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El proceso sol-gel es un método de síntesis en el cual, partiendo de precursores moleculares como alcóxidos metálicos o sales inorgánicas, se obtiene un esqueleto del óxido mediante reacciones de hidrólisis y polimerización a baja temperatura, lo cual permite la síntesis de fases metaestables del óxido e incluso de sólidos mixtos organoinorgánicos. Las especiales características de los soles y geles permiten la síntesis de fibras, láminas, cadenas, geles y polímeros tridimensionales. Una característica particular del proceso sol-gel es la posibilidad que ofrece de controlar el proceso de síntesis desde el precursor molecular al producto, lo cual supone la posibilidad de sintetizar nuevos materiales organoinorgánicos.
La asignatura se encuentra organizada en seis temas, donde se contemplan los diferentes aspectos relacionados con la metodología sol-gel. En el tema 1 se realiza una introducción al proceso, explicando las diferentes reacciones que se encuentran implicadas en el mismo, describiendo también las rutas no-hidrolíticas, que, aunque en menor medida que las hidrolíticas, también se emplean en esta metodología. Los temas 2 y 3 tratan de los procesos que ocurren posteriormente a la formación del gel, y que implican tratamientos con el tiempo y con la temperatura, para conducir al secado y calcinación de los geles, que conducen al producto final buscado. Un apartado especial merece el estudio de los diferentes factores y parámetros que están implicados en toda la metodología sol-gel y que influyen en las características físicoquímicas de los materiales intermedios y finales sintetizados. De ahí que se dedique un tema en exclusiva a dicho estudio (tema 4). En el tema 5 se hace una presentación de los diferentes y variados tipos de materiales que pueden ser preparados mediante esta metodología, dedicando especial atención a los geles porosos y su aplicación como catalizadores y soportes catalíticos. Por último, el tema 6 se dedica al estudio de las técnicas que están implicadas tanto en el estudio de las transiciones que ocurren en los productos intermedios, como en la caracterización de los productos finales.
Se trata de una asignatura optativa, al igual que el resto de las asignaturas que se ofertan en el master, y que puede ser cursada con independencia del resto de asignaturas que se hayan elegido. Sin embargo, es recomendable elegir asignaturas del mismo módulo para conseguir una formación más específica en el área de conocimiento ofertada en el módulo.
La asignatura III.1. “Diseño y síntesis de materiales a medida mediante el método sol-gel” se encuadra en el módulo III. “Química Inorgánica e Ingeniería Química” del Máster en Ciencia y Tecnología química. El enfoque de este Máster es mixto, ya que, aunque está orientado fundamentalmente a la iniciación en tareas de investigación (orientación investigadora), que se desarrollarán posteriormente con la realización de la Tesis doctoral, posibilita también la especialización académica sin requerir necesariamente la realización de un trabajo de investigación por parte del estudiante (orientación académica).
Desde un enfoque puramente académico, al cursar esta asignatura, el estudiante va a adquirir una serie de conocimientos teóricos y específicos sobre aspectos concretos relacionados con la metodología sol-gel (etapas, parámetros de síntesis, tipos de materiales, fundamentos de las técnicas de caracterización…). Pero además, a través de la realización de las prácticas de laboratorio y de la interpretación y resolución de los diagramas obtenidos con las distintas técnicas de caracterización, la asignatura le va a proporcionar una serie de herramientas experimentales, que le van a capacitar para poder abordar la realización de un proyecto de investigación. En este sentido, los aspectos tratados en la asignatura guardan estrecha relación y son contemplados en algunas de las líneas de investigación que se desarrollan en el Departamento de Química Inorgánica y Química Técnica y que se ofertan para la realización de dicho proyecto, que son las siguientes:
- Adsorción de contaminantes del medio acuoso
- Química verde y catálisis heterogénea. Tecnologías de uso sostenible
- Materiales porosos, química fina y química verde
- Preparación y caracterización de materiales porosos (carbones, óxidos, arcillas, composites) y aplicaciones catalíticas
- Materiales como catalizadores en procesos de química fina y descontaminación
- Técnicas experimentales de estudio de superficies. Proceso de producción y almacenamiento de hidrógeno.
La asignatura III.1. “Diseño y síntesis de materiales a medida mediante el método sol-gel” se encuadra en el módulo III. “Química Inorgánica y Química Técnica”, junto con otras cinco asignaturas, que tratan sobre diferentes contenidos relacionados con las áreas de conocimiento del módulo. Existe una estrecha relación entre esta asignatura y otras que se ofertan en el mismo módulo. Así, el tema 6 de la asignatura, que trata sobre técnicas de caracterización, permite introducir al alumno en una serie de técnicas utilizadas en el estudio de estos materiales sintetizados, cuyos conocimientos pueden ser ampliados, cursando la asignatura III.2 “Difracción de rayos X, análisis térmico y adsorción de gases para la caracterización de sólidos”. Pero además, otro de los aspectos que se trata en la asignatura es el de la síntesis de materiales de tipo catalizadores y soportes catalíticos. Estos materiales sintetizados mediante el método sol-gel pueden ser usados como sólidos inorgánicos que actúan como catalizadores en reacciones de Química verde, estudiándose estos aspectos con más detalle en la asignatura III.5 “Aplicación de sólidos inorgánicos en Química verde”. Y al tratarse además de catalizadores, es recomendable ampliar los conocimientos con la asignatura III.6 “Química de superficies y principios de catálisis heterogénea”, que se cursa en el segundo semestre. Si se considera además, que la metodología sol-gel puede ser aplicada en la síntesis de materiales de tipo carbonoso, se justifica además su relación en este módulo con la asignatura III.4. “Presente y futuro del carbón en el medio ambiente”.
