Artículos de la química relacionados con la Ingeniería en Sistemas Computacionales

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ANTOLOGÍA

Artículos de la química relacionados con la Ingeniería en Sistemas Computacionales

EQUIPO: “LOS TAQUITOS”

• ARLETTE ANDREIA ALCALA RAMOS

• FATIMA GERALDINE RUIZ BAUTISTA

• ADRIAN LLAMAS SÁNCHEZ

• JESUS ALFONSO CABRERA MARTINEZ

• CARLOS ADRIAN LOPEZ LUNA

• ULISES ALFREDO ALEJO ROCHER

• BARRON GONZALEZ JOSE ANGEL

MAESTRO: IRVING ROMAN GARCIA CANTERO

GRUPO 1 G

HORARIO: LUNES Y MIÉRCOLES 10:00-12:

Introducción

En la intersección de la química y la ingeniería de sistemas computacionales emerge una sinergia intrigante que impulsa la evolución tecnológica. Este ensayo se adentra en la intrincada relación entre ambas disciplinas, explorando cómo su colaboración define desde los cimientos más diminutos hasta la arquitectura más amplia de los sistemas informáticos modernos. En el ámbito de la fabricación de chips y circuitos integrados, la química desempeña un papel crucial en la síntesis de materiales semiconductores esenciales, como el silicio. Estos materiales, fundamentales para la electrónica contemporánea, son la piedra angular que permite a los ingenieros construir dispositivos cada vez más sofisticados. La química guía la deposición precisa de capas atómicas y la ingeniería de interfaces, aspectos fundamentales para optimizar la funcionalidad de los componentes electrónicos a escalas microscópicas. A medida que nos sumergimos en la escala manométrica, la química cuántica se convierte en un faro que ilumina las propiedades de los materiales a nivel molecular. Este conocimiento profundo desbloquea avances extraordinarios en la miniaturización y eficiencia de los componentes electrónicos, demostrando cómo la química y la ingeniería colaboran en la creación de tecnologías de vanguardia. Sin embargo, la conexión no se limita a la manufactura de hardware. En el ámbito del software y la programación, la química computacional se erige como un campo pionero, facilitando la simulación de interacciones moleculares complejas y la predicción de propiedades químicas. Este enfoque no solo influye en el diseño de algoritmos, sino que también abre la puerta a aplicaciones diversas, desde la creación de fármacos hasta la optimización de materiales. Así, esta exploración inicial busca arrojar luz sobre la intrincada danza entre la química y la ingeniería en sistemas computacionales, revelando cómo su colaboración silenciosa impulsa la evolución constante de la tecnología, y esculpe el futuro mismo de la informática

1-Ciencia y Tecnología: una mirada desde la Ingeniería

Autor: Esp. Cuevas, Alicia; Esp. Amarilla, Alicia; Mgter. Corvalán, Rubén (*)

En el actual contexto sanitario-epidemiológico global, los avances en ciencia y tecnología han experimentado un despegue extraordinario, involucrando a gran parte de la población mundial. La ingeniería, como impulsora de soluciones en este nuevo mundo por descubrir, ha desempeñado un papel crucial en la creación de esta realidad. Desde los albores de la humanidad, el ser humano ha demostrado una habilidad innata para la ingeniería, adaptando su entorno para satisfacer necesidades y sobrevivir. La ingeniería medieval, representada por máquinas bélicas como la catapulta, ha evolucionado a lo largo de los siglos, culminando en la era actual con la presencia de robots impulsados por la informática. La ingeniería se ha convertido en la expresión creativa de la ciencia y la tecnología, dando forma a nuevas herramientas, maquinaria y estructuras. La etimología de la palabra "ingeniería" se deriva del latín "ingenium" y del inglés "engine", refiriéndose a la facultad de inventar y resolver problemas con facilidad. La ingeniería se define como el conjunto de conocimientos y técnicas científicas aplicadas a la creación e implementación de estructuras físicas y teóricas para resolver problemas sociales. La ciencia, por otro lado, busca conocimientos verdaderos y sistematizados, mientras que la tecnología se centra en conocimientos técnicos y procesos para diseñar y construir objetos que satisfacen necesidades humanas. La tríada de ciencia, tecnología e ingeniería está interconectada, donde la ciencia enriquece la ingeniería y esta última utiliza la ciencia para crear y operar tecnología. La ciencia y la tecnología son componentes fundamentales del cambio y desarrollo social, subrayando el papel esencial de la ingeniería en este proceso. A pesar de la complementariedad entre ciencia e ingeniería, existen diferencias en métodos y objetivos. Mientras que la ciencia busca conocer lo existente en la naturaleza, la ingeniería busca crear lo que aún no existe. Los métodos científicos se centran en la observación, formulación de hipótesis y experimentación, mientras que los ingenieros toman decisiones para crear productos o procesos que satisfagan necesidades específicas. En la Historia, el hombre ha atisbado el futuro mediante su pensamiento científico, creando bienes y servicios para resolver problemas relacionados con la satisfacción de necesidades socio-culturales específicas. Estos avances permitieron a la humanidad dar saltos progresivos en su desarrollo, generando sucesivas revoluciones de progreso. Hasta el momento, se han identificado cuatro revoluciones industriales que posibilitaron años de avance tecnológico en cortos períodos de tiempo. Estos eventos históricos son: 1. Primera Revolución Industrial (1760-1830): Surgió en Inglaterra con la invención de la máquina de vapor, llevando de la producción manual a la mecanización. Esto aumentó la producción textil e impulsó la exportación. También se dio origen a la ingeniería civil con la formación de la Sociedad de Ingenieros. 2. Segunda Revolución Industrial (1850-1900): Se destacó por el uso de la electricidad como nueva fuente de energía. Inventos notables incluyen la pila eléctrica de Alessandro Volta, la bombilla eléctrica de Thomas Alva Edison, y el sistema de corriente alterna de Nikola Tesla. Henry Ford introdujo la producción en masa de automóviles. 3. Tercera Revolución Industrial (mediados del siglo XX): Marcada por el desarrollo de la electrónica, la informática y las telecomunicaciones. Surgieron componentes para controlar la electricidad, como el tríodo de Lee De Forest y el circuito integrado de Jack Kilby. La informática y las comunicaciones avanzaron con la creación de Internet. 4. Cuarta Revolución Industrial (desde 2011): Caracterizada por la automatización total de la manufactura mediante sistemas ciberfísicos. Las redes sociales y la conectividad global han llevado a una nueva forma de relacionamiento en el ciberespacio. La exploración espacial también ha sido parte integral del desarrollo tecnológico, con ingenieros argentinos participando en misiones como el Apolo 11 y contribuyendo actualmente a la exploración de Marte. La Cibercultura y la Ingeniería se han fusionado en la era digital o de la Tecnoingeniería. La interactividad, hipertextualidad y conectividad son características clave de esta nueva cultura, que se desarrolla en el ciberespacio. Desarrollos de la Ingeniería: Inteligencia Artificial: Programas de computación diseñados para autoaprendizaje. Domótica: Automatización inteligente de la vivienda para eficiencia energética y seguridad. Robótica: Diseño y construcción de robots para diversas aplicaciones, desde industriales hasta humanoides. Cibernética: Mecanismo de control que regula los ingresos y egresos de un sistema. Biotecnología: Uso de organismos vivos en aplicaciones como la medicina y la industria. Biomateriales: Sustancias en contacto con estructuras vivas, utilizadas en dispositivos médicos. Ingeniería Genética: Decodificación del código genético, uso de organismos transgénicos y clonación. Biomedicina: Desarrollos como prótesis con tecnología 3D y sistemas Hombre-Máquina. En la era de la tecnología, la sociedad ha experimentado una transformación significativa, dando origen a los nativos digitales, nacidos y desarrollados en un contexto familiarizado con las nuevas tecnologías. La globalización, resultado de avances tecnológicos, consolidación del capitalismo y expansión del comercio mundial, ha llevado a una interconexión sin precedentes en ámbitos políticos, económicos, sociales, culturales y tecnológicos. La pandemia del COVID-19, producto de esta globalización, ha transformado la vida cotidiana y resalta la importancia de la ética en la Cibercultura y la Ingeniería. Nueva Normalidad: La pandemia ha acelerado la adopción de tecnologías en la "nueva normalidad". Se destacan desarrollos como: Ciberescuela: Clases virtuales y plataformas educativas para la enseñanza a distancia. Teletrabajo: Uso masivo de tecnologías para trabajar desde casa. Robótica y Drones: Aplicaciones en hospitales.

2-Quimica computacional

Autor: Gabriel Cuevas

Finales de los años setenta marcaron la aparición de un nuevo campo del conocimiento, la química computacional, impulsado por químicos enfocados en la obtención de medicamentos. Este campo se originó con el objetivo de desarrollar moléculas con altas posibilidades de actividad biológica, utilizando computadoras. La revolución computacional, comparable a la revolución industrial del siglo XIX, impactó significativamente en la química, cambiando la idea fundamental de que la obtención de conocimiento en esta disciplina requiere experimentos. La química computacional abarca todos los aspectos de la investigación química que se benefician de la aplicación de computadoras, desde el control de equipos de investigación hasta la predicción teórica de propiedades químicas y físicas de compuestos. Aunque el término "química computacional" se utiliza ampliamente, no hay una definición única. Se propone una definición general que abarca la disciplina como aquella que comprende todos los aspectos de la investigación en química que se benefician de la aplicación de las computadoras. En un sentido más restrictivo, el núcleo de la química computacional implica el uso de modelos matemáticos para predecir propiedades químicas y físicas de compuestos mediante el empleo de computadoras. A lo largo del tiempo, diversas definiciones se han propuesto para la química computacional. En 1985, Hopfinger la definió como el "modelado cuantitativo del comportamiento químico empleando una computadora y los formalismos de la química teórica". Paul von Ragué Schleyer la describió como "el modelado preciso de todos los aspectos de la química real empleando cálculos en lugar de experimentos". Los editores de Reviews in Computational Chemistry la consideran como el "modelado cuantitativo de los fenómenos químicos empleando técnicas computacionales". La química computacional no se limita al cálculo de propiedades moleculares; abarca la simulación numérica de estructuras químicas y reacciones basándose en las leyes fundamentales de la física. Es esencial destacar que los términos "química teórica" y "química computacional" no son sinónimos; la primera se relaciona con la búsqueda de teorías para describir cantidades experimentalmente determinadas, mientras que la segunda implica el uso de modelos matemáticos y técnicas computacionales para abordar fenómenos químicos. La química computacional, enriquecida por desarrollos como el modelado molecular, la mecánica molecular y la dinámica molecular, abarca la capacidad de calcular propiedades de compuestos con composición similar pero diferente conectividad, como isómeros y confórmeros. Puede calcular propiedades de moléculas con base en la aplicación de conceptos generados por la química teórica. Entre las propiedades que se pueden calcular se encuentran: 1. Estructura molecular: Distribución espacial de átomos y disposición de enlaces. 2. Energías de enlace y reacción: Evaluación de la estabilidad y reactividad de compuestos. 3. Propiedades electrónicas: Análisis de la distribución de electrones y estados de transición. 4. Propiedades termodinámicas: Estudio de materiales, defectos cristalinos y propiedades de fluidos. 5. Mecanismos de reacción: Determinación de propiedades electrónicas del estado de transición. La química computacional no rivaliza con las técnicas experimentales tradicionales; ambas son complementarias. La capacidad de abordar mecanismos de reacción de manera que no es posible experimentalmente destaca su utilidad. Puede confrontar especulaciones sin sustento sólido comúnmente presentes en la literatura química. La descripción de sistemas químicos por métodos computacionales requiere formular modelos físicos, cuya complejidad depende del sistema en estudio. Los métodos ab initio se emplean para estudiar moléculas con pocos electrones, mientras que los métodos estadísticos se utilizan para sistemas grandes. La mecánica molecular y métodos semiempíricos se aplican a sistemas más grandes, aunque con simplificaciones que dependen de la parametrización. La química computacional es un nuevo campo de conocimiento que requiere individuos preparados especialmente para desarrollarlo. Integra conocimientos de química experimental, y un profesional en este campo debe tener sólidos conocimientos en ambos aspectos. La colaboración entre la química experimental y la computacional ha generado una cantidad significativa de conocimientos, dando lugar a programas académicos específicos y a medios especializados para difundir estos nuevos conocimientos, como revistas impresas y electrónicas. Lamento la confusión. Aquí está el texto que proporcionaste en un formato más coherente y con un lenguaje más fluido: La química computacional es un campo enriquecido por desarrollos como el modelado molecular, la mecánica molecular, la dinámica molecular y el diseño de interfaces gráficas. Permite calcular propiedades de compuestos con composición similar pero diferente conectividad, como isómeros y confórmeros. No busca reemplazar las técnicas experimentales, sino complementarlas. La aplicación de la química teórica permite calcular propiedades a partir de un conjunto de núcleos y electrones. Esto es especialmente útil cuando los experimentos son peligrosos, costosos o impracticables. La química computacional aborda mecanismos de reacción de manera imposible desde el punto de vista experimental, permitiendo determinar propiedades electrónicas y eliminar especulaciones infundadas. El modelado computacional describe sistemas químicos mediante modelos físicos. Para moléculas con pocos electrones, se utilizan métodos ab initio, basados en constantes fundamentales. Para sistemas más grandes, se recurre a métodos semiempíricos y mecánica molecular, que requieren simplificaciones en el modelo teórico. La química computacional como campo de conocimiento se ha integrado en programas académicos y tiene sus propios medios de difusión, como revistas especializadas. Un químico computacional debe tener sólidos conocimientos de química experimental para interpretar resultados y entender las limitaciones de la química computacional. Las revistas especializadas, como The Journal of Chemical Information and Computer Sciences, Theoretical Chemistry Accounts, y otras, son cruciales para seguir el progreso de la química computacional. Además, existen monografías fundamentales y análisis completos de la literatura en esta área.

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