Actividad de Integración Unidad 5: Interrelación química-informática PDF

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Actividad de Integración Unidad 5: Interrelación química-informática.
Materia: química.
Tema: Interrelación química-informática.
A partir de la información precedente
a. Realizá una búsqueda de información acerca del cloruro férrico: características, propiedades, cuidados per...

Description

Química integrador unidad 5 Interrelación química-informática

Interrelación química-informática Las plaquetas de circuito impreso (PCB) son un soporte físico en donde se instalan componentes electrónicos. (estos pueden ser: microcontroladores, sensores, diodos, resistencias, conectores, etc) que se encuentran interconectados. En el proceso de armado de una plaqueta, se utilizan sustancias, una es el cloruro férrico (FeCl3 ) y agua. El primero se encuentra en estado sólido; para que su acción sea más efectiva se necesita disolverlo en agua hasta formar un sistema homogéneo. En la presentación veremos una investigación acerca de éste cloruro, si existe una alternativa, las propiedades del alcohol isopropílico, y qué tipo de soldadura se emplea en las plaquetas.

Interrelación química-informática Cloruro férrico Información general (propiedades y características): En el caso de la informática, está en forma de solución acuosa. Pero originalmente es un sólido (polvo). El olor es débil en su estado físico líquido (en seco tiene olor picante), su temperatura de ebullición es mayor a 100°C dependiendo de su pureza, no es inflamable, con la exposición al calor se descompone liberando cloruro de hidrógeno, es 100% soluble al agua1 . Figura 1

Cloruro férrico en sólido (polvo) Tomada de Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Iron(III)chloride-hexahydrate-sample.jpg&oldid=462729389.

Figura 2

Cloruro férrico como una solución acuosa. Tomada de Qinca, https://qcinca.es/es/portfolio/cloruro-ferrico/

Interrelación química-informática Informe toxicológico. En caso de inhalación, el cloruro férrico es muy dañino para las mucosas y el tracto respiratorio superior. Los síntomas pueden incluir sensación y quemazón, tos, laringitis, acotamiento de la respiración dolor de cabeza, náuseas y vómitos.2 En caso de inhalación, proporcionar aire limpio y fresco, ventilar exhaustivamente, si hubiese paro cardíaco, practicar rcp, y acudir a un médico. Figura 3

La persona afectada puede sufrir mucho dolor de cabeza.

Figura 4

Figura 5

Practicar rcp es fundamental para salvar vidas. Lugar afectado cuando se sufre laringitis.

Interrelación química-informática En caso de ingestión. Es poco tóxico en dosis bajas, provoca quemaduras en la boca, faringe e incluso en el estómago. Pero superando los 30 mg/kg provoca náuseas, vómitos y diarrea, junto a orina color rosado. Daña al hígado, y en un intervalo de 3 días si no se acudió a un médico se da la muerte.3 En caso de ingestión debe lavar la boca con inmediatez y tomar mucha agua, acudir al médico. Figura 6

Las quemaduras provocan lesiones y la sensación de ‘fuego’.

Interrelación química-informática

En caso de contacto con los ojos, provoca visión borrosa, dolor y quemaduras. se debe lavar con agua corriente y limpia durante 10 a 15 minutos, acudir al oftalmólogo.

En caso del contacto con la piel, se irrita, quema la piel severamente. Lavar con abundante agua y jabón, en caso de quemaduras, acudir al dermatólogo4 .

Interrelación química-informática Cuidados personales. Para prevenir contacto directo con la sustancia, se debe trabajar con:5 Figura 7

Guantes quirúrgicos Para evitar el contacto de la sustancia con la piel de las manos, al manipular los utensilios.

Figura 8

Figura 9

Gafas de protección

Respirador

Para evitar el contacto con los ojos, se deben resguardar los mismos.

Para evitar la inhalación. Se debe mantener el aire que se respira limpio.

Interrelación química-informática Aunque dependiendo de como se trabaje el cloruro férrico, con exposición al calor puede generar ácido clorhídrico. Esto puede ser perjudicial para la piel de los trabajadores, ya que podría traspasar la ropa convencional hasta llegar a la piel. Se recomienda trabajar con trajes de neopreno o 𝑃𝑉𝐶.6 Figura 10

Esta vestimenta hecha a base de neopreno, evita que el ácido clorhídrico llegue a la piel. Pensado para prevenir cualquier tipo de contacto con las sustancias.

Interrelación química-informática Cuando a cloruro férrico se refiere, tras ser desechado trae consecuencias al entorno que lo rodea. Al ser corrosivo en metales, puede echar a perder bachas7 , y tuberías haciendo que el agua de desagüe se filtre hacia el exterior, y el contacto del desagüe con otros entornos puede contaminarla irremediablemente (o en el caso de lugares de nuestro país, por obras inconclusas, el desagüe conduce a las calles, estando expuesto a la comunidad), corren riesgos de enfermarse las diferentes formas de vida que rodee a la contaminación, principalmente para los trabajadores en contacto o cercanía y la comunidad que habite el lugar, ya que ellos están expuestos, ¿cómo pueden estarlo? el agua residual contaminada afecta a la salud, estar tanto tiempo expuesto afecta a la fertilidad tanto de hombres / mujeres y de animales, entre otros problemas como la irritación del interior de la nariz y piel8 . Figura 11

Ilustración de como el desagüe de una industria, taller o laboratorio puede terminar en la vía pública al alcance de todos. Pisándola, o respirando el olor de estos desechos se afectan las personas del entorno. Tomada de: http://www.alvearya.com.ar/comunicado-de-la-direccion-de-salud-5/

Interrelación química-informática Para armar una plaqueta de circuitos impresos, se pasan por distintos pasos / etapas. Resumidamente son 9, diagramar el circuito, imprimirlo en una hoja, recortar la zona impresa, dejar un margen en la impresión, limpiar la placa cobreada, apoyar la impresión de cara a la placa, dejar margen considerable en la impresión y planchar, limpiar la placa cobreada y ‘atacar’ químicamente9 (que consiste en sumergir la placa cobreada en cloruro férrico acuoso hirviendo, para que la impresión del circuito quede grabada en cobre). Este último paso, puede tener alternativas con respecto al material utilizado para atacar químicamente a la plaqueta. Podemos utilizar sustancias distintas al cloruro férrico. Tales sustancias pueden ser: ácido muriático + agua oxigenada, persulfato de amonio.

Interrelación química-informática La primera opción para reemplazar al cloruro férrico es el ácido muriático (HCl) + agua oxigenada (H2 O2 ) Al momento del ataque químico, luego de que la composición tenga 50% de ácido muriático y 50% de agua oxigenada. La velocidad no difiere mucho con el cloruro férrico, pero en el momento del ataque químico emite muchos más gases que son nocivos para los seres vivos, además de generar la misma cantidad de contaminación que su homónimo.10 Es una opción si queremos ver como se produce el ataque químico ya que la composición es trasparente. Figura 12

Comparación entre ataque químico con cloruro férrico (izq.) y ácido muriático + agua oxigenada (der.). Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=mhv7SnBVEKQ

Interrelación química-informática La segunda opción nombrada es el persulfato de amonio 𝑁𝐻4 2 𝑆2 𝑂8 Para el ataque químico, es necesario mezclarlo con agua. Pero esta debe estar siempre por encima de los 40° C para que el ataque pueda ser efectivo, no desprende burbujas. Pero si unos gases nocivos, en velocidad es más lento y necesita estar recibiendo calor constante para estar encima de la temperatura indicada pero sin hervir la placa dejándola inutilizada.11 Figura 13

El ataque químico llevado a cabo con persulfato, es trasparente y no genera burbujas. Tomado de: https://optolov.ru/es/elektrichestvo/sulfat-ammoniyadlya-travleniya-pechatnyh-plat-travlenie-pechatnyh-plat.html

Interrelación química-informática Comparando las opciones ácido muriático+agua oxigenada y persulfato de amonio podemos considerar que el menos contaminante para el medio ambiente y la salud es el persulfato de amonio12 . Porque es el menos perjudicial para la salud en términos de exposición hacia la sustancia, mientras que una exposición máxima sin consecuencias físicas es de 0.1mg/m3 en un promedio de 8 horas mientras que el ácido muriático es de un promedio de 5ppm donde no debe extenderse la exposición mucho tiempo.13 Figura 14

Figura 15

Evaluación de riesgos del ácido muriático(izq.) y persulfato de amonio (der.) realizada por el departamento de salud de New Jersey. Tomada de: https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1012sp.pdf / https://www.nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0111sp.pdf

Interrelación química-informática Aunque las dos alternativas al cloruro férrico también son perjudiciales para el medio ambiente, el ácido muriático es corrosivo para metales, y el persulfato de amonio no lo es, pero acelera la combustión de otras sustancias, ya que es un oxidante fuerte14 (Puede ocasionar explosiones). Pero después de eso, afectan de manera parecida en ciertos aspectos. Figura 16

Figura 17

Problemas que trae el persulfato de amonio. Tomado de: https://www.nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0111sp. pdf

Problemas que trae el cloruro de hidrógeno (ácido muriático). Tomado de: https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1012sp.pdf

Interrelación química-informática El alcohol isopropílico (CH3 CH OH CH3 ) es utilizado para la limpieza de diversos circuitos porque es un gran agente diluyente de compuestos no polares que no deja residuos, además de su rápida evaporación, que es justamente lo que le da ese poder de limpiar totalmente sin dejar residuos.15 Es un alcohol secundario de 3 carbonos y un único grupo -OH no terminal. Es un isómero estructural del propanol (exactamente un isómero de posición16 , que presenta compuestos que difieren en la ubicación de un doble o triple enlace o un grupo funcional.) (2propanol). Esto le da las características que la diferencia de por ejemplo, el etanol, que es mucho más volatil y agresivo con los componentes de los circuitos (puede deteriorar los plásticos y materiales) Figura 18

Estructura química del alcohol isoproplíco modelizado en Avogadro.

Interrelación química-informática El montaje de diversos componentes electrónicos en la placa de circuito impreso se realiza mediante el uso de una soldador y lo necesario, la soldadura se derrite y fija los componentes electrónicos en donde corresponden. El tipo de material utilizado para soldar es una aleación de estaño/plomo acompañado con fundente (polvo , pasta o líquido que son mezclas de muchos componentes químicos, entre los que están los boratos, fluoruros, bórax, ácido bórico y agentes mojantes17), naturalmente el estaño tiene un punto de fusión de 231.9°C y el plomo de 327.5°C, la principal característica es que la aleación estaño/plomo (60%/40%) se funde a 183°C, lo que la vuelve más 'fresca' para trabajar con las placas.18 Figura 19

Soldado de componentes de una PCB. Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=E-oLtWhX_Ks

Interrelación química-informática Aunque el plomo es perjudicial para nuestra salud si entramos en contacto, por lo que existe una forma de soldar sin plomo, hay una aleación de estaño (231.9 °C) (96.5%), plata (3%) (961.8°C) y cobre (0.5%) (1085°C) con una temperatura de fusión de 220°C que es más segura, más práctica que la de estaño/plomo porque no es tóxica como el plomo y tiene mayor calidad de soldadura para la informática.19 Figura 20

Aleación de estaño, plata y cobre. Se vende en rollo para el soldado. Tomado de https://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA865138890-estano-cardas-con-plata-y-cobre-x-20gr-_JM

Interrelación química-informática Al tipo de soldadura ideal para circuitos de una placa se la conoce como soldadura blanda: que es la que se realiza a una temperatura inferior a 450 °C. Con la que se logra unir componentes electrónicos a circuitos. Se caracteriza por requerir muy poca cantidad de energía con respecto a otras soldaduras, y porque además de ser sencillo, y no elimina la conductividad eléctrica de los materiales de la placa.20 Figura 21

Soldador con la cual se trabaja en las placas de circuito. Tomado de: https://commons.wikimedia.org/w iki/File:Soldering_gun.jpg

Figura 22

Figura 23

El fundente tiene un trabajo importante la soldadura, como disolver óxidos que puedan formarse. Tomado de:

El rollo de aleación estañoplata-cobre es de los más efectivos para la soldadura. Tomado de:

https://commons.wikimedia.org/w/index.php ?title=File:Decapante.JPG

https://commons.wikimedia.org/wi ki/File:100_1366.JPG

Bibliografía: 1.

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