Taller de Capacitación Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales Edición 2018
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- Andrea Vázquez Rojas
- hace 6 años
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1 Taller de Capacitación Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales Edición 2018 Asociación Argentina de Cristalografía concursocrecimientocristales@gmail.com
2 Asociación Argentina de Cristalografía (AACr) La AACr se dedica a difundir la Cristalografía en el país y a nuclear a los grupos que trabajan en este campo y/o la usan como herramienta en sus investigaciones. Las temáticas que se discuten son amplias, como lo hace la Unión Internacional de Cristalografía. Fue fundada en Villa Giardino, Pcia. de Córdoba, el 30 de octubre de Autoridades actuales Presidente: Dra. Adriana Serquis Vice-presidente: Dr. Sebastián Klinke Secretario: Dr. Martín Saleta
3 Año Internacional de la Cristalografía IYCr 2014 IUCr y UNESCO Festejos en Argentina Lanzamiento PRIMERA EDICIÓN Concurso de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios
4 OBJETIVOS DEL CONCURSO Objetivos Generales Transmitir a los alumnos del nivel secundario conocimientos sobre ciencia y método científico, mostrándoles a través de una experiencia concreta cómo es el proceso de construcción de conocimiento desde el planteo de un proyecto hasta la presentación de los resultados del mismo. Objetivos Específicos Divulgar los conceptos fundamentales de Cristalografía y Cristalización Fomentar las vocaciones científicas entre los estudiantes Dar a conocer la forma de trabajo en ámbitos científicos Divulgar la importancia de la Cristalografía en la sociedad
5 COMITÉ ORGANIZADOR Dr. Diego Lamas (CONICET-UNSAM, Coordinador del Comité Organizador) Lic. Federico Movilla (UBA) Dr. Sebastián Suarez (CONICET-UBA) Dra. Ana Laura Larralde (UBA) Lic. Griselda Polla (CNEA-CAC) Dr. Sebastián Klinke (CONICET-Instituto Leloir) Dra. Florencia Di Salvo (CONICET-UBA) Dra. Valeria Fuertes (CONICET-UNC) Dra. Maricel Rodríguez (CONICET-UBA) Ing. Stefanía Orozco Gil (CITEDEF-UNSAM) Dra. Vanina Franco (UNL) También siempre contamos con el apoyo de los representantes regionales de la AACr.
6 Taller Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales PROGRAMA DEL TALLER Parte 1: Introducción a la Cristalografía. Importancia en nuestra vida diaria. Para qué nos sirven los cristales? Parte 2: Crecimiento de Cristales: Conceptos generales Parte 3: Actividades para realizar en el aula La experiencia del Concurso Nacional de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios
7 Taller Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales PARTE 1 Introducción a la Cristalografía. Importancia en nuestra vida diaria. Para qué nos sirven los cristales?
8 A qué llamamos Cristalografía? Entendemos por Cristalografía el estudio de los Cristales. Inicialmente era descriptiva y se dedicaba a registrar las formas de los minerales. Los primeros usos se remontan a miles de años. Por ejemplo, en China se les atribuía propiedades medicinales. Primer estudio escrito de las simetrías de los cristales: El copo de nieve de seis ángulos ( Strena Seu de Nive Sexangula ) de Johannes Kepler, realizado en 1611.
9 Qué es la Cristalografía hoy? En la actualidad la Cristalografía es la Ciencia que estudia la estructura de los materiales a nivel atómico o molecular, ya que esta información se relaciona fuertemente con las propiedades de los mismos. Si bien su desarrollo fue a partir de estudios por difracción de rayos X, hoy en día también abarca las técnicas de difracción de neutrones y de electrones. Se aplica a todo tipo de material y en muchas áreas.
10 Cómo sabemos que los átomos están ordenados? (1) Hoy en día vemos los átomos!! Mg Cu Al Al 2 CuMg 2 nm Aluminio Cortesía AlfredoTolley
11 Cómo sabemos que los átomos están ordenados? (2) La Difracción de Rayos X Método de Max von Laue Las longitudes de onda de los rayos X son similares a las distancias interatómicas en los sólidos: Difracción!!
12 Por qué nos interesa la Cristalografía? Las propiedades de los materiales dependen de: La composición química del sólido Las uniones químicas entre los átomos presentes El ordenamiento que presenten los átomos El secreto de las propiedades físicas, químicas o biológicas de un material muchas veces reside en el ordenamiento atómico Muchos compuestos presentan polimorfismo (pueden ordenarse de diferentes formas) y es importante asegurar la presencia del polimorfo de interés.
13 A qué llamamos cristal? Denominamos cristal o material cristalino a aquél en el que los átomos, iones o moléculas que lo conforman están ordenados en forma periódica Sodium Chloride ESTRUCTURA ORDENADA Y PERIÓDICA Formada por átomos, iones o moléculas en las 3 direcciones del espacio EJEMPLO: LA SAL Sodio Cloro
14 Otro ejemplo: Diamante vs. Grafito El diamante y el grafito son dos formas del carbono, pero tienen propiedades físicas muy distintas. El diamante es más duro y transparente. El grafito es mejor conductor y lubricante. Diamante Grafito
15 Más ejemplos de estructuras Materiales más complejos Material inorgánico: Cuarzo a Material orgánico: Cinnamida Estructura cristalina de una proteína: AtHal3
16 Algunos cristales... Cuarzo Rubí Fluorita Diamante Yeso Naica (México)
17 También son cristales pero se trata de policristales... Chapa de acero Cerámicos Nano-materiales!
18 Cristales en casa!
19 Los materiales amorfos En algunos materiales, llamados amorfos, los átomos se encuentran desordenados. Por ejemplo, éste es el caso de los vidrios. En estos materiales, el patrón de difracción es difuso.
20 La historia de la Cristalografía moderna Cien años sorprendentes M. von Laue W.H. Bragg W.L. Bragg M. Perutz J. Kendrew J. Watson F. Crick M. Wilkins R. Franklin D. Shechtman
21 Wilhelm Röntgen ( ) Premio Nobel en Física 1901 por el descubrimiento de los rayos X. Descubrió (accidentalmente?) los rayos X el 8 de noviembre de Realizó la primera radiografía (analizó la mano de su esposa Berta) el 22 de diciembre de En pocos días mejoró mucho su calidad. 22 de diciembre de 1895 Presentada el 1 de enero de 1896
22 Max von Laue ( ) Premio Nobel en Física 1914 por el descubrimiento de la difracción de los rayos X a través de los cristales. Primer experimento exitoso de difracción de rayos X: 21 de abril de Primer patrón medido por Walter Friedrich y Paul Knipping, asistentes de Laue, que demuestra la existencia del fenómeno de difracción.
23 El experimento Ejes de rotación de orden 3 y 4 observados por Laue en ZnS
24 Por qué el experimento de Laue fue tan importante para la Cristalografía? Con su experimento, Laue demostró simultáneamente dos hechos muy importantes: 1) Los rayos X son radiación electromagnética de longitud de onda muy corta. 2) La materia está formada por estructuras ordenadas en forma periódica (átomos o moléculas) con distancias características del mismo orden.
25 William H. Bragg ( ) William L. Bragg ( ) Los Bragg, padre e hijo, recibieron el Premio Nobel en Física 1915 por sus aportes en el análisis de la estructura cristalina mediante difracción de rayos X. W.L. Bragg es la persona más joven que recibió un Premio Nobel (a los 25 años!!). Los aportes más importantes fueron de W.L. Bragg, que logró resolver la estructura de varios compuestos inorgánicos analizando su patrón de difracción de rayos X. La primera estructura resuelta fue la del cloruro de sodio.
26 W.L. Bragg publicó en 1913 la resolución de la estructura cristalina de NaCl, KCl, KBr, ZnS, CaF 2 y CaCO 3. NaCl;KCl;KBr CaF 2 Diamante W.H. Bragg hizo importantes aportes en el arreglo experimental que permitieron medir con más precisión. Además, resolvió la estructura cristalina del diamante.
27 W. Röntgen M. von Laue W.H. Bragg W.L. Bragg Con estos grandes científicos nace la Cristalografía moderna o Cristalografía de rayos X y se fundan los principios de la Física y Química del Sólido, la Ciencia de Materiales, etc. Sus investigaciones revolucionaron muchos campos de la Ciencia.
28 Qué pasó después? Se encontraron aplicaciones sorprendentes! El ADN: Premio Nobel 1962 Watson,Crick y Wilkins La hemoglobina: Premio Nobel 1962 M. Perutz La penicilina y la insulina: D. Hogdkin (Premio Nobel 1964) La fotosíntesis: Premio Nobel 1988 Michel, Deisenhofer y Huber Los cuasicristales: Premio Nobel 2011 D. Shechtman La Cristalografía llega a Marte!
29 La Cristalografía está en todo lo que nos rodea!
30 Taller Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales PARTE 2 Crecimiento de Cristales: Conceptos generales
31 Naturales vs. Artificiales Se puede crecer cristales?
32 Monocristales vs policristales
33 El fenómeno de Cristalización La cristalización de un determinado compuesto tiene lugar cuando las condiciones dentro de un medio, solución, fundido o vapor, bajo una temperatura, presión y sobresaturación dadas, son energéticamente favorables para que los constituyentes formen uniones permanentes. VAPOR FUNDIDO SOLUCION
34 Solubilidad y Cristalización SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE SOLVENTE Y SOLUTO SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE Para que un soluto pueda disolverse en un solvente determinado, las características de ambos son muy importantes. Variables a tener en cuenta: tipo de sustancia, polaridad del solvente y del soluto, estabilidad, constantes físicas del solvente, etc
35 Solubilidad y Cristalización SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE SOLVENTE Y SOLUTO SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE Curvas de solubilidad: Concentración vs. temperatura
36 Etapas de la Cristalización 1. Sobresaturación 2. Nucleación 3. Crecimiento cristalino Formación de clústeres Nucleación Crecimiento Cristalino
37 Etapas de la Cristalización 1. Sobresaturación Se define como la concentración en exceso de soluto de una solución saturada bajo determinadas condiciones de presión y temperatura. Se consigue por: Enfriamiento o calentamiento de la solución Evaporación de solvente Cambios en el ph Agregado de precipitantes Diálisis C T
38 2. Nucleación Etapas de la Cristalización Proceso de generación a partir de una fase madre metaestable de los fragmentos iniciales de una nueva fase, más estable, capaces de desarrollarse espontáneamente en fragmentos más grandes de la fase estable. Primer paso decisivo en la formación de un cristal Cluster de aproximadamente 20 moléculas de apoferritin (Yauand Vekilov, Nature, 2000). AGREGADOS MOLÉCULAS O IONES GÉRMENES CRISTALINOS EMBRIONES NÚCLEOS
39 Etapas de la Cristalización 2. Nucleación HOMOGÉNEA Espontánea PRIMARIA HETEROGÉNEA Inducida por partículas extrañas, impurezas SECUNDARIA Inducida por gérmenes o semillas Alta sobresaturación Baja sobresaturación
40 ETAPAS DE LA CRISTALIZACION Etapas de la Cristalización 3. Crecimiento cristalino Proceso que permite obtener un cristal y conocer su hábito
41 Factores que influyen en la Cristalización a) Velocidad de cristalización b) Solvente c) Zonas de nucleación preferente d) Inestabilidad térmica e) Impurezas f) Vibraciones externas g) Grado de sobresaturación
42 Factores que influyen en la Cristalización: importancia del grado de sobresaturación v Precipitados cristalinos v n Precipitados coloidales v c Región metaestable Región Nucleación espontánea β * β c Condiciones óptimas entre crecimiento cristalino y tamaño: sobresaturación infinitesimal y tiempo muyyyy largo
43 OBTENCION DE CRISTALES A PARTIR DE EVAPORACION LENTA DE SOLVENTE 1 Pesar la cantidad de sólido 3 Dejar evaporando muy lentamente el solvente en un lugar limpio 4 Tenemos los cristales!! 2 Preparar la solución sobresturada calentando
44 OBTENCION DE UN MONOCRISTAL A PARTIR DE UNA SEMILLA 1 Elegir la semilla Pesar la cantidad de sólido 2 3 Preparar la solución sobresturada calentando 4 Armar el sistema de cristalización con la semilla y dejar evaporando muy lentamente 5 Tenemos el cristal!!
45 OBTENCION DE POLICRISTALES DE AZÚCAR A PARTIR DE VARIAS SEMILLAS
46 OBTENCION DE POLICRISTALES DE AZÚCAR A PARTIR DE VARIAS SEMILLAS Resultados
47 OBTENCION DE UN HUEVO GEODA A PARTIR DE VARIAS SEMILLAS 1 Realizar dos agujeritos con un clavo o alfiler en 2 un huevo crudo en dos lugares opuestos Soplar con fuerza desde uno de los agujeritos para vaciar el huevo y dejarlo hueco. Descartar el contenido. 3 Con mucho cuidado, con una tijera cortar el huevo en dos mitades. Luego retirar la membrana interna. Y ya está listo para realizar la geoda!
48 4 OBTENCION DE UN HUEVO GEODA A PARTIR DE VARIAS SEMILLAS Colocar un adhesivo tipo pegamento universal en la superficie del huevo y adherir cristalitos de la sustancia a cristalizar (similar a como se hacen los palitos de azúcar). 1º 6 Colocar la cáscara de huevo con los cristalitos adheridos en el recipiente con la solución sobre-saturada preparada previamente. 2º 5 Preparar una solución sobre-sobresaturada de la sustancia a cristalizar. Puede ser: azúcar, bórax, sulfato de cobre, alumbre de potasio. Ejemplo de solución de AZUCAR con COLORANTE NARANJA 7 Darle tiempo a los CRISTALES para que crezcan!
49 OBTENCION DE UN HUEVO GEODA A PARTIR DE VARIAS SEMILLAS 8 Los resultados: nada que envidiarle a la naturaleza! Azúcar GEODAS ARTIFICIALES GEODAS NATURALES Alumbre de potasio Bórax CuSO 4
50 Taller Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales PARTE 3 Actividades para realizar en el aula La experiencia del Concurso Nacional de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios
51 Edición 2018 Concurso de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios
52 BASES, MATERIAL Y CONTENIDOS Página WEB Dirección de correo electrónico concursocrecimientocristales@gmail.com Facebook /ConcursoCrecimientoCristalesArgentina/
53 1 TALLERES DE CAPACITACIÓN DOCENTE 2 REALIZACIÓN DE UN EXPERIMENTO DE CRISTALIZACIÓN Y SU COMUNICACIÓN 3 EVALUACIÓN Y COMUNICACIÓN DE RESULTADOS 4 JORNADA DE FINALISTAS
54 CONCURSO CRONOGRAMA 2017: DEL CRONOGRAMA CONCURSO 2018 Acto de lanzamiento (UNSAM) Inscripción de colegios al Concurso 13 de abril 8 de marzo al 29 de junio La inscripción es realizada por UN docente que representa al colegio Inscripción de docentes a Talleres de Capacitación en todo el país Talleres de Capacitación Docente 8 de marzo a 15 de junio La inscripción es realizada por cada docente 14 de abril al 16 de junio Realización de las experiencias y envío de video o informe Anuncio de los trabajos finalistas Jornada de finalistas y Ceremonia de Premiación en Rosario Hasta el 10 de septiembre El envío de cada trabajo es realizado por grupo participante por el docente responsable de cada grupo 29 de septiembre 13 de noviembre
55 Talleres de Capacitación Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales En apoyo al Concurso Nacional de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios y al Concurso Internacional de la IUCr, la AACr organiza talleres de capacitación docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales a lo largo de todo el país. Desde 2014 se organizaron más de 120 talleres. En 2017 se realizaron 44 talleres y se visitaron todas las provincias del país. Participaron más de 2000 docentes. Esta actividad es auspiciada y financiada por el programa VocAr de CONICET.
56 Talleres de Capacitación Docente sobre Cristalografía y Crecimiento de Cristales
57 SUSTANCIAS ADMITIDAS (Las mismas desde 2016) Sacarosa (azúcar común) Alumbre de potasio Sulfato de Cobre (II) NaCl (sal de mesa) Bórax Fosfato diácido De potasio (KDP) ADITIVOS PARA COLOREAR: colorantes vegetales o tintas
58 TIPO DE COMPOSICIÓN CRISTALINA Policristales Monocristales Combinación de compuestos
59 CATEGORÍAS DEL CONCURSO 2018 (se debe elegir una) 1: Monocristal de sacarosa 2: Policristal de sacarosa 3: Monocristal de sulfato de cobre 4: Policristal de sulfato de cobre 5: Monocristal de cloruro de sodio 6: Policristal de cloruro de sodio 7: Monocristal de alumbre de potasio 8: Policristal de alumbre de potasio 9: Monocristal de KDP 10: Policristal de KDP 11: Monocristal de bórax 12: Policristal de bórax 13: Combinación de sustancias. Se podrán combinar algunos y/o todos los compuestos aceptados.
60 CONCURSO 2018: PRESENTACIÓN DE LOS TRABAJOS Informe, formato pdf, doc o docx, subido a dropbox EXTENSIÓN MÁXIMA: 5 PÁGINAS Video, subido a youtube o vimeo DURACIÓN MÁXIMA: 4 minutos En ambos casos el docente debe completar un formulario de envío de trabajo, donde figure el link al cual se subió el trabajo Los datos de la institución, de los alumnos y del docente deberán estar incorporados al informe o video. Objetivos. Procedimiento. Detallar brevemente. Resultados: Incluir las observaciones, datos de pesadas, colores, medidas, tiempo destinado al experimento, etc. Incluir fotos teniendo en cuenta alguna referencia de medida Conclusiones y Bibliografía
61 CONCURSO 2018: CRITERIOS DE EVALUACIÓN Cristales obtenidos: forma, simetría, bordes, existencia de fracturas, superposición de más de un cristal, defectos, presencia de impurezas, turbiedad, tamaño, ángulos, pureza, caras del cristal, hábito cristalino, masa (volumen de la composición cristalina). Originalidad y Creatividad: Grado de innovación en la realización de experimentos. Modificaciones innovadoras al procedimiento y estética de la presentación. Plan de trabajo: (i) Aplicación del método científico en la elaboración del plan de trabajo, (ii) Estructuración coherente y clara del plan de trabajo, (iii) Estudio de distintas variables de interés para el proceso de crecimiento, identificando la importancia de cada una. Exposición oral: Conocimiento y dominio del procedimiento o metodología utilizada. Utilización del lenguaje científico-técnico. Seguridad en la expresión de los conceptos adquiridos y resultados obtenidos. Actitud y comportamiento adecuados para un contexto de debate científico.
62 CONCURSO 2018: JORNADA DE FINALISTAS La jornada de finalistas del Concurso Nacional de Crecimiento de Cristales para Colegios Secundarios se realizará en el Espacio Cultural Universitario (ECU) de la Universidad Nacional de Rosario el 13 de noviembre.
63 PATROCINADORES Y AUSPICIANTES 2018
64 Un poco de historia
65 2014 Experiencia Inolvidable!
66 Una rosa de azúcar! Policristales de azúcar con distintas formas CPEN No. 28 de San Martín de los Andes, medalla de plata en el concurso mundial 2014
67 CONCURSO 2017: EJEMPLOS Concurso 2014 Un mensaje de paz con cristales! CPEN No. 28 de San Martín de los Andes, medalla de oro en el concurso mundial 2014
68 2015 Dominando las técnicas!
69 Un zapatito de Cristal! Zapatitos de policristales de alumbre de potasio Escuela Industrial Domingo F. Sarmiento de San Juan Capital, medalla de oro en el concurso mundial 2015
70 2016 Nos seguimos sorprendiendo!
71 CONCURSO NACIONAL DE CRECIMIENTO DE CRISTALES PARA COLEGIOS SECUNDARIOS Luego de la experiencia de las primeras ediciones, se decidió continuar con este concurso, en lo posible todos los años. Se mantuvieron los mismos formatos: videos (hasta 4 min.) o informes (hasta 5 pág.). Se recibieron aproximadamente 265 trabajos de todo el país. /ConcursoCrecimientoCristalesArgentina/ La Jornada de Finalistas y la Entrega de Premios se realizó en Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA con los 13 grupos finalistas seleccionados por el jurado y 17 de los 21 grupos que recibieron mención especial.
72 JORNADA DE FINALISTAS EDICIÓN 2017 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - UBA, 14 de noviembre de 2017
73 Algunos trabajos destacados 2017
74 Colegios Distinguidos Instituto Preuniversitario Escuela Industrial Domingo F. Sarmiento de San Juan Capital (Pcia. de San Juan) Colegio N 17 del Distrito Escolar 7 Ciudad Autónoma de Buenos Aires
75 CONCURSO INTERNACIONAL DE LA IUCr Concurso mundial para alumnos de primaria y secundaria (hasta 18 años) organizado por la Unión Internacional de Cristalografía. Desde 2014, los colegios argentinos tuvieron una muy destacada actuación: Argentina fue siempre el país que más trabajos envió y en total fue el que más medallas recibió (pero sólo una en 2017). Fecha límite para envío de trabajos: 18 de noviembre de 2018
76 CONCURSO INTERNACIONAL DE LA IUCr 2014 En el Año Internacional de la Cristalografía, la IUCr otorgó 27 medallas y 20 menciones de honor. Argentina fue el país más destacado: los colegios argentinos recibieron 6 medallas (3 de oro, 2 de plata y una de bronce) y 5 menciones de honor.
77 CONCURSO INTERNACIONAL DE LA IUCr 2015
78 CONCURSO INTERNACIONAL DE LA IUCr 2016 CATEGORÍA HASTA 11 AÑOS - MEDALLA DE BRONCE Colegio: Escuela Nº 4048 "Provincia de Salta" de Salta Capital, Pcia. de Salta CATEGORÍA HASTA 11 AÑOS - MEDALLA DE ORO Colegio: Escuela José María Torres de Pocito, Pcia. de San Juan CATEGORÍA AÑOS - MEDALLA DE BRONCE Colegio: Escuela de Educación Secundaria N 3 Perla de Feola de Comandante Nicanor Otamendi (Pcia. de Buenos Aires) CATEGORÍA AÑOS - MEDALLA DE ORO Colegio: Instituto Preuniversitario Escuela Industrial Domingo F. Sarmiento de San Juan Capital (Pcia. de San Juan)
79 CONCURSO INTERNACIONAL DE LA IUCr 2017 CATEGORÍA HASTA 11 AÑOS - MEDALLA DE ORO Colegio: Escuela San José de Calasanz de Pocito, Pcia. de San Juan Alumnos: Lautaro Samuel Araya Carrizo, Javier Andrés Cavila Baez, Leonardo Nicanor Quinteros, José Ignacio Zahabedra Zalazar, Lourdes Tamara Herrera Quinteros, Luciana Milagros Subia Vidaurre, Darío Jesús Chaparro Celiz, Guillermo Mauricio Morales, Jeremías Lihuel Vazquez, Cintia Celeste Aballay, María de los Ángeles Castro, Camila Celeste Morales y María Isabel Puca Docentes: Myriam del Carmen Navas y Sabrina Maribel Lain Navas
80 Los invitamos a descubrir el maravilloso mundo de los cristales Muchas gracias por su atención! Asociación Argentina de Cristalografía
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