historia materiales en el hombre (otzi the iceman)

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    Asociación Argentina de Materiales Registro N°ISSN 1668-4788

    Mayo 2007 Volumen 4 N° 1 1 www.materiales-sam.org.ar  

    LOS MATERIALES, LA TECNOLOGÍA Y LA HUMANIDAD

    Dr. José R. Galvele

    Director del Instituto de Tecnología "Prof. Jorge A. Sabato", UNSAM-CNEA.

    Profesor Titular de Corrosión de Metales de la UNSAM.

    RESUMEN

    El presente texto es una rápida revisión del impacto que tuvieron los materialesen la vida del hombre.

    El objetivo de la presentación es mostrar que el tema de los materiales es uncampo en pleno desarrollo, que presenta excelentes oportunidades a jóvenesinquietos que quieran contribuir al mismo.

     ABSTRACT

    The present work is a quick review of the subject of materials and technology,and their influence on the development of society.

    The aim of the work is to show that this is a very promising field, where there aremany development opportunities for those who are looking for innovation in challengingfields.

    INTRODUCCIÓN

    Nos pasa muy frecuentemente quemiramos sin ver, distraídos por algún problemacotidiano (el colectivo que se retrasó, el

    desayuno que estaba frío, el resultado adversodel último partido de fútbol, las opiniones deun político que nos resulta antipático, etc. ).

    Me pregunto cuántos se habrán detenidoa pensar alguna vez que pasaría si, por artede magia, en un instante desaparecieran todoslos materiales desarrollados por la humanidaddurante más de dos millones de años.

    Si esto ocurriera nos encontraríamos:

    a.- Totalmente desnudos.

    b.- Caminando descalzos por el pasto.

    c.- Comunicándonos a los gritos.El confort que, bajo permanente

    protesta, disfrutamos diariamente,

    desaparecería en ese instante.Desaparecerían las viviendas, desapareceríael transporte, desaparecerían la vestimenta yel calzado, desaparecerían los medios decomunicación, etc.

    Gracias a una tarea que comenzó hacemás de dos millones de años, y que continúaen la actualidad, a un ritmo cada día másacelerado, se han desarrollado infinidad demateriales que nos permiten, mal o bien, viviren la forma en que lo hacemos.

    EL COMIENZO

    Todo comenzó hace unos 2,5 millonesde años,[1]  cuando un antecesor nuestro,mitad mono mitad hombre (El Homo habilis oalgún contemporáneo suyo), en algún lugar de África oriental se entretenía golpeando dospiedras entre si. Al hacerlo, una de ellas sefracturó exponiendo bordes muy filosos.

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    Nuestro antecesor comprobó que con esapiedra filosa podía cortar fácilmente ramas de

    árboles, Fig. 1. Sus compañeros comprobarontambién que con ese tipo de piedrasfracturadas podían cortar alimentos, cazarmás fácilmente los animales de los que sealimentaban y defenderse de aquéllos que lesresultaban peligrosos. Alguno de estosantecesores nuestros habrá descubierto, coninmensa satisfacción, que armado con una deestas piedras filosas pudo hacer frente conéxito y ahuyentar al grandote de una cuevavecina que constantemente venía a robarlealimentos.

    Fig. 1. Las piedras filosas le permitieron cortarárboles y usar la madera en infinidad de

    aplicaciones.

    Quienes hicieron este descubrimiento decómo fabricar piedras filosas fuerondesarrollando con el tiempo hachas, flechas,lanzas, cuchillos (Fig. 2) y numerosas otrasherramientas que facilitaron sus actividadesdiarias. Había nacido la edad de piedra yhabía nacido también la tecnología. Tal comonos decía el Prof. Jorge Sabato,

    "... la tecnología nace de la siguientenecesidad: ¿cómo hago para dominar lanaturaleza, ante la cual soy débil y tengomuchas deficiencias?"

    Los especialistas que estudiaron laprehistoria de la humanidad (o sea lo que

    ocurrió antes de los documentos escritos)encontraron adecuado dividirla en tres edades:edad de piedra, edad del bronce y edad delhierro, según los materiales utilizados por elhombre para la fabricación de herramientas. Acontinuación de estas edades, dichosespecialistas ubican la historia escrita. Por otrolado, en los textos que se dedican a la historiade los materiales,[2]  encontramos que semantiene esta división en edades hasta laactualidad, y que la edad de hierro continúahasta nuestros días. De acuerdo con algunosautores, desde hace pocas décadashabríamos entrado en la edad del silicio o delos materiales electrónicos.

    Fig. 2. Ejemplos de artefactos de piedra muchomás elaborados que la simple piedra partida.

     A medida que la especie Homo fueevolucionando,[1]  las técnicas de elaboraciónde herramientas de piedra se volvieron máscomplejas. Si desean obtener más informaciónsobre estas técnicas la pueden encontrar en elprograma SARC (Stone Age ReferenceCollection), desarrollado por el Instituto de Arqueología de la Universidad de Oslo,

    Noruega.[3]Las herramientas de piedra le

    permitieron al hombre el trabajado del cuero,

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    el hueso, la madera, etc. con lo que pudomejorar sustancialmente su calidad de vida.[4]

    Luego de la tecnología de la piedra, otroavance tecnológico que realizó el hombre,hace unos 200.000 años fue el encendido delfuego.[4] Esto le permitió ahuyentar animalessalvajes, iluminarse en la oscuridadprolongando así su tiempo de trabajo diario otrabajar en túneles o cuevas, cocinaralimentos, enfrentar climas fríos, etc.

    El trabajo en túneles lo hacía parabuscar piedras de mejor calidad para eltallado, o para buscar minerales de diferentes

    colores que utilizaba para pintarse, para pintardentro de las cavernas, para adorno personal,y para adornar artefactos que comenzó aproducir años después. Si prestamos un pocode atención a lo que estamos diciendo, estode alumbrarse en túneles excavados es nimás ni menos que el nacimiento de la minería.

    También debe destacarse como avancetecnológico muy importante el desarrollo de laalfarería. Esta tecnología le permitió fabricarrecipientes para conservar alimentos yprotegerlos de la acción de insectos oroedores, fabricar ladrillos, tejas, etc. Esprecisamente para adornar algunos de estosproductos de alfarería que usaba algunos delos minerales a los que hicimos referenciaanteriormente.

     Además, y éste es un punto muyimportante para el tema que estamos tratando,los hornos de alfarero fueron la base de losposteriores hornos de metales, es decir, de lametalurgia.[2,4]  Una constante queobservamos en todos los tiempos es que el

    desarrollo tecnológico en un área suelecontribuir al avance en otras áreas, en unamagnitud que hasta ese momento eraimprevisible.

    LA PROPAGACIÓN DEL HOMBRE

    Volviendo al hombre prehistórico,quienes hicieron estudios de ADN sugierenque hace unos 50.000 años el homo sapienssapiens, (la especie sobreviviente en laactualidad) partiendo del África, se lanza a la

    conquista del planeta, Fig. 3,[5]  llevandoconsigo las tecnologías de la piedra, el fuego,la alfarería, y demás conocimientos que habíaacumulado. Los desarrollos tecnológicos

    posteriores en los diferentes continentes, talcomo lo muestra la Fig. 4, se producen en

    épocas diferentes. En este desarrollo desigual jugó un papel fundamental la posibilidad decomunicación, y de intercambio, entre lasdiferentes regiones del planeta. La edad delcobre, o calcolítica, se desarrolla en Américadel Sur en forma totalmente independiente deEuropa y Asia. En tanto que la edad del hierrollega a América tras el descubrimiento de estecontinente por parte de los europeos. Elnombre de edad calcolítica lo prefierenalgunos autores para indicar que es una etapade transición entre la edad de piedra y la edaddel bronce. En la edad calcolítica convivensimultáneamente las herramientas de piedracon las de cobre.

    Fig. 3. Mapa de migraciones del H. sapienssapiens, basado en estudios de ADN.

    (k indica miles de años).

    Si tomamos en cuenta los períodos detiempo que abarca cada edad, Fig. 4, vemosque la edad de piedra abarca una parte muyextensa de la historia de la humanidad, ¡nadamenos que el 99,7% de la misma!.

    Cerc. Oriente

    Europa

    China

     América S

     América N

    0% 20% 40% 60% 80% 100%

    Piedra

    Calcolítica

    Bronce

    Hierro

    M.Electrón.

    9000 AdC 0 2000 DdC

    2.500.000 AdC

     

    Fig. 4. Desarrollo de las Edades en cadacontinente. En América la edad del hierro llega conel arribo de los europeos, luego de 1492.

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    EDAD DEL COBRE

    Veamos ahora cómo surge la edadsiguiente a la de piedra. Volviendo a loshornos de alfarería, es una observación muycomún que si se sopla una brasa encendida,el brillo de la misma aumenta, y tambiénaumenta su temperatura. El hombre primitivoobservó que asegurando una corriente forzadade aire, sobre carbón encendido, podíaaumentar la temperatura de sus hornos dealfarería. Si alguna de las piedras coloreadas,que usaba para decorar la alfarería, era unmineral de cobre, en contacto con el carbónincandescente el mineral se reduciría a cobremetálico y se fundiría. Al apagar el horno,quien lo estaba usando se habrá encontradocon la gran sorpresa de ver, entre las cenizasdel fondo del horno, glóbulos metálicos rojizos.Había descubierto una forma de producir unnuevo material, que muy raramenteencontraba en la naturaleza, y que ahora lopodía producir a voluntad. Era cobre metálico.Comprobó que este material se podíadeformar golpeándolo con una piedra, y que

    con el mismo se podían fabricar diferentesobjetos. Aprendió también que si se reuníanmuchos de esos glóbulos metálicos, y se losfundía juntos se podían fabricar piezas demayor tamaño, tales como hachas, espadas,puntas de flecha, etc. No eran tan filosas comolas de piedra, pero tenían la ventaja de sermucho menos frágiles, y se las podía fabricarde mayor tamaño que las de piedra. Ademásse les podía dar muchas formas diferentes,imposibles de lograr con la piedra. Los queadquirieron esta tecnología pronto se

    encontraron en gran ventaja respecto aaquéllos que no la poseían.

    Entre los primeros indicios de producciónde cobre[6] se encuentran los de la Civilizacióndel Valle del Indo, actualmente Pakistán, ydatan de unos 4300 años a.C. Hayobservaciones similares, que corresponden ala misma época, en el sur de Turkmenistán yel norte de Irán, lo que sugiere un importanteintercambio de productos e información entoda esa zona.

    Para producir el cobre metálico loshornos debían contar con una corriente de aireforzada. La misma se conseguía a pulmón,soplando con tubos cerámicos, construyendo

    los hornos en condiciones de fuerte corrientede aire o usando fuelles para soplar aire en los

    hornos. Por lo que sabemos,[7]  cuando setrabajó con cobre en el Perú no se usaronfuelles, sino que se ubicaban los hornos en lasladeras de las montañas, para asegurar unacorriente de aire. En tanto la edad del cobreaparece en Asia 4300 años a.C., en el Perúeste desarrollo se produce recién 1000 añosd.C.

    Volviendo a los primeros hombres de laedad del cobre, unos 3000 años a.C., nospodríamos preguntar cómo se vestían, o de

    qué se alimentaban, y nos quedaríamos sinrespuestas. No hay información escrita, y eltipo de adminículos que nos interesan,vestimenta o alimentos, se degradaron con eltiempo.

    Sabríamos muy poco sobre el hombrede la edad del cobre, si no fuese que el 19 desetiembre de 1991, dos turistas alemanesencontraron un cuerpo humano en un glaciar,en el límite entre Austria e Italia. Al principiolas autoridades austríacas supusieron que setrataba de un escalador que habría sufrido un

    accidente fatal. Luego se descubrió que lafecha de la defunción era ¡3300 años a.C.!. ¡Elcuerpo pertenecía a un hombre de la edad delcobre! [8]  Inmediatamente los italianos, quehasta ese momento no habían prestadomucha atención al hallazgo, se dieron cuentade que el cuerpo había sido hallado 92,56 mdentro de su territorio, y lo reclamaron comopropio. Desde 1998 el cuerpo, conocidovulgarmente como “Ötzi the Iceman” seencuentra preservado en una heladeraespecial, en el Museo Arqueológico deBolzano, en Italia. El nombre con el que se lobautizó deriva del lugar en el que fue hallado: Alpes Ötzal.

    ¿Por qué es tan interesante estedescubrimiento? Porque las condiciones delglaciar preservaron inalterado el cuerpo por5300 años. Se pudo recuperar además partede la vestimenta, del calzado, y de losvariados accesorios que llevaba consigo Ötzien el momento de su muerte. Con estainformación se pudo reconstruir su apariencia,

    Fig. 5.

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    Fig. 5. Apariencia probable de Ötzi, el hombre de la

    edad del cobre.

     Al producirse su deceso,[8]  Ötzi medíaaproximadamente 1,65 m de altura, y secalcula que tenía entre 40 y 50 años. Elanálisis del contenido intestinal permitió saberque unas ocho horas antes de morir habíacomido carne de gamuza, también carne rojade ciervo. Ambas comidas con algún grano deun salvado, probablemente en forma de pan.Por el tipo de granos de polen hallados eneste análisis se dedujo que el deceso ocurrióen primavera.

    El cabello de Ötzi contenía partículas decobre y de arsénico, lo que hace suponer quehabía participado en tareas de producción yfundición de cobre. Entre sus pertenencias seencontró un hacha de cobre con mango detejo, Fig. 6. Tenía además una aljaba llena deflechas con puntas de pedernal, un arco y uncuchillo de pedernal con mango de madera defresno, Fig. 7. Entre sus posesiones había dosespecies de hongos. Uno de éstos se sabe

    que tiene propiedades bactericidas y lo llevabacomo producto medicinal, en tanto que el otro, junto con una pieza de pedernal y otra depirita, formaban parte de un kit para encenderfuego.

    La vestimenta de Ötzi incluía un gorro decuero de oso, una capa de hierba tejida, unchaleco y zapatos de cuero. No tenía ropatejida con fibras animales, como lana, o fibrasvegetales, como lino o algodón. Este tipo detejidos sólo aparecerán, en la historia delhombre, muchos años después. En cambio, loque llamó la atención fue lo elaborado que erael calzado que tenía. Estaba hecho con piel deoso para las plantas del pie, piel de ciervo en

    la parte superior, y una red hecha de cortezade árbol. Una hierba suave circundaba el pie,

    actuando como medias aislantes y cálidas.Fig. 8. El cuero estaba impermeabilizado congrasa animal. Un profesor checo hizo unareproducción de los mismos y se los hizoprobar a varios escaladores de montaña, losque los encontraron muy confortables yseguros. Según una noticia publicada el 18 de julio de 2005 un fabricante de calzado estabaanalizando la posibilidad decomercializarlos.[8]

    Fig. 6. Hacha con punta de cobre y mango demadera, de Ötzi.

    Fig. 7. Daga de pedernal con mango de fresno yestuche de paja tejida.

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    pueden encontrarse numerosas páginas quedescriben la tumba y las pinturas.[11]

    Fig.10. Vista parcial de las figuras que decoran latumba de Rekhmire.

    Con referencia al trabajado del bronce,las pinturas de la tumba de Rekhmiremuestran a un grupo de operarios dedicados afundir dos puertas de bronce para el templo de

     Amún, en Karnak. Estas pinturas de lostrabajos en bronce fueron dibujadas ypublicadas por numerosos autores.[12,13]  LasFiguras 11 y 12 muestran ejemplossimplificados de algunos de esos dibujos. Enla Fig. 11 se ve que los operarios avivan elfuego mediante fuelles que operanalternativamente con manos y pies. Otrosoperarios vierten bronce fundido en embudosdel molde de las puertas. En la Fig. 12 se losve acarreando un típico lingote de cobre de laantigüedad y otros metales para fundir. En los

    dibujos sólo se los ve refundir metales quetraen de otra parte. Según la referencia [13]las condiciones de trabajo no eran muysaludables. Las fundiciones eran peligrosas,sucias y malolientes. También se menciona endicha referencia que el uso del arsénico comoaleante fue abandonado en esas regionesalrededor del año 2000 a.C. En las culturas de América del Sur, en cambio, se sabe que seusó arsénico para alear cobre hasta pocoantes de la llegada de los españoles.[7]

    Fig. 11. Figuras de la tumba de Rekhmire. Arriba:operarios avivando la llama con fuelles. Abajo:retirando un crisol con metal fundido. Derecha:colando el metal en embudos de una lingotera,para hacer una puerta de bronce.

    Fig. 12. Figuras de la tumba de Rekhmire. El primeroperario lleva un típico lingote de cobre. Los dosque le siguen probablemente lleven estaño.

    EDAD DEL HIERRO

    Luego de la edad del bronce, el siguiente

    cambio, muy significativo para la tecnología yque afectó mucho la historia de la humanidad,lo observamos entre 1000 y 1500 años a.C.cuando comienza la edad del hierro.[14,15,16] Vista la abundancia de minerales de hierro enla corteza terrestre, Tabla I, nos podríamospreguntar por qué se tardó tanto en pasar dela edad del bronce a la edad del hierro. Ya setenían los hornos para producir cobre y fundirbronce. ¿Por qué se tardó 2000 años paraingresar en la edad del hierro?

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    TABLA I

    ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA CORTEZA TERRESTRE

    Nombre Símbolo Abundancia% (en peso)

    Descubierto(año)

    Oxígeno O 46,71 1774Silicio Si 27,69 1824 Aluminio Al 8,07 1825Hierro Fe 5,05 prehistoriaCalcio Ca 3,65 1808Sodio Na 2,75 1807

    Potasio K 2,58 1807Magnesio Mg 2,08 1755Titanio Ti 0,62 1791Hidrógeno H 0,14 1776Fósforo P 0,13 1669Carbono C 0,094 prehistoriaManganeso Mn 0,09 1774 Azufre S 0,052 prehistoriaBario Ba 0,05 1808Cloro Cl 0,045 1774Cromo Cr 0,035 1797

    Flúor F 0,029 1886Circonio Zr 0,025 1789Níquel Ni 0,019 1751

    La explicación debe buscarse en lastemperaturas que podían alcanzar esoshornos, y las que se necesitaban para fundir elhierro. El cobre funde a 1083 oC, y si seagrega estaño o arsénico, la temperaturanecesaria para fundir la aleación puede bajar,según los casos, unos 50 a 100 grados. Para

    fundir hierro se necesita una temperatura de1535 oC. Esta temperatura era inalcanzablecon los hornos usados para el bronce. Hayuna aleación que forma el hierro con alrededorde 4% de carbono, y que se la conoce comoarrabio. Esta aleación podría haberse formadoespontáneamente en los hornos de cerámica,como reacción entre los minerales de hierro yel carbón, si se hubiera alcanzado unatemperatura suficientemente alta. Pero aún elarrabio necesita 1130 oC para fundir. Lo ciertoes que el hierro fundido no se llegó a conocer

    en Europa hasta el siglo XIV d.C., y esto fuegracias a que se construyen grandes hornos,con importante inyección de aire.[17] 

    En los primitivos hornos de cerámica esmuy probable que el mineral de hierroreaccionara con el carbón incandescente.Pero, debido a la relativamente bajatemperatura de los hornos, no se producíangotas de metal fundido, como en el caso delcobre, de modo que no se pudo usar con el

    hierro la tecnología que se conocía muy bienpara el bronce.

    Con toda seguridad el mineral de hierrose reducía a metal y quedaba en forma deesponja, con sus poros llenos de escoria.Probablemente esta esponja era observadacomo un residuo indeseable. Lo que el hombreaprendió entre 1000 y 1500 años a.C. fuecómo trabajar con ese residuo en aparienciainservible.

    Lo que aprendió el hombre hace 3000 a

    3500 años fue que si golpeaba reiteradamenteese compuesto raro, cuando todavía estabamuy caliente, la escoria salía de los poros y elcompuesto se compactaba en una pieza

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    metálica sólida. Ese nuevo metal, el hierro, eramucho más duro que el bronce. El secreto

    estaba en que había que trabajarlo muycaliente. Golpeando en caliente se podíansoldar pedazos de ese metal entre sí, paraformar piezas de mayor tamaño. Siempre encaliente, y golpeando, se le podía dar formasdiferentes, y podían fabricar espadas, escudosy hasta ruedas, las que podrían haber formadoparte de los carruajes de los Hititas, como elde la Fig. 13. Fueron precisamente losHititas[18,19] quienes, entre 1000 y 1500 a.C.encontraron esta forma de trabajar el hierro.

    Fig. 13.Carro de guerra Hitita, según un bajorelieve egipcio.

    Lo que estaban produciendo es lo queahora conocemos como hierro forjado.Ninguna de estas piezas había sido fundida.La fabricación era, evidentemente, muylaboriosa, por lo que nos preguntamos:¿Cuales son las ventajas del hierro respecto albronce?

    La primera es la abundancia de los

    minerales de hierro frente a la escasez de losminerales de cobre y de estaño. Esto loconvertía en un material muy accesible yabundante. La otra es que era más duro que elbronce, por lo que en muchas aplicaciones loaventajaba.

    El uso del hierro, debido a suabundancia, encontró usos que no se habíanpensado con los otros metales conocidoshasta ese entonces. Se fabricaron armas,como con el bronce, pero también se hicieronpinzas y martillos que facilitaron el trabajo deforjado del hierro, se hicieron arados,guadañas, picos y palas, que facilitaron lastareas agrícolas. Al ser poco resistente a la

    corrosión atmosférica, no servía como materialde ornamento personal, pero fue muy útil para

    herraduras de caballos y para infinidad deotras aplicaciones útiles en la vida cotidiana.

    Cuando con los años se pudo fundir elhierro, este material comenzó a desplazartambién a la piedra en estructuras tales comolos puentes, Fig. 14. Además, como resultadodel amplio uso de hierro forjado y fundido,aparecen impensables equipos, y máquinas avapor, como la que nos muestra la Fig. 15.

    Fig.14. Primer puente de hierro fundido. Fueconstruido sobre el río Severn, en Coalbrookdale,

    Inglaterra, en 1779.

    Fig. 15. Máquina a vapor hecha en hierro.

    OTROS METALES

    La aparición de la edad de hierropermitió además el desarrollo de nuevastecnologías en el transporte, en la agricultura yen la fabricación de infinidad de productos de

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    uso diario. Con la ayuda de los equiposhechos en hierro se pudieron descubrir nuevos

    materiales y metales, tales como el aluminio oel titanio, cuyos minerales eran abundantes enla corteza terrestre, Tabla I, pero los hornos decarbón no podían reducirlos a la formametálica. Para su producción, en formadirecta, en el caso del aluminio, o en formaindirecta, en el caso del titanio, fue necesariodisponer de máquinas que produjeranelectricidad, y que se basaban en estructurasde hierro.

    Habiendo aparecido otros metales, talescomo el aluminio o el titanio, nos preguntamos

    por qué nos dicen que todavía estamos, desdeel punto vista de los materiales en la edad delhierro[2]. Lo que pasa es que, debido a su bajocosto, su abundancia y sus buenaspropiedades mecánicas, el hierro es todavíahoy el metal del que más toneladas seproducen en el mundo, Fig.16. El 95,45 % delpeso de los metales producidos en laactualidad corresponde al hierro y acero. Elpeso de todos los otros metales juntos noalcanza al 5% del total.

    Fig.16. Medida en peso, la producción mundial delhierro y el acero supera muy ampliamente a la detodos los otros metales.

    Hemos visto que la aparición del hierrodesplazó a las herramientas de piedra. Delmismo modo, en la edad del hierro dejaron de

    usarse muchas de las armas de bronce. Estono significa que los materiales desarrolladosen edades anteriores hayan dejado de usarse.Lo que ocurrió fue que hubo un

    desplazamiento en las aplicaciones de losmismos. El auge de la edad del hierro no

    significó que, por ejemplo, el cobre se dejarade usar. Para citar un ejemplo, la altaconductividad eléctrica del cobre permitió quese desarrollaran generadores de electricidad,con bobinas de cobre, funcionando enestructuras de hierro.

     Acabamos de ver que, de todos losmetales el que más se produce mundialmentees el hierro. Pero si en lugar de limitarnos a losmetales, consideramos todos los materialescomercializados en el mundo, veríamos consorpresa que, por peso, el que predomina es

    la piedra. No se hacen más herramientas depiedra. Tampoco se construyen grandesestructuras, cuidadosamente pulidas yperfectamente ensambladas entre sí, como lasque nos dejaron los Incas. Actualmente estetipo de construcción sería muy costoso y pocopráctico. Pero una actividad en la quepodemos ver un uso intensivo de la piedra esen la industria de la construcción. Se usa lapiedra, por ejemplo, en forma de placas, condiferentes formas, tamaños y acabadosuperficial para baldosas, mesadas, frentes deedificios, etc. También se usa a granel, comocomponente fundamental del hormigón.

    El uso del hierro permitió desarrollartambién otras tecnologías. Por ejemplo, alcontar con tubos de hierro, fue posible elsoplado del vidrio fundido. Con el cobre no sepodía hacer el soplado del vidrio fundido, porla alta conductividad térmica de este metal. Eloperario no podría manipular un tubo de cobreque estuviera en contacto con vidrio fundido.El otro problema es la alta temperatura de

    fusión del vidrio. Tubos de bronce, en contactocon el vidrio fundido, también se fundirían. Encambio el hierro tiene baja conductividadtérmica y alto punto de fusión. Los herrerospueden martillar el extremo caliente de unabarra de hierro, en tanto sostienen el otroextremo con la mano. Lo mismo pasa con elsoplador de vidrio. El extremo del tubo dehierro, en contacto con el vidrio fundido, estámuy caliente, pero la alta temperatura no setransmite a todo el tubo, de modo que el otroextremo del tubo permanece a temperatura

    ambiente. De esta forma se pudieron fabricarcon facilidad botellas, copas y otros artículosde uso doméstico. El vidrio se convirtió en un

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    producto accesible a la mayoría de lapoblación. Hasta ese momento los recipientes

    de vidrio, como el de la Fig. 17, se elaborabancon bandas de vidrio que se deformaban encaliente, sobre un molde de barro cocido.Luego se rompía cuidadosamente el moldeinterior, y se pulía la parte exterior. Suelaboración era complicada, por lo que eranobjetos muy costosos, y solamente accesiblesa reyes o faraones. Por ejemplo, la Fig. 17 nosmuestra un perfumero de vidrio hallado en unatumba egipcia, fabricado por ese método tanlaborioso, y que ahora se expone en el MuseoBritánico, en Londres.

    Fig. 17. Perfumero de vidrio egipcio, hallado en unatumba faraónica.

    En épocas recientes, un metal queinfluyó mucho en las actividades del hombrefue el aluminio.[20] Pese a que los mineralesde aluminio son muy abundantes en la cortezaterrestre, ver Tabla I, es muy difícil laseparación del metal. En 1846 se podíanproducir pequeñas cantidades de aluminio,pero por un método muy costoso. Comoresultado, el aluminio en esa época era más

    caro que el oro. Prueba de ello es que elemperador Napoleón III, que gobernó Franciaentre 1852 y 1870, en los banquetes queorganizaba, a los invitados principales leshacía servir la comida en platos de aluminio,en tanto que los demás invitados se debíanresignar a comer en platos de oro.[20]  Lasituación del aluminio cambió totalmente en1886, cuando en forma independiente unamericano y un francés desarrollaron unmétodo de producción de aluminio basado enla electrólisis de sales fundidas. Este método,que aún se utiliza, permitió producir aluminioen forma mucho más económica, y lotransformó en el metal que vemos diariamente

    en una multitud de aplicaciones. Entre otrasmuchas aplicaciones, el hecho de ser un metal

    resistente mecánicamente y además liviano, lohizo muy atractivo para la industriaaeronáutica. Así es como se usó en lasestructuras de los antiguos dirigibles, talescomo los alemanes Zeppelin. Más tardepermitió la construcción de los avionescomerciales que estamos acostumbrados aver en la actualidad. El uso del aluminio hizoposible que el transporte aéreo se convierta enun recurso accesible a la mayoría de laspersonas.

    Otro metal que atrae nuestra atención,

    también en épocas recientes, es el titanio.[21] El titanio ocupa el noveno lugar en abundanciaen la corteza terrestre (0,63% en peso)[22]  yes el cuarto metal más abundante, despuésdel aluminio, hierro y magnesio, tal comopuede verse en la Tabla I. Si bien fuedescubierto en 1791, era una curiosidad delaboratorio hasta que en 1946 se descubre unmétodo químico que permitió producircomercialmente este metal. El titanio tiene laparticularidad de ser tan duro como el acero,pero es un 45% más liviano que el acero.Pesa un 60% más que el aluminio, pero loduplica en cuanto a resistencia mecánica. Otrapropiedad muy atractiva es su elevadaresistencia a la corrosión. Resiste a lacorrosión en medios tan agresivos que ningúnotro metal, con excepción del platino, podríaser usado. Por ahora, el único problema quepresenta el titanio es que el método defabricación es todavía muy caro. En esto, eltitanio nos recuerda a lo ocurrido en losprimeros años de uso del aluminio. Se está

    invirtiendo mucho capital, a nivel internacional,para desarrollar un método de fabricación detitanio metálico que sea más barato. Es muyprobable que en unos pocos años podamosver al titanio usado en muchos productosdomésticos. Por ahora, el precio del titaniohace que su uso esté restringido a algunasaplicaciones especiales, pero como veremos,muy críticas para la vida actual.

    La muy ventajosa relación entre bajopeso y alta resistencia mecánica del titaniopermitió el desarrollo de toda la tecnología

    aerospacial. Como ejemplo podemosmencionar los cohetes Saturno, de la NASA.La mayor parte de los componentes de estos

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    cohetes, tales como estructura, tanques decombustible, etc. se hicieron con aleaciones

    de titanio. Este material permitió que elhombre llegara al espacio, tal como lo vemosen la Fig. 18.

    Fig. 18. Astronauta moviéndose en el espacio,fuera del transbordador Challenger, en 1984.

    Comparemos por un momento la Fig. 1con la Fig. 18. ¡Menudo cambio ha producidoel hombre, gracias al desarrollo de nuevosmateriales!

     Además de las aplicacionesaerospaciales, el titanio encuentra muchasaplicaciones en la industria aeronáutica, en laindustria química, en medicina, etc.

    En la industria aeronáutica, debido a laspropiedades de bajo peso, alta resistencia

    mecánica y alto punto de fusión, el titanio seestá usando cada vez más en los avionescomerciales modernos. Por ejemplo, el Airbus A380 usa en su estructura un total de 77toneladas de titanio, de las cuales, 11toneladas van en las turbinas. El titanio, en lasturbinas, se usa en los rotores, en los álabes,en el sistema hidráulico, etc.

    Se ha comprobado que el titanio no estóxico en el cuerpo humano, y tampocoaparecen reacciones de rechazo. Por esto selo utiliza en implantes, principalmente para

    reparar fracturas de huesos. Una aplicaciónimportante es en la reparación de fracturas decadera, tan frecuentes en personas de edad

    avanzada, y en algunos casos de deportistas.La Fig. 19 muestra una prótesis de titanio con

    cabeza de cerámico que puede girar en unacopa de polietileno inserta en la cadera.

    Fig. 19. Prótesis de titanio con cabeza de cerámicoy copa de polietileno.

    El titanio demostró tener otra propiedadde mucho interés, que actualmente se aplicaen odontología. Se ha comprobado que sobreel titanio oxidado, incrustado en un hueso,crece tejido óseo. En un sitio en la cavidadbucal donde falta una pieza dental, el cirujanoimplanta un tornillo de titanio oxidado. Luegose espera a que el titanio se fije al hueso, porcrecimiento de tejido óseo sobre el metal. Unavez logrado esto, se accede al implante, y sele atornilla una pieza dental artificial, quereemplaza a la que faltaba. Esta es unatecnología de desarrollo muy reciente, pero

    que ya es utilizada por muchos odontólogosen el país.

    Tan pronto se encuentre una forma másbarata de producir titanio metálico, existen unagran cantidad de aplicaciones industriales ytecnológicas en las que este metal sería muybienvenido. También encontraremos al titanioen infinidad de aplicaciones cotidianas.

    DESARROLLOS PROGRAMADOS

    Dejamos aquí los metales, para analizar

    que pasó con el desarrollo de otros materialesque influyeron en nuestra vida diaria. Apropósito del desarrollo de materiales nometálicos, hay un personaje que nos parece

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    importante mencionar. Se trata del Rey Augusto II de Polonia, Gran Duque de Lituania

    y Elector de Sajonia,[24]  donde gobernó entre1694 y 1733. El Rey Augusto II nos resultainteresante porque fue el primero en propiciarel desarrollo de un material por encargo delgobierno, en este caso representado por elrey.[25]  Esta modalidad de trabajoprogramado, en la que se hacen desarrollostecnológicos financiados por el gobierno o porgrandes empresas, es una forma de trabajomuy común en la actualidad, pero el caso de Augusto II es el primero del que se tienenoticia. Influenciado por lo que había visto en

    su juventud, visitando Francia e Italia, y enparticular el esplendor del Palacio deVersalles, Augusto II convirtió a Dresde, lacapital de Sajonia, en la ciudad más bella deEuropa. Además era un fanático coleccionistade porcelana fina. En ese entonces toda laporcelana de Europa era importada de China yJapón. La porcelana era un importanteproducto de exportación de China. Augusto IIse propuso conseguir que la porcelana chinafuese fabricada en Sajonia, y le encargó a vonTschirnhaus que llevara adelante este

    trabajo[26] Ehrenfried Walther von Tschirnhaus[27] 

    era un conocido matemático, físico, médico yfilósofo alemán. Inició una serie deexperimentos tendientes a reproducir laporcelana china. Contó con la colaboración deun joven alquimista, Johann Friedrich Böttger,quien inicialmente pretendía convertir otrosmetales en oro, pero que bajo la presión devon Tschirnhaus contribuyó con el trabajo delo que luego se conocería como el "oro

    blanco", nos referimos a la porcelana, que seprodujo por primera vez en 1708. Augusto IInombró a von Tschirnhaus director de lafábrica de porcelana, pero su prematuramuerte llevó a que la producción de porcelanaquedara a cargo de Böttger. En 1710 se iniciala producción de la porcelana de Meissen[28] que no tenía nada que envidiar a la porcelanachina, Fig. 20. Pese a los estragos de laSegunda Guerra Mundial, y a la destrucciónque sufrió Dresde, la porcelana de Meissen sesigue fabricando hasta nuestros días, y sigue

    siendo un artículo de lujo, reservado paracoleccionistas.

    Fig. 20. Muestra de la porcelana de Meissen,fabricada por primera vez en 1710, y que aún hoyse sigue produciendo y es muy apreciada.

     A la tecnología de la fabricación de laporcelana se la trató de mantener en secreto,lo que se logró por un tiempo, pero luegoaparecieron en Europa otros productores deporcelana. La porcelana de Meissen es unartículo de lujo, pero la porcelana en sí es unmaterial que ha encontrado muchasaplicaciones en la vida diaria. Además de losobjetos decorativos, la porcelana tiene la

    propiedad de ser un excelente aisladoreléctrico, de modo que ha encontradoaplicación como aislador de alto voltaje. Losotros usos de la porcelana son múltiples, y vandesde coronas de dientes, en odontología,hasta aplicaciones en arquitectura, como lospaneles de porcelana que cubren el edificio dela Fig. 21.

    Fig. 21. Edificio Dakin, en California, diseñado con

    paneles externos de porcelana. Recibió variospremios, entre ellos el del American Institute of Architects de 1992.

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    MATERIALES ELECTRÓNICOS

    Pasando a otro tema, muchos habránvisto las radios que alguna vez usaronnuestros abuelos. La Fig. 22 muestra unaradio modelo Philco 90, de 1931.[29]  Estabanconstruidas con los materiales que vimoshasta ahora, y un componente fundamental deestas radios eran las válvulas termoiónicas otubos de vacío. Estas válvulas eran unaderivación de la lámpara eléctrica inventadapor Edison. Los físicos descubrieron queagregándole otros electrodos podían hacerque esas válvulas amplificaran señales muy

    débiles, y esto llevó al desarrollo de la radio.

    Fig. 22. Radio modelo Philco 90, de 1931.

    Se encontró también que estos tubos devacío podían usarse para procesarinformación, y es así como se construyen, afines de 1940 las primeras computadoras.[30] Estas primeras computadoras solían tenermás de 10.000 de estos tubos de vacío. Paraque los tubos de vacío funcionen, necesitantener un filamento incandescente. Por eso, las

    computadoras a válvula consumían muchaelectricidad. Eran además muy voluminosas,pudiendo ocupar más de 90 metros cuadradosde espacio. Por ejemplo la ENIAC tenía untotal de 17.468 tubos de vacío, pesaba 27toneladas y ocupaba 167 metros cuadrados. Además de consumir mucha electricidad, losfilamentos de los tubos se quemaban confrecuencia, estimándose que el tiempo defuncionamiento de la ENIAC, entre cada falla,era de aproximadamente una hora. Desde elpunto de vista actual, el desempeño no

    parecería muy alentador, pero en la época enla que se la construyó se la consideraba unamaravilla.[31]

    En la época en la que se estabanconstruyendo estas computadoras, los

    metalurgistas encontraron un método por elcual podían producir metales de muy altapureza. Lo denominaron técnica de fusiónzonal. Consistía en trabajar con barras demetal, a las que, por calentamiento localizadose les fundía una franja, dejando el resto delmetal, a ambos lados, en estado sólido. Si sedesplazaba la zona fundida, por ejemplomoviendo lentamente una bobina calefactora,una parte de la barra se fundía mientras laparte que quedaba atrás se solidificaba. Losmetalurgistas observaron que el metal

    solidificado era más puro que el metal fundido,y que las impurezas eran arrastradas por esemetal fundido. Repitiendo el proceso de fusiónlocalizada, moviendo la zona fundida siempreen la misma dirección, se conseguía que lasimpurezas se acumularan en uno de losextremos de la barra. Desechando ese trozode metal, quedaba un metal mucho más puro.

    Esta técnica se aplicó para producirgermanio y silicio muy puros. Partiendo deestos elementos muy puros, los físicospudieron controlar sus propiedades eléctricas,variando el contenido de impurezas. Así escomo desarrollaron los transistores. En la Fig.23 podemos ver la apariencia poco sofisticadaque tenía el primer transistor, hecho en1947,[30,32]  y por cuyo trabajo sus autoresrecibieron el Premio Nobel. Muy pronto lostransistores se comercializaron, con unaapariencia mucho más elegante.

    Fig. 23. El primer transistor, hecho en germanio, en1947 por investigadores del Bell Laboratories.

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    El transistor cumplía las mismasfunciones que la válvula termoiónica, pero

    consumía mucha menos potencia, tenía menortamaño, no tenía filamentos que se quemaran,no necesitaba altos voltajes para funcionar.Como primer resultado, en la Fig. 24 tenemosuna radio a transistores.

    Es evidente que en las computadoras eltransistor desplaza a las válvulas, por lasmuchas ventajas que tiene sobre ellas. Detodas maneras, soldar 17.468 transistores,como los que tendría la ENIAC, no deja de serengorroso. Pronto se desarrollan los circuitosintegrados, los que permiten poner miles de

    transistores en una sola placa de silicio. LaFig. 25 muestra algunos de estoscomponentes, que son tan comunes ennuestras computadoras actuales. La ENIACtenía el equivalente a 17.468 transistores. UnaPC moderna, por ejemplo con el procesadorPentium IV, tiene del orden de 10 millones detransistores. El avance producido en estecampo, mediante el uso adecuado de losmateriales, es asombroso. Además es comúnencontrar ahora circuitos electrónicos enautomóviles, hornos de microondas, relojes,teléfonos celulares, cámaras fotográficas, etc.etc.

    Fig. 24. Radio a transistores de 1956.

    Fig. 25. Circuitos integrados

    PLÁSTICOS

    Stephen L. Sass, en su libro "TheSubstance of Civilization"[33]  nos sugiere quecomparemos los restos del naufragio de doslujosos transatlánticos, ocurridos en el sigloXX: los restos del lujoso transatlántico inglésRMS Titanic,[34]  hundido el 15 de abril de1912, al chocar con un iceberg, y los deltambién lujoso transatlántico italiano SS Andrea Doria,[35]  hundido el 26 de julio de1956, al chocar con otro barco. Desde el puntode vista de los materiales, se encontrará entreambos una sorprendente diferencia. La misma

    se resume en una sola palabra: PLÁSTICOS.Solamente a principios del siglo XX el hombreaprendió a fabricar materiales orgánicostotalmente sintéticos. En 1912, cuando sehundió el Titanic, se conocían la goma, elceluloide y unos pocos productos más. Esdurante la Segunda Guerra Mundial que sehace un gran esfuerzo en desarrollar nuevospolímeros (nombre correcto de lo quevulgarmente llamamos plásticos). Uno de losobjetivos importantes en ese entonces era eldesarrollo del caucho sintético para

    reemplazar al caucho natural, cuyo suministroera difícil. En 1956, cuando se hundió el Andrea Doria, la humanidad ya se habíafamiliarizado mucho con los polímeros, sea enforma de radios, Fig. 24, impermeables,material de tapizado, cubierta aisladora decables eléctricos y artefactos de usodiverso.[36]  De modo que, mientras entre losrestos del Titanic son escasos los productosde plástico, en cambio en los restos del Andrea Doria los mismos aparecerán en formaabundante.

    El hombre estuvo experimentandodurante mucho tiempo con polímeros queencontraba en la naturaleza, a fin de hacerlosmás útiles. Es así como, trabajando con elcaucho, en 1839 Charles Goodyear descubrióla vulcanización de la goma. Experimentandocon otro polímero natural, la celulosa, en 1863Hyatt desarrolló el celuloide. Este nuevomaterial permitió reemplazar, en muchasaplicaciones, al carey, al nácar y al marfil.

    El primer plástico totalmente sintético fue

    la baquelita, que descubrió Baekeland en1909, y lo introdujo en un gran número deaplicaciones alrededor de 1920.

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    En 1939 Du Pont introdujo conextraordinario éxito una fibra sintética, que

    denominó Nylon, en reemplazo de la seda. ElNylon es un material que aún hoy se utiliza, enmuchas aplicaciones técnicas. Luego sigue, anivel mundial, una avalancha de productosplásticos de diferentes propiedades yaplicaciones, que supera la enumeración quepodríamos hacer aquí.

    En 1938, un químico de la empresa DuPont, Roy Plunkett, observó muy sorprendidoque un tubo que se suponía estaba lleno de ungas inerte, tetrafluoetileno, al abrir la llaveaparecía como si estuviese vacío. Cortó el

    tubo de metal al medio, y encontró que dentrodel mismo se había formado un sólido blanco.Este sólido era muy resistente a la acción deagentes químicos muy agresivos y presentabaun muy bajo coeficiente de fricción.Químicamente se lo describe comopolitetrafluoetileno, pero nosotros loconocemos familiarmente como Teflón. Tieneinfinidad de aplicaciones tecnológicasimportantes, aparte de ser un recubrimientomuy común en utensilios de cocina. Susaplicaciones eran tan variadas, y de tan altointerés tecnológico, que durante la segundaguerra mundial, el gobierno de Estados Unidosobligó a la empresa Du Pont a mantener ensecreto su descubrimiento.[33,36] 

     Algunos polímeros nuevos sonrealmente sorprendentes, como el Kevlar,introducido por Du Pont. Se lo produce enforma de fibras de muy alta resistencia. Laresistencia es tan grande que se usa, entreotras aplicaciones, para la confección dechalecos antibalas.

    El uso de los polímeros ha encontradomuchas aplicaciones en medicina.Mencionaremos aquí, a título de ejemplo, unade ellas. Es muy frecuente en personas cuyaedad supera los 50 o 60 años que se lesproduzca una opacidad gradual del cristalino,conocido como cataratas. La misma puedeavanzar, hasta eventualmente provocar laceguera. Durante la Segunda Guerra Mundialun cirujano inglés observó que astillas de unpolímero que se utilizaba en el parabrisas deaviones de guerra, podían quedar incrustadosen el ojo sin dar muestras de rechazo. Setrataba del polimetilmetacrilato (PMMA). Estaobservación lo llevó a desarrollar lentes de

    PMMA para reemplazar quirúrgicamente alcristalino afectado por las cataratas.

     Actualmente el PMMA ha sido reemplazadopor lentes de silicona o de acrílico, que seintroducen plegados, en una pequeña incisiónen el ojo, convirtiendo la operación decataratas en un proceso muy simple, en la queel paciente puede retornar a su casa tanpronto finaliza la operación.

    Pero estaríamos muy equivocados sisupusiéramos que el tema de los polímeros yaestá agotado. Una clara prueba del interés enel tema nos la da el hecho de que el premioNobel de química del año 2000 fue otorgado a

    tres investigadores que desarrollaronpolímeros conductores de la electricidad.Numerosos investigadores están trabajandoactualmente en temas tales como el desarrollode polímeros biodegradables, para reducir lacontaminación ambiental, en polímeros que secontraen en presencia de un campo eléctrico,y que servirían para desarrollar músculosartificiales aplicables a problemas ortopédicos,Fig. 26,[37] etc. etc.

    Fig. 26. Representación artística de un posible usode polímeros sensibles a la electricidad, comoposibles reemplazos de músculos.

    FUTURO

    Sería un grave error suponer que quedapoco por hacer en el área de los materiales.

    Un buen ejemplo de que quedan muchostemas por investigar lo tenemos en el caso delvidrio. El mismo era conocido en la antigüedad

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    como material de adorno. Recién hace 2000años, se descubrió la técnica del soplado de

    vidrio fundido. Con la misma comienzan aproducirse botellas de vidrio, vidrios deventana y utensilios de uso diario.Posteriormente se llega a la fabricación delvidrio plano, se desarrolla el vidrio para usosen óptica, así como vidrios resistentes acambios de temperatura aptos para usosculinarios, etc. Podría pensarse a esta alturaque las nuevas posibilidades de desarrollo delvidrio estaban agotadas. Pero entre 1970 y1980, mejorando la transparencia del vidrio seprodujeron fibras ópticas, de muy pequeño

    espesor, capaces de conducir señalesluminosas a muchos kilómetros de distancia.En las tareas de transmisión de información,las fibras ópticas demostraron ser mucho máseficientes que los alambres de cobre, y losdesplazaron totalmente. La razón de estedesplazamiento se comprende fácilmente conun solo ejemplo. Serían necesarios 30.000kilogramos de alambres de cobre para podertransmitir la misma cantidad de informaciónque se puede transmitir con solamente 100gramos de fibras ópticas. Planteado de otro

    modo, se tiene que dos pequeñas fibrasópticas pueden transmitir la informaciónequivalente a 24.000 llamadas telefónicassimultáneas. Como vemos, en materia devidrios no estaba todo dicho. Seguramenteveremos aún otros cambios que nossorprenderán.

    En materia de desarrollo y uso demateriales podríamos mencionar muchosejemplos más. Solamente mencionaremos unaúltima aplicación de gran interés práctico en la

    tecnología del futuro. Un problema serio en laactualidad es reemplazar los combustiblesfósiles, porque no son renovables y porque

    contaminan el medio ambiente al liberaranhídrido carbónico. Una alternativa de mucho

    interés es el uso del hidrógeno. Como al arderproduce agua, no contamina el ambiente. Yase están ensayando automóviles propulsadospor hidrógeno. Pero tener dentro del baúl delautomóvil un tubo conteniendo hidrógenogaseoso a muy alta presión no es una ideamuy atractiva. Se está trabajandointensamente, en muchos laboratorios, paradesarrollar aleaciones que forman hidrurosestables, que pueden acumular muchohidrógeno sin presentar riesgos para losocupantes del automóvil. Los resultados

    alcanzados hasta ahora son muy alentadores.Vemos pues que el área de los

    materiales se presenta como un campo dondehabrá mucha actividad en el futuro, y en el que jóvenes con espíritu inquieto pueden realizarprogresos muy valiosos. Vemos también queal principio de este texto, cada cambiorequería el paso de varios miles de años. En laactualidad los cambios se producen en eltérmino de años o meses. Como ejemplo nosbasta ver la rapidez con que se vuelvenobsoletos los equipos electrónicos.

    ¿Qué pueden hacer los que tenganinterés en el tema de los materiales? Paraaquellos que terminan sus estudiossecundarios, hay carreras tales como laIngeniería en Materiales, que se dicta envarias Universidades del país, y donde puedenadquirir los conocimientos necesarios. Paraaquellos que acaban de concluir una carrerauniversitaria, se les presenta la posibilidad derealizar cursos de posgrado, tales comoMaestrías o Doctorados en el área de

    materiales. Si les gusta el tema, pueden estarseguros que no se sentirán defraudados.

    REFERENCIAS:

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