Nanoquímica
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Nanoquímica. Disciplina que estudia las características únicas de los conjuntos de átomos o de moléculas a un nivel donde se consideran las interacciones individuales y donde los efectos cuánticos pueden ser significativos, lo que posibilita formas inovadoras de reacciones químicas.
Descripción
La nanotecnología y nanociencias (N&N) constituyen un área emergente del conocimiento científico que tendrá un impacto elevado en la sociedad actual.
La escala nanométrica (1 metro = 1.000.000.000 nanómetros) es característica de los objetos con tamaños entre las dimensiones de las moléculas y el de las partículas sub-micrométricas.
Tal vez por eso, los términos N&N han sido utilizados en diferentes contextos y en relación a casi todo lo que se pueda medir a escala “nano”.
Esta definición, además de carecer de base científica fundamentada, puede llevar a una evaluación incorrecta de las potencialidades y limitaciones de N&N. Una definición suficientemente amplia y normalmente aceptada en la comunidad científica, considera a las N&N como un área inter-disciplinaria que envuelve el conocimiento y manipulación de materiales con dimensiones de entre 1- 100 nm, presentando estas propiedades singulares en un sentido que permiten el desarrollo de aplicaciones y dispositivos tecnológicos innovadores.
En la N&N confluyen diversas disciplinas científicas, no solo las propiedades físicas , químicas y biológicas de los materiales a escala nano son diferentes de las moléculas y de los sólidos típicos, como es también previsible que ocurran descubrimientos interesantes en abordajes inter-disciplinarias sobre esta rama de la química.
Es en este contexto de integración de diversas competencias que surge el termino Nanoquímica, refiriéndose especialmente a conocimientos típicos de la Ciencia Química que se consideran fundamentales para el desarrollo de la N&N.
Objetivo principal
El objetivo principal de la Nanoquímica es la síntesis y manipulación química de nano-objetos que puedan ser aplicados en la construcción de nuevas nano-estructuras.
El término Lego-Química se encuentra muchas veces asociado a la Nanoquímica, tratándose de una analogía particularmente feliz, porque no solo los nano-objetos pueden ser comparados a piezas de construcción de juegos de Lego, sino que también presentan determinadas características morfológicas y de funcionalidad que por si solas son igualmente objetos de estudio de la Nanoquímica.
Las nano-partículas son ejemplos de nano-objetos cuya investigación ha despertado un interes creciente por parte de los químicos.
Propiedades
Las nanopartículas de determinados materiales presentan propiedades únicas e ilustran ejemplarmente la variación de determinadas propiedades como el tamaño de partícula.
A titulo de ejemplo, se refiere a la alteración del color de algunos semiconductores nano-cristalinos, o nano-metales con la variación del tamaño medio de su partícula.
En el caso de los semiconductores, los diferentes colores observados en nano-partículas del mismo material se deben a propiedades ópticas y electrónicas distintas que resultan de efectos de confinamiento cuántico de dimensión que ocurren en esas nano-partículas.
La naturaleza Cuántica
Como el propio nombre lo sugiere, este efecto solo es explicable teniendo en cuenta la naturaleza cuántica de la materia, por lo que las nanopartículas de semiconductores que exhiben este comportamiento son habitualmente designadas por puntos cuánticos (Quantum dots).
Es importante retener que este efecto óptico resulta de una alteración de la estructura electrónica del semiconductor como consecuencia de la variación del tamaño medio de la partícula.
No sorprende por esto que un componente relevante de la Nanoquímica investigue métodos de síntesis química que posibiliten el control riguroso del tamaño, forma y naturaleza de la superficie de nanopartículas de composición química diversa. Actualmente existen métodos químicos que permiten obtener no solo nanopartículas de diversos materiales, desde los metales a los polímeros, como otro tipo de nanoestructuras por ejemplo nano-hilos y nano-tubos.
En común, tenemos el hecho de que las propiedades exhibidas por estos nanomateriales no dejarán distraído al más distraído de los observadores.
La producción de productos de base nanotecnológica pasa también por la nanoquímica. Los nanomateriales una vez que son químicamente modificados pueden ser utilizados en diferentes campos de aplicación, desde la medicina a la optoelectrónica.
Por ejemplo, el recurso de las nanopartículas para aplicaciones biomédicas, ha sido motivo de esta investigación en los últimos años. Muchas de las aplicaciones a ser investigadas envuelven la modificación química de la superficie de las nanopartículas de modo de tornarlas biocompatibles con sistemas biológicos.
De este modo, se investigan por ejemplo los coloides constituidos por nanopartículas magnéticas para técnicas de diagnóstico y terapéuticas. Las nanopartículas pueden ser igualmente aplicadas en productos de la industria tradicional en el sentido de conferirles propiedades específicas, es lo que sucede por ejemplo en las industrias de pinturas, de los textiles y el papel. La manipulación química de nano-objetos en el sentido de fabricar nuevas nano-estructuras funcionales ha llegado para conquistar un número creciente de investigadores.
Algunos de estos métodos químicos buscan mimetizar procesos de auto-construcción (self-assembly) naturales, originando nanoestructuras jerárquicamente organizadas y complejas. La nanoquímica busca aún establecer metodologías científicas que avalen el impacto de los productos de base nanotecnológica a los mas diversos niveles, en especial en la salud y el medio ambiente.
En esta perspectiva, la opinión pública esclarecida, es seguramente un aspecto importante en el sentido de valorizar lo mejor que tiene para ofrecer la nanotecnología.
