Caza-nano

Este post esta basado en el libro, "PARA JUGAR CON LAS NANO" que fue un trabajo de la Red Nanodyf.
El libro pretende acercar la nano a través de talleres y actividades lúdicas. Continuamos la serie con el capítulo: Caza-nano de Dante Ghirardello, Luís Carlos Verza Amarante, Allan Victor Ribeiro y Alexys Bruno Alfonso.

Principios a revisar

  • Nociones de magnitud
  • Notación científca 
  • Temas relacionados con nanociencia y nanotecnología

Material 

  • Hoja de caza–nano

Procedimiento 

Caza–nano es un juego de palabras cifradas que combina cálculos matemáticos con conceptos de un tema novedoso para los participantes; consiste en transcribir una palabra del tema elegido a partir de un alfabeto cifrado. Las siguientes son propuestas para la implementación de este juego con el ejemplo de seis palabras cifradas:
  1. Drug delivery (entrega de remedios): entrega de fármaco mediante fullereno, el cual tiene la capacidad de administrar medicamentos en los sistemas biológicos.  
  2. Iridiscencia: efecto nanorefractor que ocurre en las alas de las mariposas y el maquillaje con nano. 
  3.  Novoselov: se refere al físico Konstantin Novoselov, uno de los descubridores del grafeno, uno de los científcos ganadores del Premio Nobel de Física 2010. 
  4.  Nanobots: robots del tamaño de moléculas con función potencial en la medicina. 
  5. Fotónica: ciencia que estudia el comportamiento de la luz. 
  6. Grafeno: uno de los materiales más estudiados en la actualidad; se compone de átomos de carbono dispuestos en una estructura plana hexagonal; tiene propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas muy interesantes, además de útiles. 
Con esta base en mente, se procederá a realizar la actividad de la siguiente manera: 
  1. Seleccionar las palabras que se utilizarán en la actividad y cifrarlas. 
  2. Distribuir a los participantes en grupos de acuerdo con la metodología del organizador. La actividad también puede ser individual. 
  3. Explicar a los participantes el uso de la notación científca y el orden de la magnitud, utilizando la potencia de 10 y el uso del mismo en la ciencia. 
  4. Distribuir una hoja para cada grupo o participante y mostrar cómo deberá ser realizada la actividad para cumplir los objetivos. 
  5. En esta actividad, la palabra cifrada se relaciona con los temas de las nanotecnologías o la nanociencia; se descifra mediante las operaciones básicas de transformación de número decimal en notación científca y viceversa. 
  6. Después de terminar el desarrollo de la caza–nano, ya que todos tengan sus palabras descifradas, el organizador explicará el signifcado de cada una, así como su relación con la nanociencia y las nanotecnologías.

Preguntas

  •  ¿Cuál crees que sea la diferencia entre nanociencia y nanotecnologías? 
  • ¿Sabes a qué escala trabaja la nanociencia? 
  • ¿Cuál crees que es el tamaño de un átomo?  

Marco teórico 

Las nanotecnologías son el conjunto de sistemas tecnológicos orientados a controlar la fabricación o síntesis y el funcionamiento de dispositivos en la escala de entre 1 y 100 nanómetros. Un nanómetro es una unidad de longitud que mide la millonésima parte de un milímetro. Esto suena simple, pero imaginar la millonésima parte de la división mínima en las reglas que usamos en la escuela no es trivial. La notación científca es una de las formas que podemos utilizar para representar un número. Se trata de una forma muy útil para expresar números demasiado grandes o demasiado pequeños, en comparación con el número 1. La ventaja de esa notación es que generalmente es compacta, pues no necesita de muchas cifras para representar su número aproximado. La notación científca en el sistema decimal de cada número tiene el siguiente aspecto: m’10^n . Aquí el factor n m es un número real con un módulo mayor o igual que 1 y menor que 10. El exponente n es un número entero que se denomina orden de magnitud. Si n es positivo y su módulo es mucho mayor que 1, entonces el módulo del número representado es muy grande (pequeño) en comparación con 1. En la física y en la química, la notación científca es muy importante; por ejemplo, en la física puede investigarse una luz verde en la que el campo electromagnético oscila con una frecuencia de 586,678,000,000,000 x10^14hertz.; se trata de la cantidad de oscilaciones del campo por segundo; gracias a la notación científca, lo anterior se puede escribir así: f=5.86678’10 hz. 14 En la química se encuentran materiales y molécu- las con dimensiones ínfmas en relación con 0.001m . Por ejemplo, el diámetro de un nanotubo de carbono y el de una molécula de fullereno están alrededor de r=0.000,000,007m. En la notación científca, esto se simplifica al escribir r=7x10–9^m. La escala de longitud con la que se trabaja en las nanotecnologías es 0.000,000,001m. En la notación científca, esa longitud es 1’10^-9 m. Para simplifcar más, se usa el prefijo nano– en lugar de la potencia 10^-9 ; y la letra n es usada para abreviar este prefjo, por lo tanto, escribimos 0.000,000,001m=1nm.

Didáctica sugerida

El hombre siempre ha necesitado medir cosas. En la antigüedad, por ejemplo, quien cuidaba de rebaños de ovejas usaba piedras para medir la cantidad de ovejas que poseía. Actualmente, los científcos miden cantidades físicas muy grandes o muy pequeñas, tales como la distancia de la tierra al sol, el tamaño de una célula o la masa de una partícula microscópica. Por la cantidad de dígitos necesarios, la tarea de expresar cantidades tales como los radios atómicos, las distancias astronómicas y las masas de las partículas o la de las estrellas se hace muy difícil sin una representación eficiente.  La notación científca de cada número real tiene la forma m10^ n. El exponente n es un número entero (que representa el orden de magnitud) y m es un número real entre 1 y 10. Cuando el exponente es negativo, el número representado tiene un módulo menor que 1. Al variar el exponente es posible representar fácilmente números con muchos lugares antes o después del punto. Esta técnica de representación numérica se emplea en varias áreas del conocimiento y es ampliamente utilizada en la ciencia contemporánea, por ejemplo, en nanociencia y nanotecnologías.

Introducción a la nanoescala

Una vez que los científcos desarrollaron herramientas adecuadas, como el microscopio de efecto túnel y el de fuerza atómica, nació la era de las nanotecnologías. Uno de los precursores de las ideas y conceptos detrás de las nano fue el físico estadounidense Richard P . Feynman. En diciembre de 1959, en una reunión de la Sociedad Americana de Física en el Caltech (Instituto Tecnológico de California), Feynman describió un proceso con el cual los científcos serían capaces de manipular y controlar los átomos y las moléculas individualmente. Más de una década más tarde, el profesor Norio Taniguchi introdujo el término nanotecnología. Como ya vimos, el prefjo nano– equivale a un factor de 10^-9 , que es la milmillonésima parte de un metro.
La nanociencia y las nanotecnologías son la ciencia y la ingeniería en la nanoescala, que es un intervalo de tamaños entre 1 y 100 nanómetros, aproximadamente. Implican la capacidad de manipular átomos y moléculas individuales, lo que permite la investigación de propiedades de la materia que no se manifestan claramente en escalas macroscópicas; por lo tanto, llevan al desarrollo de materiales avanzados y de nuevas aplicaciones tecnológicas. Cabe destacar que hay átomos en cantidades muy numerosas en los alimentos que comemos, la ropa que vestimos, las casas y los edifcios en los que vivimos y hasta en nuestros propios cuerpos, pero no es posible ver algo tan pequeño como un átomo a simple vista. De hecho, es imposible ver un átomo con los microscopios ópticos. Los microscopios con los que visualizamos objetos de la nanoescala, como el de efecto túnel (STM) , fueron inventados a partir de los años ochenta.



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