Química del Estado Sólido

Transcripción

1 Química del Estado Sólido Por qué un curso de química de sólidos?? 2x2x2 celdas de una perovskita distorsionada

2 Celda unitaria del YBa2Cu3O7

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4 Existe un aspecto económico que es muy importante y mueve muchas cosas: En que material les gustaría pensar?: Vidrios? Cemento? Catalizadores heterogéneos? Materiales para la industria de la electrónica? varistores, piezoeléctricos, termoeléctricos, termomagnéticos? microcircuitos procesadores? Biomateriales? Polvo de diamante? Gemas sintéticas? Metales? Aleaciones? Latas de refresco? Corrosión? Finalmente quizá valga la pena evocar el reclamo que León Ledermann hacía al presidente de los EU en el que le menciona que alrededor del 38 % del PNB de su país estaba en deuda con la MC (y el estado sólido)

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6 El costo de la corrosión en los Estados Unidos de Norteamérica: Zenneti, R., Chem. Eng. (NY) 1990, 97(10), 5 Hairston, D.W., Chem. Eng. (NY) 1996, 103(3), 65

7 10 datos ilustrativos sobre corrosión: Fuente: US Army gasta 2,000 millones de dólares sólo en pintura anticorrosiva El costo de la corrosión de Automóviles (USA) es de 23.4 mil millones de dólares Costo de la corrosión en los puentes de los Estados Unidos de Norteamérica millones de dólares ( puentes) En Japón el costo estimado de la corrosión es del % del GNP (PIB) Invisible Enemy", Engineering, September Office of Infrastructure Research and Development, Report FHWA- RD , September Materials Performance, March 2002, p.31. National Institute for Materials Science (Japan). En ductos de transporte de prod. del petróleo (gas, aceite, etc.) se gastan millones anuales para prevenir corrosión Suiza invierte el 3-5 % del GNP (PIB) mil millones de Francos Suizos por año, previniendo corrosión En Estados Unidos de Norteamérica, el costo total de la corrosión se estima en 4 % del GNP (más de 1000 dólares por año por persona ( millones de dólares por año) Office of Infrastructure Research and Development, Report FHWA- RD , September EMPA web site (dated 1999). Extrapolación basada en Batelle news release, En Estados Unidos de Norteamérica, el costo directo total de la corrosión se estima en 3.2 % del GNP ( millones de dólares por año) Report FHWA-RD , September En Estados Unidos de Norteamérica, el costo directo total de la corrosión se estimó en millones en 1941 Tan solo en lo relativo a vehículos de autotransporte se destina el 0.25 % del GNP para gastos de corrosión Akron Section of the American Chemical Society), April 1996 Materials Performance, March 2002, p.31.

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9 Algunas bondades de los magnetorresistores gigantes y colosales

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11 Celda unitaria de BN

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13 Estructura cristalina de rutilo (TiO 2 )

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15 Formas alotrópicas del Carbono

16 Tubos para almacenamiento de Hidrógeno

17 Estructura cristalina de C 60.

18 Zeolita Y (faujacita) El 70 % de las reacciones de la industria petrolera Básica son catalizadas por zeolitas Mordenita

19 Química del Estado Sólido Estados de agregación y sus características físicas Más generales. Gases Líquidos Sólidos a) amorfos b) cristalinos plasma Campo electromagnético Existe alguna característica (microscópica o macroscópica?) que verdaderamente podría distinguirlos? Primero entre ellos Para los sólidos en particular?

20 Dos grandes divisiones de los sólidos SiO 2 vidrio Proyección en un plano De la estructura del cuarzo

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23 Enlaces que mantienen unidos a los sólidos

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37 Modelo de esferas empacadas de SC, BCC y FCC con un átomo por punto de red (malla) Cuántos átomos hay por celda unitaria? Cuente ahora el número de primeros vecinos de cada átomo Relaciones estéricas en celdas cúbicas empacadas Para SC 2r ao Para BCC a o 4r 3 Para FCC o 4r Definiendo un factor de empacamiento como. Cuál es el factor de empacamiento para cada una de estas tres? a 2

38 Si Polonio (el único en cond. estándar) es SC tiene una masa molar de Kg Molibdeno Kg es BCC Oro Kg es FCC Cuál es la densidad de cada uno de ellos? Faltan parámetros de celda N M c NV A c

39 Coordenadas internas de una celda cristalina

40 Notar aquí la coordinación de cada esfera

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42 Procedimiento para asignar índices de Miller: a) Considere un plano adyacente a aquél que pasa por el origen b) Considere las intersecciones de este plano con los tres ejes de la celda cristalina y escriba estas intersecciones en términos de fracciones de a, b o c. c) Si el plano en cuestión corta al eje x en a/2; al y en b y al z en c/3, las intersecciones fraccionales son ½, 1, 1/3 d) Los recíprocos de estos números le darán 2,1,3 e) Enciérrelos en un paréntesis (sin coma) (213) Estos son los índices de Miller de este plano y de todos los que sean paralelos de éste. Dos planos adyacentes de estos estarán separados una distancia d.

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45 El símbolo { } se utiliza para indicar un conjunto de planos que son equivalentes, por ejemplo, el conjunto (100), (010) y (001) son equivalentes para un cristal cúbico y pueden ser representados por la notación {100}. Para determinar direcciones con índices de Miller: a) Use un eje coordenado derecho y determine lasa coordenadas de dos puntos que caigan en la línea de la dirección que usted desea b) Sustraiga las coordenadas de la cola de las coordenadas de la cabeza c) Lleva la sustracción a números enteros simples y bajos d) Encierre los números en paréntesis rectangulares [ ]

46 Note que : a) [100] no es la misma que [100] b) Una dirección y su múltiplo son las mismas [100]=[200] c) Existen direcciones equivalentes que dependen de la elección del sistema coordenado. Se llaman direcciones de forma y se denotan por < > También se puede mencionar la densidad lineal, que sería en número de (puntos de puntos de red menos 1) por unidad de longitud. También una densidad de cara = átomos por cara/área de cara Fracción de empacamiento de cara = área de átomos por cara/área de cara

47 Índices de Miller_Bravais h+k= -i y pasamos de una notación (hkl) a una (hkil) Cuáles son los índices de Miller para los planos A y B??

48 Direcciones de la celda Miller-Bravais 1 h (2 h ' 3 k ') 1 k (2 k ' 3 h ') 1 i ( h ' 3 k ') l l' Donde las h, k y l primas son los índices en el sistemas de tres ejes En la figura de la lamina anterior, Cuáles son las direcciones de C y D? Hágalo en sistema de tres ejes y convierta a cuatro ejes

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54 Localización de huecos octaédricos en CCP

55 Localización de huecos tetraédricos en CCP

56 Huecos octaédricos en HCP

57 Localización de huecos tetraédricos en HCP

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