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Teléfonos Inteligentes
Podrías durar un día sin
tu teléfono celular? Según
una encuesta reciente llevada a cabo por la revista Time, tanto como un 84% de los residentes en Estados Unidos no podrían. Es difícil creer que hace 20 años, casi nadie siquiera poseía un teléfono celular. Y ahora el teléfono celular se ha transformado en algo más importante y mejor—el teléfono inteligente. A nivel mundial, más de mil millones de teléfonos inteligentes fueron adquiridos el año pasado. Si usted es dueño de un teléfono inteli- gente, usted está probablemente consciente de que en un año o dos, estará prácticamente obsoleto, debido a que el teléfono inteligente cada vez es más inteligente. En la década de 1950, se habría necesitado todo un banco de computadoras en todo un piso de un edificio de oficinas para hacer lo que actualmente usted es capaz de hacer solo con un teléfono inteligente. Incluso un teléfono inteligente de gama baja tiene más poder computacional que el sistema de computador de la Administración Aeronáutica y Espacial Nacional (NASA) utilizado para poner un hombre en la luna. Sorpren- dentemente, se puede navegar por Internet, escuchar música y enviar mensajes de texto a sus amigos con algo que cabe en la palma de su mano. Nada de esto sería posible sin la química, y cada vez que uses tu telé- fono inteligente, estás poniendo la química en acción.
La química de los teléfonos inteligentes
Si usted se está preguntando lo que la química tiene que ver con los teléfonos inteligentes, basta con ver la tabla periódica. De los 83 elementos estables (no radiactivos), al menos 70 de ellos se puede encontrar en los teléfonos inteligentes! Eso es el 84% de todos los elementos estables. Los metales son los que hacen los teléfonos inteligentes tan “inteligentes”. Un teléfono inteligente promedio puede contener hasta 62 tipos diferentes de metales. Un grupo bastante oscuro de metales —metales de las tierras raras— los cuales juegan un papel vital. Estos metales de tierras raras incluyen escandio e itrio, así como los elementos 57-71. Ele- mentos 57-71 son conocidos como los lantánidos, porque comienzan con el elemento de lantano. Los lantánidos aparecen a menudo como los primeros de las dos filas flotantes situadas en la parte inferior de la tabla periódica. Escandio e itrio se incluyen en los metales de las tierras raras porque sus propiedades químicas son similares a las de los lantánidos. Un solo iPhone contiene ocho metales de las tier- ras raras diferentes. Si examina diversas variedades de teléfonos inteligentes, usted puede encontrar 16 de los 17 metales de tierras raras. El único que no encontrarás es el prometio, que es radiactivo.
Por Brian Rohrig
Química
Inteligente
2 ChemMatters | ABRIL/MAYO 2015 www.acs.org/chemmatters
SHELLEY RUSSELL, ADAPTED FROM A FIGURE AT: HTTP://CGG-DEV.ANGELVISION.TV/GORILLA-CHANNEL/ION-EXCHANGE-PROCESS
Muchos de los colores vivos rojo, azul y verde que ve en su pantalla se deben a los metales de las tierras raras, que también se utilizan en los circuitos del teléfono y en los altavoces. Además, el teléfono no sería capaz de vibrar sin neodimio y disprosio. Metales de las tierras raras no sólo se utilizan en los teléfonos inteligentes, pero también en muchos otros dispositivos de alta tecnología. Se encuentran en los televisores, computadoras, rayos láser, misiles, lentes de la cámara, bombillas fluorescentes, y conver- tidores catalíticos. Los elementos de tierras raras son muy importantes en la electrónica, las comunicaciones y en las industrias de defensa, por lo que el Departamento de Energía de Estados Unidos les apodó los “metales de tecnología.” Los metales de las tierras raras no son necesariamente raros, pero tienden a estar dispersos dentro de la Tierra. Por lo general, no se encuentra una alta concentración de ellos en un mismo lugar. La extracción de ellos de la tierra puede ser costosa y difícil. Metales de las tierras raras son un recurso finito, y no hay sustituto conocido para muchos de estos elementos. Uno de los mayores retos actuales de la industria de telefonía celular es encontrar sustitutos ade- cuados para muchos de estos elementos.
La pantalla del teléfono inteligente Cuando vayas a comprar un teléfono inteli- gente, la característica más importante que la gente busca es la pantalla. La pantalla te permite visualizar el teléfono. Si alguna vez se te ha caído tu teléfono sin dañar la pantalla, probablemente te has sentido aliviado. Las pantallas de los teléfonos inteligentes están diseñadas para ser extremadamente resis- tentes. Esta resistencia es en realidad el resultado de un accidente fortuito. En 1952, un químico de Corn- ing Glass Works estaba tratando de calentar una muestra de vidrio a 600 °C en un horno cuando, sin él saberlo, un termostato defectuoso hizo que se calienta a 900 °C. Al abrir la puerta, se alegró y se sorprendió al encontrar que su muestra de vidrio
no era una pila de masa derretida y que no había arruinado el horno. Cuando la sacó con pinzas, la dejó caer en el suelo (otro acci- dente). Pero en lugar de romperse, rebotó! Así nació la primera vitrocerámica sintética del mundo, un material que comparte muchas propiedades con el vidrio y la cerámica. El vidrio es un sólido amorfo, porque carece de una estructura cristalina (Fig. 1 (a)). Las moléculas no tienen ningún tipo de orden,
pero están organizadas más como un líquido, sin embargo, congeladas en su lugar. Debido a que el vidrio no contiene planos de átomos que puedan deslizarse uno sobre otro, no hay manera de aliviar el estrés. El exceso de estrés forma una grieta, y las moléculas en la superficie de la grieta se separan. A medida que la grieta crece, la intensidad de la tensión aumenta, más enlaces se rompen, y la grieta se ensancha hasta que el vidrio se rompe. Las cerámicas, por otro lado, tienden a ser cristalinas (Fig. 1 (b)), y a menudo se caracterizan por enlaces iónicos entre iones positivos y
negativos—incluso aunque también pueden contener enlaces covalentes. Cuando forman los cristales, la fuerte fuerza de atracción entre los iones de cargas opuestas en los planos de iones hace que sea difícil para un plano el deslizarse más allá de otro. Las cerámicas son, por lo tanto, frágil. Resisten la compresión, pero pueden romperse cuando se dobla. La combinación de vidrio y cerámica forma un material que es más duro y más fuerte que cada uno de los materiales por sí mismos. Una cerámica de vidrio se forma por el sobre- calentamiento del vidrio, por lo que una parte de su estructura se transforma en un material cristalino de grano fino. Las cerámicas de vi- drio son al menos 50% cristalinas, y en algu- nos casos, son más de 95% cristalinas.
Este sorprendente material vitrocerámico es tan resistente al calor que se ha utilizado en los conos de ojiva de misiles supersónicos- guiados utilizados por los militares. Como resultado del éxito de materiales vitrocerámi- cos, la Compañía Corning Glass Works llevó a cabo un gran esfuerzo de investigación para encontrar maneras de hacer vidrio transpa- rente ordinario tan fuerte como productos de cerámica de vidrio. En 1962, Corning había desarrollado un tipo muy fuerte de vidrio reforzado químicamente, diferente a todo lo visto antes. Este vidrio superfuerte finalmente hizo su camino para estar en cada pantalla de teléfonos inteligentes. Es tan fuerte que se conoce con el nombre de, “Gorilla Glass”. Las pruebas de laboratorio han demostrado
Figura 1. Comparación de las estructuras químicas de (a) un sólido amorfo hecha de dióxido de silicio (vidrio) y (b) un cristal de dióxido de silicio (cerámica
Figura 2. Gorilla Glass, que se utiliza en las pantallas de teléfonos inteligentes, es un tipo de vidrio que está reforzado por la adición de iones de potasio, que sustituyen a los iones de sodio más pequeños. (Nota: Este dibujo es sólo para fines de ilustración.)
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Tanto como un 84% de los residentes en EE.UU no durarían un día sin sus teléfonos celulares.
(a) (b)
O Si Al Na K
Baño fundido nitrato de potasio (KNO 3 )
Superficie de vidrio
una sustancia conductora, usualmente de óxido de estaño de indio, que se presenta en tiras finas entrecruzadas para formar un patrón de rejilla. Esta parrilla conductora actúa como un capacitor, almacenando cargas eléctricas muy pequeñas. Al tocar la pantalla, un poquito de esta carga eléctrica almacenada entra en tu dedo, sin embargo no es suficiente para que se sienta, pero suficiente para que la pantalla lo detecte. Según esta carga eléctrica sale de la pantalla y entra en el dedo, la pantalla regis- tra una caída de voltaje, la ubicación de la cual es procesada por un programa, que ordena la acción resultante. Esta pequeña cantidad de corriente eléc- trica entra en tu dedo porque tu piel es un conductor eléctrico—principalmente debido
a la combinación de sal y la humedad en tus dedos, creando una solución iónica. Tu cuerpo en realidad se convierte en parte del circuito, ya que una pequeña cantidad de electricidad fluye a través de ti cada vez que utilizas la pantalla táctil de tu teléfono. La tecnología de los teléfonos inteligentes está evolucionando a un ritmo vertiginoso. Ahora puedes utilizar el teléfono inteligente para comprobar tu nivel de azúcar en la san- gre, ajustar el termostato de tu casa, y arran- car tu auto. Hace veinte años, nadie imaginó que la gente algún día podría tomar más foto- grafías con sus teléfonos celulares que con sus cámaras independientes. Es que nadie puede adivinar lo que vendrá después. Gracias a la intersección de la química y la innovación, las posibilidades son ilimitadas.
REFERENCIAS SELECCIONADAS Gardiner, B. Glass Works: How Corning Created the Ultrathin, Ultrastrong Material of the Future. Wired, Sept 24, 2012: http://www. wired.com/2012/09/ff-corning-gorilla-glass/all/ [accessed Dec 2014]. Collins, K. Study: No Adequate Substitutes Found for Rare Metals Used in Smartphones. Wired, Dec 6, 2013: http://www.wired.co.uk/news/ archive/2013-12/06/rare-metals-smartphones [accessed Dec 2014]. Ask an Engineer. How Do Touch-Sensitive Screens Work? Massachusetts Institute of Technology, June 7, 2011: http://engineering.mit.edu/ ask/how-do-touch-sensitive-screens-work [accessed Dec 2014].
Brian Rohrig es un escritor de ciencia que vive en Columbus, Ohio. Su artículo ChemMatters más reciente, “Air Travel: Separating Fact from Fiction”, publicado en la edición de febrero/marzo de 2015.
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