¿A DÓNDE VAMOS?

Algunos materiales y sustancias también son invento Además de inventar herramientas e instrumentos, los seres humanos hemos tenido la capacidad de transformar algunas sustancias en otras para producir nuevos materiales y materias primas. Una sustancia inventada no puede encontrarse directamente en la naturaleza y sólo es posible obtenerla a partir de transformaciones conocidas como reacciones químicas. La sustancia nueva tiene propiedades y aplicaciones diferentes de otros materiales naturales. Por ejemplo, el vidrio es un material que se inventó hace más de 5 000 años. Para obtenerlo, los antiguos egipcios calentaban arena, piedra caliza y cenizas vegetales hasta que estas sustancias se fundían. No se sabe muy bien cómo, pero descubrieron que al enfriar rápidamente esta mezcla fundida se obtenía un material sólido y compacto, con propiedades muy atractivas y desconocidas en esa época. El vidrio, como sabes, es un material duro, resistente, impermeable, es decir, que no es penetrable por los líquidos y, lo más fascinante, también es transparente. Estas propiedades lo hacen un material adecuado para la elaboración de vasos, ventanas, espejos y lentes, entre otros objetos. ¿Sabías que... en el siglo xvii, en Holanda, se extendió el uso del vidrio transparente en las ventanas, lo cual mejoró la higiene en las casas? El vidrio hizo evidente a las personas la presencia de polvo y mugre, lo que propició nuevos hábitos de limpieza y aseo. Así, se avanzó en el cuidado de la salud y, además, se contribuyó a tener viviendas más agradables. Alrededor del año 100 a.C., los cristaleros sirios inventaron la técnica del soplado del vidrio y la introdujeron en Italia 200 años después. La imagen corresponde a un taller de vidrio europeo de 1330. Como en el caso del vidrio, un nuevo producto o material se obtiene cuando las materias primas se someten a un proceso determinado que transforma las sustancias originales en otras con características diferentes. En ocasiones sólo se requiere poner en contacto las materias primas para que haya una transformación, pero la mayoría de las veces es necesario suministrar energía para que el cambio se produzca. Esa energía se puede aplicar al agitar una mezcla, calentarla o pasarle una corriente eléctrica. En química se llaman reactivos a las materias primas y productos a las nuevas sustancias que resultan de este proceso. Si observas el siguiente esquema, identificarás los reactivos, los productos y los procesos que se requieren para obtener el vidrio. En este esquema se representan las sustancias o reactivos que intervienen en la reacción química para elaborar vidrio. En Mesoamérica se conocían diversas técnicas para preparar bebidas. Entre ellas, el chocolate, que se elabora con semillas de cacao. En Europa se refinaron técnicas de elaboración de productos lácteos, como el queso. En China se inventaron la tinta, el papel y los instrumentos para escribir. Por medio de procesos semejantes al de la producción del vidrio, pero cada uno con sus características particulares, desde la antigüedad hasta el presente ha sido posible inventar numerosos productos y sustancias. La lista de inventos importantes para mejorar la calidad de vida y conservar los recursos naturales es muy grande. En la nutrición, por ejemplo, se pueden mencionar desde el nixtamal y el pan hasta alimentos deshidratados o congelados, que se conservan durante mucho tiempo. En la salud destacan tanto las vacunas como los antibióticos, que ayudan a prevenir y combatir enfermedades infecciosas. En la industria y el hogar, las pinturas y barnices protegen y, en algunos casos, embellecen numerosos objetos como telas, muros, muebles, máquinas y aparatos. El mejoramiento y la creación de nuevos materiales cerámicos han permitido el desarrollo de componentes electrónicos que se utilizan actualmente en aparatos de sonido, computadoras y teléfonos. La preocupación por la conservación de la naturaleza ha propiciado que se fabriquen nuevos productos de limpieza, llamados biodegradables, que contaminan menos el medio ambiente. El descubrimiento de nuevos materiales ha permitido construir vehículos tanto para viajar al espacio como para combatir el fuego. De entre muchos inventos químicos que se conocen, vamos a describir con más detalle los siguientes: el papel, el jabón y los plásticos. El papel Las fibras vegetales se trituraban y hervían. Para elaborar cada hoja de papel se sumergía un bastidor en la pulpa. Las hojas de papel se prensaban y se dejaban secar. Las fibras utilizadas por los chinos para producir papel se obtenían principalmente del arroz. En Europa, y luego en América, se utilizó preferentemente la corteza de los árboles. No se sabe exactamente cuándo se inventó el papel, pero algunos documentos históricos indican que fue en China donde se hizo por primera vez este material. Se piensa que fue en el año 105 cuando se demostró que ciertas telas usadas, las cortezas de árboles y cualquier otro material fibroso obtenido de las plantas, se podía usar para fabricar papel. En la elaboración del papel, las fibras se trituraban y hervían para luego agregarles algunas sustancias que, por reacciones químicas, hacían que se deshicieran completamente. Al agregar agua, se obtenía una pasta que, muy bien batida, se prensaba finalmente para obtener hojas muy delgadas. Éstas, al secarse, formaban algo parecido a lo que hoy llamamos papel. Los chinos mantuvieron su invento en secreto durante varios siglos.Fue en el año 1150 cuando los europeos lo conocieron y comenzaron a producirlo para la elaboración artesanal de libros. Cada año se cortan millones de árboles para fabricar papel, lo cual afecta en gran medida a los bosques y las selvas. Actualmente es posible, aunque todavía caro, producir papel de buena calidad reciclando el papel, aunque el proceso industrial es contaminante, ya que utiliza productos tóxicos para blanquear el papel impreso. Por eso, se está investigando cómo reducir los costos y los contaminantes derivados del proceso de reciclado. ¿Sabías que algunos de tus libros de texto están impresos en papel reciclado? Reciclado de papel Al mezclar el papel ya usado con agua, se descompone en sus fibras originales, que pueden volver a utilizarse. Organízate en equipo y elabora tu propio papel reciclado. Necesitas por equipo: un recipiente profundo, una hoja doble de papel periódico, agua, una media o un pedazo de tela delgada de 20 x 20 cm, un bastidor para costura de 15 cm, dos trapos o paños secos Vierte agua en el recipiente, hasta la mitad. Rompe el papel periódico en pedazos pequeños y sumérgelos en el recipiente con agua. Déjalo remojando todo el día. Al día siguiente bate con las manos el contenido del recipiente, para que desbarates el papel y formes una pasta suave. Fija la media o la tela en el bastidor procurando que quede bien extendida para formar un tamiz. Sumerge tu tamiz en la pasta agitando ligeramente, cuida que la media quede hacia arriba. Cuando lo saques, se habrá formado una capa delgada de pasta de papel sobre la media. Deja escurrir bien y trata de quitar el exceso de agua pasando un trapo por debajo del tamiz, hasta que la pasta esté firme. Voltea el tamiz y colócalo sobre el otro trapo bien extendido. Con el primer trapo, presiona fuerte sobre el tamiz para quitar toda el agua que puedas. Separa la hoja del tamiz con mucho cuidado y ponla a secar. Tardará aproximadamente un día en secarse completamente. ¿Cómo quedó tu papel reciclado? ¿Qué se te ocurre que puedes hacer con él? Compara tu papel con el de tus compañeras y compañeros. El jabón Cada vez que te lavas las manos, lavas la ropa o te bañas, usas productos químicos como los jabones, los detergentes y sus derivados, que sirven para limpiar. Los seres humanos han utilizado el jabón desde hace más de 2 000 años. Parece ser que los egipcios fueron una de las primeras civilizaciones que lo utilizaron, obteniéndolo a partir de cenizas de ciertas plantas y la grasa o sebo de animales. Esta mezcla se calentaba hasta que la grasa se derretía y se llevaba a cabo una reacción química entre ambas sustancias. El producto de la reacción era una capa de jabón sólido que flotaba sobre el resto de la mezcla líquida. ¿Sabías que... en el México antiguo se conocía una planta capaz de producir un efecto jabonoso? Los pueblos mesoamericanos no conocían el jabón, pues no contaban con animales adecuados para la obtención de grasa en cantidad suficiente. Sin embargo, lavaban su ropa con la raíz del maguey, que contiene sustancias llamadas saponinas, que producen un efecto de limpieza semejante al del jabón. Actualmente el jabón se elabora a partir de aceites vegetales que son menos malolientes que las grasas animales que se usaron en la antigüedad. También se añaden colorantes y perfumes, para que el producto final sea más atractivo para quienes lo usan. Los detergentes no son tan antiguos como los jabones; se fabrican industrialmente en casi todo el mundo desde hace unos 80 años. El detergente forma una mezcla con el agua y el aceite que permite quitar las manchas de la tela. Los detergentes se elaboran a partir de sustancias derivadas del petróleo y, aunque tienen algunas diferencias, su forma de limpiar es muy parecida a la del jabón. Para limpiar mugre y manchas en telas y otras superficies como vidrio, metales o cerámicas, los jabones y detergentes se mezclan con el agua y alteran algunas de sus propiedades originales. Pero, ¿cómo limpia el jabón? Como sabes, por mucho que agites una mezcla de agua y aceite, los dos componentes acabarán separándose. El agua y el aceite no se pueden mezclar, por lo cual, el agua sola no logra desprender las manchas de grasa en la ropa. En cambio, con ayuda de los jabones y los detergentes, la grasa se desprende y es arrastrada por el agua, ya que las partículas de jabón tienen una parte que se une al agua y otra que se une al aceite o grasa. Así, el jabón unido a la grasa, facilita la disolución con el agua y la eliminación de la mancha. Los plásticos Los plásticos son también materiales sintéticos, es decir, no existen en la naturaleza, por lo que se fabrican con reactivos y mediante procesos industriales. Los plásticos han revolucionado la industria manufacturera, ya que con ellos se fabrica una gran variedad de productos: bolsas, platos, vasos, popotes, botellas, botones, partes de cafeteras, juguetes, relojes, radios, teléfonos, computadoras, en fin, la lista es realmente larga. ¿Por qué son tan utilizados? Sin duda alguna por sus extraordinarias propiedades. Los plásticos son a la vez ligeros y resistentes, pueden ser flexibles o rígidos, elaborarse de cualquier color y moldearse en casi cualquier forma. Otra característica muy importante de los plásticos es que son inocuos, esto quiere decir que no contaminan ni se mezclan con otros productos, y tampoco afectan los diferentes tejidos del cuerpo humano. Esto hace posible que el plástico se use en la fabricación de envases que contienen alimentos y en materiales de curación empleados en clínicas y hospitales. Su elaboración proviene principalmente de sustancias derivadas del petróleo, pero también se fabrican a partir de gas como el que se utiliza en las estufas, y hasta del carbón. Se han inventado varios tipos de plásticos con diferentes propiedades, de acuerdo con el uso que se les da. Son tan comunes y baratos que su uso está muy extendido, tanto que se ha llegado a abusar de su empleo; por eso, es recomendable usarlos sólo cuando sea necesario. En muchos lugares hay contaminación y problemas ambientales debido al tratamiento inadecuado de los desechos generados a partir de plásticos. La mayoría de estos materiales se puede reutilizar y reciclar. Por ejemplo, las bolsas de plástico pueden usarse varias veces antes de desecharse y los envases de productos lácteos pueden utilizarse como recipientes o como macetas. Los plásticos en tu vida Los plásticos forman parte de muchas de las cosas que te rodean. La mayoría de los envases y empaques de alimentos son de plástico, así como otros productos de uso doméstico. Encuentra en tu casa por lo menos 20 objetos fabricados con plástico y elabora una lista en tu cuaderno. De éstos escoge cinco que sean muy distintos en cuanto al uso y a las características del plástico con el que están hechos. Elabora en tu cuaderno una tabla como la siguiente y complétala: Los objetos de plástico son de uso común y en muchos casos indispensables. Organízate en equipo y compara tu tabla con la de tus compañeras y compañeros. ¿Cuántos productos diferentes encontraron? ¿En qué tiempo van a desechar la mayoría de esos productos? ¿Cuáles son los principales problemas ambientales que pueden provocar los plásticos cuando no se desechan adecuadamente? Comenta con tus compañeras y compañeros qué acciones se pueden tomar para evitar que las personas arrojen objetos y empaques de plástico en lugares donde afectan el medio ambiente, así como otros usos que pueden dársele a objetos de plástico que ya no se utilicen, de acuerdo con la regla de “las tres erres” que ya conoces. Río contaminado con objetos de plástico

El tallado de piedras se inicia aproximadamente hace 500 000 años. Puntas de flecha y lanza elaboradas en piedra hace 400 000 años. Desde hace 400 000 años, los homínidos controlan el fuego. Las agujas de hueso se usaban para coser las pieles de animales con fibras vegetales, hace 20 000 años. Las primeras balsas se construyeron con troncos unidos por enredaderas, hace aproximadamente 17 000 años. Las pinturas rupestres a menudo representaban actividades relacionadas con la caza que incluían figuras de animales. Las más antiguas datan de hace 12 000 años. El uso de metales comenzó en Europa con el cobre y el oro. El primero se fundía para producir herramientas y armas (5500 a.C.). La rueda se utilizó por primera vez en Mesopotamia (5000 a.C.). Barco de vela (4000 a.C.). El arado se enganchaba a bueyes mediante un yugo de madera y lo guiaba el labrador (3500 a.C.). El papiro se cultivaba para obtener láminas donde escribir (3000 a.C.). Escritura en papiro.

Eje y aspas de un molino de trigo impulsado con agua (3000 a.C.). Los cristaleros egipcios utilizaban hornos de carbón vegetal hacia el año 3000 a.C. Las primeras máquinas para taladrar incluían un arco, una cuerda y una flecha (2500 a.C.). Los carros de guerra fueron útiles para el transporte en las batallas (2000 a.C.). El bronce alcanzó un amplio uso en Europa alrededor del año 2000 a.C. Era más duro que el cobre. El hierro comenzó a utilizarse en la India; los trabajos con este metal pronto sustituyeron a los de cobre y bronce (1200 a.C.). La lana se convirtió en una fibra útil para la elaboración de ropa, alrededor del año 1200 a.C. La balanza romana fue inventada aproximadamente en el año 1000 a.C. El sello y el troquel de barro mesoamericanos se empleaban para decorar tejidos y pieles en el año 700 a.C., aproximadamente.

Primeras monedas de plata usadas en Europa (600 a.C.). El faro de Alejandría servía para guiar las embarcaciones a puerto (280 a.C.). Los instrumentos de viento se fabricaban con cañas huecas, huesos y arcilla (200 a.C.). Palanca de riego que facilitó las labores de siembra (100 a.C.). Vasos de vidrio soplado del imperio romano (100 d.C.). En China la tinta sólida se frotaba sobre una piedra y se mezclaba con agua para producir tinta líquida (100 d.C.). La carretilla china permitió transportar con facilidad cargas muy pesadas (230). Algunas figuras mesoamericanas tenían ruedas (500). La energía del viento se utilizaba en Europa para mover aspas de madera y moler granos (650). El hilo de algodón se comercializó rápidamente, en el año 700 aproximadamente. Las primeras impresiones sobre papel se hicieron en China (750). Invención de la pólvora en China (900). El uso de la brújula mejoró mucho la orientación y fue muy útil para los viajeros (1000).

La rueca se inventó en Europa para producir hilo de lana o de algodón (1000). Los anteojos empezaron a usarse en Europa entre 1280 y 1290. Cañón primitivo construido en China hacia el año 1300. El telar horizontal tenía un marco para separar los hilos. Se usó hacia el año 1300 aproximadamente. El reloj mecánico europeo permitió medir el tiempo con mayor precisión, a partir de 1300 aproximadamente. Johann Gutenberg inventó la imprenta en 1445 y a partir de entonces fue posible editar muchos más libros. Cristóbal Colón llegó a América en 1492 y con ello se iniciaron viajes de exploración por todo el mundo. Nicolás Copérnico explicó el movimiento de la Tierra y de otros planetas alrededor del Sol (1530). Galileo Galilei inventó un termómetro en el que los cambios de temperatura eran registrados por el subir y bajar de unas esferas (1593). Hans Lippershey creó el telescopio refractor (1608). Primeras armas de fuego que utilizaron llave de pedernal en lugar de mecha (1630). Isaac Newton explicó las leyes de la mecánica e inventó el telescopio reflector (1668). Anton van Leeuwenhoek fue el primero en observar bacterias, con el microscopio que él mismo construyó (1673). Las primeras máquinas de vapor se construyeron en Europa entre 1705 y 1712.

Antoine de Lavoisier fue uno de los creadores de la química moderna (1777). Algunos viajes se realizaron en globos aerostáticos (1783). Hacia el año de 1797 aparecen los primeros tornos para hacer tornillos. Jean-Baptiste Lamarck propuso la teoría sobre la evolución de las especies por adaptación al medio (1815). La locomotora de vapor favoreció el transporte de viajeros y mercancías. Empleaba el vapor como fuerza motriz (1825). Nicephore Niepce inventó la primera cámara fotográfica (1827). Las máquinas de coser facilitaron la confección de prendas de vestir (1829). Samuel Morse inventó el telégrafo. El primer mensaje se envió en 1844. Charles Darwin publicó en 1859 su teoría sobre la evolución por medio de la selección natural. El petróleo se obtuvo por perforación de pozos, por primera vez, en Estados Unidos de América en 1859. Primer buque acorazado de guerra, es decir, construido con planchas de acero (1861). Máquina de escribir (1874). Alexander Graham Bell inventó el teléfono (1876). Thomas Alva Edison inventó el fonógrafo y la primera lámpara incandescente en 1878.

Primera bicicleta con cadena de transmisión (1879). Louis Pasteur descubrió diversas vacunas, una de ellas contra la rabia (1880). La energía eléctrica se obtiene a partir de grandes caídas de agua (1881). Primeros automóviles con motor delantero (1891). Cinematógrafo inventado por los hermanos Lumière en 1895. Wilhelm Conrad Roentgen descubrió los rayos X y fotografió los huesos de la mano de su esposa (1895). Guillermo Marconi realizó las primeras comunicaciones mediante la radio en 1901. Los hermanos Wright fueron los iniciadores de la aviación (1903). Hacia 1908 se inventó el material con el cual se elaboraron discos fonográficos. Ventilador que funcionaba con vapor (1910). Marie Curie recibió dos veces el premio Nobel, en 1903 y en 1911, por sus descubrimientos acerca de la radiactividad. Albert Einstein realizó importantes estudios sobre la materia y publicó sus teorías sobre la relación entre la energía y la velocidad de la luz (1913). El uso de los primeros refrigeradores domésticos se generalizó a partir de 1920. El teléfono de disco se utilizó desde 1930 aproximadamente. Microscopio electrónico (1931). Imagen amplificada miles de veces, observada con un microscopio electrónico. La primera grabadora o magnetófono hizo posible registrar y reproducir el sonido empleando una cinta magnética (1935). El radar permite determinar la posición y la distancia de un objeto lejano (1935). Primera máquina copiadora de documentos (1938).

La televisión a color fue inventada por Guillermo González Camarena en 1939. En 1940 se inició el desarrollo y la producción de antibióticos. Su uso disminuyó la mortandad por enfermedades infecciosas. Los cohetes llamados V-2 se emplearon en la segunda guerra mundial y fueron los precursores de los misiles modernos (1942). El plástico y las fibras sintéticas favorecieron la elaboración de diversos productos, a partir de la primera mitad del siglo xx. Las comunicaciones a distancia tuvieron un gran avance con el uso de los satélites artificiales (1960). Los primeros que dieron una vuelta a la Tierra en una nave espacial, fueron los astronautas rusos Juri Gagarin (1961) y Valentina Tereskova (1963). La audiocinta magnética facilitó el registro y distribución masiva de sonido en todo el mundo (1963). Los detergentes biodegradables o suaves se empezaron a producir entre 1963 y 1965. El Boeing 747 se utiliza para el transporte comercial de personas (1969). Con el cohete de la misión Apolo 11, el ser humano logró llegar a la Luna (1969). El Concorde es un avión que viaja más rápido que el sonido, cuyas primeras pruebas de vuelo se realizaron en 1969. El disco compacto permite guardar una gran cantidad de información, datos, imágenes y sonidos (1973). A partir de 1980 se intensifica el uso de la máquina de fax para enviar y recibir información escrita de forma inmediata por vía telefónica. El uso generalizado de computadoras personales, aproximadamente desde 1981, facilitó diversas actividades científicas, culturales, comerciales y administrativas. El transbordador espacial fue un gran avance para la exploración espacial y el lanzamiento de satélites artificiales (1981). La construcción de grandes aspas ha permitido el aprovechamiento de la energía eólica o del viento, para producir energía eléctrica (1982). Las estaciones espaciales usan celdas solares para proveerse de energía y funcionar. Estación espacial construida por varias naciones (1990). El código de barras se inventó para agilizar y organizar las operaciones comerciales. En los años noventa el teléfono digital sustituyó a los teléfonos de disco. El teléfono celular en los años noventa facilitó la comunicación sin el uso de cable para la transmisión de la señal. Telescopio espacial que orbita alrededor de la Tierra para observar objetos lejanos. La nave espacial, llamada Sonda Galileo, se encontraba girando alrededor de Júpiter en 1995.