esaten du aukera honek.
2) Izarren barrualdean sortu zirela esaten duen teoria: Fusio nuklearraren bidez hidrogenoa eta helioa eraldatu egin ziren eta beste elementu kimiko batzuk sortu ziren, ala nola, karbonoa (C), nitrogenoa (N), oxigenoa (O), eta burdina (Fe).
3)Supernoben leherketan sortu zirela. Izar handien erregaia agortzen denean gertatzen da prozesu hau. Supernobetan, burdina baino pisu handiagoa duten elementuak sortzen dira. Adibidez, Urrea (Au) eta zilar (Ag)atomoak.
4)Laborategian sortu zirela esaten duen teoria. Uranioa baino pisu handiagoa duten elementuak elementu artifizialak dira, hau da, laborategian elementu nuklearren bidez sortutakoak.

1.2. Materia antolatzeko beste modu bat: haren egituraren konplexutasunaren arabera.
·Elementu kimikoak: Materia osatzen duten “adreiluak” dira elementu kimikoak. Gaur egun 116 elementu kimiko daude guztira, horietatik soilik 90 naturan aurkitu daitezke, eta beste guztiak laborategi baten barruan sortutako elementuak dira. Elementu kimiko guztiak taula periodikoan sailkatuta daude, bakoitzak duen propietate kimikoaren arabera.
·Konposatu kimikoak: Beren osagaien prozedura kimikoen bidez bereizi ezin diren substantziak dira, hau da, konposatuak eta haiek osatzen dituzten elementuen propietate fisikoak eta kimikoak guztiz ezberdinak dira.
Adibidez igeltsua kaltzioz eta sufrez osatuta dago, baina igeltsuak ez ditu kaltzioak eta sufreak dituen propietateak.
·Materialen nahasteak, aleazioak: Bi elementu edo konposatu kimiko, edo gehiago erabiliz, artifizialki egindako nahasteak dira aleazioak. Osagaien propietate fisikoren bat hobetzeko egiten dira nahasteak eta funtzio jakin batzuetara egokitu beharko diren substantziak lortzeko.
Adibidez, brontzea aleazio bat da, kobrez eta eztainuz eginda dago.
·Konpositeak: Propietate fisiko eta kimiko oso zehatzak dituzten materialez ortutako substantzia da konpositea. Sortutako substantzia horren propietateak eta hura sortzeko beharrezkoak izan diren elementuen propietateak guztiz ezberdinak dira.Ezagutzen dugun konpositerik zaharrenetarikoa pezoa da, lokatzez eta lastoz osaturiko adreilua.

2. NONDIK LORTZEN DITUGU MATERIALAK?

Nondik lortzen ditugu materialak?

Materialak zer nolako jatorria duten arabera honela sailka ditzakegu:
Material NATURALAK: Naturatik zuzenean lortzen direnak dira
Material ERALDATUAK: Material naturalen bat eraldatuz edo material batzuk nahasiz lortzen dira.
Material ARTIFIZIAL edo SINTETIKOAK: Prozesu kimikoen edo fisikoen bidez lortzen diren produktuak dira.
Material BIRZIKLATUAK: Material bereko objektuetatik lortzen dira.


3. MATERIALEN PROPIETATEAK

Ikusten dugun guztia artifiziala da (aulkia, mahaia, atea, lanpara...). Materialak manipulatzeko prozesua konplexutasun handikoa da. Behar-beharrezkoa da materialen propietate orokorrak ezagutzea. Horrela, material jakin bat erabiltzen badugu ekintza konkretu bat egiteko kontuan izan beharko dugu bere propietateak.

4. LEHENGAIAK

4.1 Lehengaiak bilatzen:
Ezagutza eta teknologia berriei esker gero eta errazagoa da lehengaiak aurkitzea eta ustiatzea. Hala ere, beti izan dugun arazo bera izaten jarraitzen dugu gaur egun ere: lehengaiak dauden lekuetara iristea ez da batere erraza.

Gizakiak material gutxi erabiltzen zituen garaian arazoa ez zen horren handia, izan ere hurbil zeuzkaten materialak soilik erabiltzen zituzten. baina Industria Iraultzarekin gertatu ziren aurrerapen teknologikoen ondorioz material beharrak handitu ziren, tea etengabe handituz joan dira. Zenbait lekutan erauzketa ahalmena gainditu egin da eta honek hainbat arazo sortu ditu. Arazook ez dute materialekin zerikusirik, interes ekonomikoekin baizik. Interes ekonomikoekin lotutako gertaera horiek arazoak sortzen dituzte politikan, gizartean eta ingurumenean.

4.2 Metalak ez daude egoera puruan naturan:
Lehengai gehienak landare edo animaliengandik lortzen ditugu (lihoa, larrua, kotoia, elikagaiak…), baina hauek lortzeko beharrezkoa da metalak erabiltzea. Metalez egiten baitira lehengaiak lortzeko beharrezkoak diren tresna eta makinak.

Metal gehienak naturatik lortzen dira, mineralen konposizioan behintzat metal bat dagoelako beste ez metal batekin gutxienez. Mineral baten metal kantitatea ustiatzea ekonomikoki errentagarria denean mineral horri mea deritzo. Honetarako beharrezkoa da konposizioan dagoen metala lortzeko kostua merkatuan duen balioa baino askoz txikiagoa izatea.

Mineralak baliabide mugatua dira, berriztaezina; eta behin metala erauzita mineralek gehienetan ez dute ezertarako balio. Horregatik gaur egun metalak birziklatuz eta finduz ere lortzen dira.

4.3 Metalak erausteko sistemak:
Metalak meetatik ateratzeko prozesuak erredukzio deritzon prozesu kimikoan oinarrituta daude. Erreakzio horren bidez metal purua lortzen da, konposatu ez metaletik bereizita. Bi industria prozesu erabiltzen dira oro har metalak lortzeko:

Erredukzioa beroaren bidez: zenbait metal lortzeko metala daukan minerala berotzen da, karbonoarekin batera eta karbonoak lortu nahi den metala ateratzen du mineraletik (karbonoa erreaktiboagoa da).

Elektrolisia: Konposatu kimikoak elektrizitatearen bidez deskonposatzeko prozesua da, erredukzio erreakzioa da. Metalak erausteko prozesurik ohikoena da eta honako metal hauek erauzteko erabiltzen da: potasioa, sodioa, litioa, kaltzioa, magnesioa eta aluminioa.

4.4 Altzairua:
Burdinaren (Fe) eta karbonoaren (C) arteko erreakzioa da altzairua.
Karbonoaren proportzioen arabera altzairuak propietate ezberdinak izango ditu.Beste metal batzuekin aleatzean altzairuaren zenbait propietate aldatu egiten dira, eta horrela erabilera zehatzagoei egokitzeko aukera dago.

4.5 Koltana, adibide esanguratsua:
Koltana hitza Afrikan erabiltzen da eta bi mineralen izenen laburduratik dator: kolunbita (Nb2O6)eta tantalita (Ta2O6). Mineral horietatik niobia eta tantaloa erausten dira. Hauek garrantzia handia hartu dute azken hogei urteotan industria elektronikoari lotuta baitaude.

-Niobioa: Ahalmen magnetiko handiko imanak egiteko erabiltzen da. Horregatik ezinbesteko bilakatu da disko gogorretako mikromotorrak egiteko eta baita bozgorailuak eta entzungailuak egiteko ere.

-Tantaloa: Kondentsadoreak egiteko erabiltzen da. Beraz, bateria kargagarriak dituzten gailu guztietan erabiltzen da, sakelako telefonoetan adibidez.

1998 eta 2002 urteen bitartean 3,9 miloi tona koltan erautsi ziren Kongoko Errepublika Demokratikoan, honek 739 miloi dolarreko balioa izan zuen. Arazo larriak sortzen ditu honek bertako biztanleen pairatzen duten pobrezia albo batera utzita: ustiapena oso baldintza txarretan egiten da, osasun arazo larriak sortuz eta esklabotza baldintzapean lan egiten dute langileek. Bestalde eremu hauek kontrolatzeko borroketan gutxienez 4 miloi lagunek galdu zuten bizia urte horien bitartean, eta beste horrenbestek ihes egin behar izan zuen. Honek guztiak hondamendia eragin du ez bakarrik bertako biztanleengan, baita ingurumenean ere.

5. NATURALA ETA ARTIFIZIALA

Hurrengo lerroetan, produktu natural eta artifizialei buruz hitzegingo dugu.
Batetik, naturatik lortzen diren materialak naturalak dira. Bestetik, eraldaketa prozesuren bat jasotzen duten substantziak edo materialak aldiz artifizialak dira. Guk plastiko (artifiziala) eta paperari (naturala) buruz arituko gara.

5.1 Plastikoak

XIX.mendearen amaieran hasi ziren erabiltzen eta gaur egun oso ohituta gaude bere erabilera, hainbat gauzetarako erabiltzen ditugulako. Haien ezaugarri berezia, plastikotasuna da: honi esker, materialei komeni den forma eman dakieke
Plastikoak osatzen dituzten molekulak (polimeroak) oso konplexuak dira. Hauek, monomero molekula txiki asko elkartzean eratzen dira. Hainbat molekula bakun molekula handi eta konplexu bat osatzeko elkartzeko prozesuari polimerizazioa deritzo

5.2 Nola sailkatzen dira polimeroak?
Polimeroak hainbat irizpideri jarraituz sailka daitezke; izan ere, polimero mota asko daude. Batzuk naturalak dira (proteinak) eta beste batzuk aldiz, sintetikoak; eta bakoitzak bere konposizioa eta propietateak ditu. Hona hemen:



5.3 Papera:

Paper hitza papiro landarearen izenetik dator. Antzinako egiptoarrek landare hori erabiltzen zutelako papera egiteko. Papera egiteko prozesuan beharrezkoa da zelulosa (zuhaitzen zuntz naturala). Zelulosak ezaugarri apartak ditu: oso malgua da eta biltzeko eta xaflak eratzeko ahalmena du.




Paperaren fabrikazioarekin lotutako arazoak:
Papera egiteko beharrezkoa da zuhaitzak, ura eta energia erabiltzea eta horrek arazo asko sortzen ditu.

-Baso soiltzea, zuhaitzak bereizi gabe mozten baitira. Espainian 3 milioi m3 egur behar da urtero.
-Zelulosa eta ligninga bereizteko ur kantite handi handia behar da
1.35m3 kartoi tona bakoitzeko.
2.30m3 egunkariko paper tona bakoitzeko
3.60m3 komuneko paper eta behin erabiltzeko zapi tona bakoitzeko.
4.200m3 inprimatzeko eta idazteko paper tona bakoitzeko

-Ibaietako uraren kutsadura, zelulosa orea zuritzeko prozesuetan sufre, kloro eta ozono konposatuak erabiltzen baitira.

-Gainera, energia asko erabili behar da; makinak mugitzeko eta ura berotzeko, adibidez. Espainian sortutako energia elektrikoaren % 4 da.

Arazoen konponbideak
Duela urte batzuk, ingurumen eragina txikitzeko politikak ezartzen hasi ziren.

-Baso soiltzea etetzeko hiru konponbide ditugu:
1. Ustiapen kontrolatuko basoetatik soilik ateratzen da egurra.

2. Zuhaitzez bestelako lehengaiak (kalamua, lihoa, kotoia…) erabiltzen hasi dira. Baita erabilitako paperaren zuntzak berriro erabiltzea.

3. Zuhaitzak landatzea eta moztea kontrolatuta izateak beste alde on bat du: zuhaitzek xurgatzen duten CO2 kantitatea handitu egiten da. Beraz, zuhaitzak behin eta berriz landatuz eta moztuz, berotegi.efektua handitzen duten kutsatzaileetako baten kantitatea txikitu egiten da.

-Ur kontsumoari dagokionez: ur ziklo itxiak erabil daitezke: erabilitako uretatik produktu kimikoak ateratzeko araztegiak erabil daitezke, eta ondoren, ura tratatutakoan, industria prozesuan erabil daiteke berriro. Honen bidez, ur gutxiago erabiltzeko aukera dugu
1. 3-8m3 gutxiago kartoi tona bakoitzeko
2.10-15m3 gutxiago egunkariko paper tona bakoitzeko
3.15-20m3 gutxiago komuneko paper eta behin erabiltzeko zapi tona bakoitzeko.
-Bukatzeko, energia kontsumoa, papera birziklatuz gero, energia kantitate handia aurrezten da.

Etorkizunean
Gero eta paper gehiago eskatzen dute herrialde industrializatuek. Horretarako, material berriak (tinta elektronikoa, paper elektronikoa) garatzea da konponbidea eta paperaren kontsumoa txikitzea










6 NANOTEKNOLOGIA

6.Nanoteknologia:
Material berriek produktuak beste era batera egiteko aukera ematen dute eta material horiei esker ekoizpen eta prozesu berritzaileagoak, espezializatuagoak, ingurunea hobeto zaintzen dutenak eta praktikoagoak egin daitezke.

6.1 Nanozientzia: nanoteknologiak maila mokroskopikoa bezala, garapen zientifikoa du aztergai eta eskala nanometrikoko alderdi zientifiko guztiak aztertzeaz arduratzen da. Ohartu gara gure inguruko mundua uste genuena baino askoz ere konplexua dela, eta aztertzeko teknologia aurrerapenak erabiltzen ditugu.
Tunel-efektuko mikroskopio berriei esker atomoak “ikusi” eta “hartzeko” aukera daukagu, tamaina atomikoko makinak eta piezak egiteko aukera eta abar.
Makina atomikoei buruz hitz egitean, atomo multzo bat baino txikiagoak diren makinei buruz hitz egiten ari gara, begi hutsez ikusi ezin diren piezei edo substantziei buruz.

·FUNTZEZKO TEKNOLOGIA: Tunel-efektuko mikroskopioa:
Gerld Binning (1947) eta Henrich Rohrer (1933) fisikariek lehen tunel-efektuko ekortze-mikroskopioa diseinatu zuten Zurichen,eta 1986an Nobel saria jaso zuten asmakuntzagatik.
Tresna honek ez du objektuaren zuzeneko irudirik ematen, gainazal baten egitura aztertzen du, gainazal horretatik distantzia zehatz batera pasatzen den orratz baten bidez. Horrela, eskaneatu behar den gainazala, tunel-efektu izeneko efektuaren bidez kontrolatzen da.
Orratzaren puntak eta gainazala, potentzial elektriko desberdina dute, eta korrontea batetik bestera igortzen da nahiz eta elkar ez ukitu.
10-9cm-ko distantzia dago beti orratza eta gainazalaren artean, izan ere korronte-intentsitatea distantziarekin lotuta dago.
Orratzaren muturra atomo batez osatuta dago, eta horri esker, eskaneatutako gainazalean detailerik txikiena ere detektatu daiteke.

6.2 Karbonoa:

Guretzat, elementurik garrantzitsuena da, izaki bizidunak osatzen dituzten konposatu gehienetan baitago
Karbono atomoak elkartzean kristal sareak eratzen dituzte. Atomoak nola lotuta dutenen arabera, kristal sare horiek propietate desberdinak izango dituzte. Adb: grafitoaren lotura biguna da eta diamantea aldiz, ezagutzen dugun substantzia naturalik gogorrena da.
Karbono konposatuen industriak hainbat arlo hartzen ditu: kirola, eraikuntza, hegazkingintza…
Adb: hegazkingintzan (Airbus A380 munduko bidaiari hegazkinik handiena egiteko karbonoa erabiltzen da. Hegazin horren arrakasta teknologikoa, karbono zuntzez osatutako materialak erabiltzearen ondorio da. Zeren eta horiek aluminioa baino arinagoak dira eta titanioak baino erresistentzia handiago dute. Hori dela eta oso egokiak dira hegazkien hegaletarako, hauek esfortzu handiak jasatzen baidituzte.

Zer da?
Materialak eta tresnak eskala nanometrikoan diseinatzea,egitea eta erabiltzea helburu duen zientzia aplikatua da nanoteknologia.Kontseptua eta ideia nagusia Richard Feymanek sortu zuen; hitzaldi batean atomoen manipulazioaz hitz egin zuenean 1959.urtean.

Nanoteknologiari buruzko ideia okerrak:
•Jendeak nanoteknologiaz,nanotresnez edo nanorobot hitzak entzutean neurri handiko mankinen miniatura mikroskopikoetan pentsatzen du, baina hori errealitatetik oso urrun dago, izan ere nano makinen ekintzak erreakzio kimikoek, eremu magnetikoek edo korronte elektrikoek eragiten dituzte.

Gure garaiko nanolantegiak:
• Gure garaiko nanolantegietan atomoak manipulatzen dira molekulak ezberdinak osatu ditzaten.Atomoak banan banan manipulatzeko korrote elektrikoekin jokatzen da, atomoen kargekin jolastuz gainazal ezberdinatan itzatzi egiten dira gero haien artean elkartuak izateko.
Etorkizuneko nanolantegi hipotetikoak:
• Lantegi hauek ordenagailu batez kontrolatuko dira, eta kutxa ertain baten tamainakoak izango dira.Bertan atomo ezberdinak egiturak osatuko dituzte, egitura horiek beste motatako egitura batzuekin konbinatu eta atomo multzoak banaka antolatzean produktu finala egingo da.Lantegi hauek guztiz ekologikoak eta errentagarriak izango diraizan ere sortzen dituzten hondakinak ura eta beroa izango dira eta edozein lekutan lan egin izango dute.

Nanoteknologiaren aplikazioak:
•Aplikazioak elektrizitatean:
-Karbonozko nanohodiak paperarekin konbinatuz material gogor eta malgua lortzen da, bateriak estaltzeko oso baliagarria dena.
-Led ak nanoteknologiaren bidez sor daitezke, hauek bonbila konbentzionalak baino azkoz efizienteagoak dira.
•Aplikazioak elektronikan:
Nanotxipak egiten lagundu dezake, izan ere podruktu hauetan alde garrantzitsu bat tamaina da , lekurik gehiena aurrezteko beste tresnei lekua uzteko.
•Aplikazioak Medikuntzan:Buckyballaren bidez sendagiak zuzenean zeluletara eraman daitezke, honek irultza handia suposatuko du medikuntza arloan.


Denbora marra:

1- (k.a. 300000) Kobrea: Silexa agertzen da, lehen zeramika materialak agertzen dira.
2- (k.a. 5000) Lehen idazkiak agertzen dira hormetan, buztinez edota material naturalez eginak. 3- (k.a. 5000) Sua erabiltzen zuten kobrea lortzeko, materialen lanketaren hasiera zen hori.
4- (k.a. 2600) Txinako ehun industria, zetazko ehunak egiteko.
Mendebaldeko egutegiaren hasiera.
5- (k.o. 100) Txinatarrek papera eta portzelana egiten zituzten.
6- (k.o. 1200) Txinatarrek beraiek bolbora erabiltzen hasi ziren helburu militarrekin.
7- (k.o. 1756) Watt-ek aurrekoak baino lurrun makina eraginkorragoa lortu zuen.
8- (k.o. 1831) Faradayk dinamoa asmatu zuen, lehen sorgailu elektrikoa, kableak eta imanak erabiliz.
9- (k.o. 1931) Kimikari ospetsu batek, neoprenoa asmatu zuen. Korrosioaren kontrako goma artifiziala da.
10- (k.o. 1950) Silikona sortu zuten, silizio oxidoak eta karbono taldeko molekulak nahastuz. Uraren kontrako euskarriak, lubrifikatzaileak eta kirurgia inplanteak egiteko aproposa.
11- (k.o. 1950) Lehen aldiz erabili zen titanioa (1791n aurkitua) hegazkinak egiteko.
12- (k.o. 1951) Bihotz balbularen lehen transplantea egin zitzaion gizaki bati. Silikonazko bola bat zen, material zehatz batzuetako kutxa baten barruan.
13- (k.o. 1982) Lehen CDa merkaturatu zuten. Jendeak orduan casetteak eta biniloak alde batera uzten hasi zen.
14- (k.o. 1983) Historiako lehen sakelako telefonoa, benetan mugikorra zena. Motorola bat zen.
15- (k.o. 1990) Nanoteknologia iraultza hasi zen: materialen atomoen eta molekulen manipulazioa alegia.
16- (k.o. 1991) Historiako lehen web-orria, Tim Berners-Leek egina.
17- (k.o. 1997) Historiako lehen pendrivea. Ram memoria sistema eramangarri batean oinarrituta zegoen.
18- (k.o. 2002) Lebitazio magnetikoko lehen trena hasi zen funtzionatzen Txinan. 430 km/h abiaduran higi daiteke.
19- (k.o. 2007) Koloretako lehen paper elektronikoa (e-paper) agertu zen.