TEMA 2: Nanomateriales y nanoestructuras 1. Tipos de enlaces a. Enlace iónico b. Enlace covalente c. Enlace metálico d. Fuerzas intermoleculares: Fuerzas de van der Waals 2. Estructuras cristalinas: Redes de Bravais. Silicio. 3. Nanoestructuras a. Nanopartículas b. Hilos c. Películas y recubrimientos d. Materiales porosos e. Materiales policristalinos f. Estructuras cuánticas: pozos, hilos y puntos cuánticos g. Moléculas i. Fullerenos ii. Nanotubos iii. Grafeno
ENERGÍA DE LOS ENLACES 2 2 2 Energía Distancia de enlace Ar 2 0.3 kcal/mol =0.013eV 3.76 Å He 2 0.022kcal/mol=9.5 10-4 ev 3.0 Å H 2 4.5 ev 0.74 Å k B T = 0.026 ev=0.6 kcal/mol a temperatura ambiente
ENLACES QUÍMICOS ENLACE IÓNICO 4 ENLACE METÁLICO
ENLACES QUÍMICOS ENLACE COVALENTE
ENLACES QUÍMICOS HIBRIDACIÓN
ENLACES QUÍMICOS ORBITALES HÍBRIDOS Hibridación sp 2 Hibridación sp 3 CH 4 Hibridación sp
ENLACES QUÍMICOS ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL BENCENO Grafeno
FUERZAS DE VAN DER WAALS Fuerzas de Van der Waals 1. Fuerza dipolo-dipolo, o fuerza de Keesom: Interacción entre dipolos permanentes. 2. Fuerza de inducción o de Debye: dipolo dipolo inducido 3. Fuerza de dispersión de London: Interacción entre dipolos ocasionales Electronegatividad: H > 2.2 Cl > 3.16 MOMENTO DIPOLAR DE UNA MOLÉCULA Ácido clorhídrico: HCl Agua: H 2 O Anhídrido carbónico: CO 2
FUERZAS DE VAN DER WAALS Fuerzas de van der Waals 1. Fuerza dipolo-dipolo, o fuerza de Keesom: Interacción entre dipolos permanentes. Ejemplo Enlaces de Hidrógeno Nitrógeno, Oxígeno, Fluor
FUERZAS DE VAN DER WAALS Fuerzas de Van der Waals 2. Fuerza de inducción o de Debye: dipolo dipolo inducido Por ejemplo: HCl y Ar o H 2 O y CCl 4 3. Fuerza de dispersión de London: Interacción entre dipolos ocasionales Por ejemplo: metano, gases nobles, etc. Elemento He Ne Ar Kr Xe Número atómico 2 10 18 36 54 Punto de ebullición (K) 27 87 120 165 211
compuesto Punto ebullición C Momento dipolar D % dipolo dipolo % dipolodipolo inducido % dispersion Ar 186 0 0 0 100 CO 190 0.1 0 0 100 HCl 84 1.0 14.4 4.2 81.4 HBr 67 0.8 3.3 2.2 94.5 HI 35 0.4 0.1 0.4 99.5 NH 3 33 1.5 44.6 5.4 50.0 H 2 O 100 1.8 77.0 4.0 19.0
Tipo de enlace Energía de disociación (kcal/mol) Energía de la red iónica 250 4000 Energía del enlace covalente 30 260 Enlaces de hidrógeno 1 12 Dipolo Dipolo 0.5 2 Fuerzas de dispersión de London <1 to 15 2 2 2 2 2m 2 Tipo de enlace Tipo de fuerza n m ions Coulomb 12 1 ion molécula polar ion dipolo 12 2 Dos moléculas polares dipolo dipolo 12 3 ion molécula no polar ion dipolo inducido 12 4 Molécula polar y no polar dipolo dipolo inducido 12 6 moléculas no polares dispersión 12 6
Fuerzas de Van der Waals: geckos - salamanquesas 1 mm 2 : 14000 microapéndices (setae) de 5µm que acaban en 100 o 1000 spatulae de 200nm de largo
ESTRUCTURAS CRISTALINAS Redes de Bravais
2. Nanoestructuras a. Nanopartículas b. Hilos c. Películas y recubrimientos d. Materiales porosos e. Materiales policristalinos f. Estructuras cuánticas: pozos, hilos y puntos g. Moléculas i. Fullerenos ii. Nanotubos iii. Grafeno
NANOPARTÍCULAS Nanoparticles of Titanium Oxide Porcentaje de átomos superficiales en una nanopartícula en función del número total de átomos
NANOPARTÍCULAS propiedades Oro (Au) Oro Nano Color Amarillo rojo Conductividad eléctrica Conductor Pierde la conductividad a 1 3 nm Magnetismo No magnético Se hace magnético a3 nm Reactividad química Químicamente inerte Explosivo; actúa como catalizador (a) (b) (c) Nanotecnología romana de hace 1600 años: La copa de Licurgo. Los efectos de color están hechos con nanopartículas de oro y plata: (a) luz reflejada. (b) luz transmitida. (c) Una disolución de nanopartículas de oro en agua.
NANOPARTÍCULAS propiedades, 1 1
NANOPARTÍCULAS funcionalización 1-Mercapto-(triethylene glycol) methyl ether functionalized 5 nm gold nanoparticles: Soluble in a variety of solvents including toluene, chloroform, ethyl acetate, acetone, water and alcohols. (1-Mercaptoundec-11-yl) tetraethyleneglycol functionalized 5 nm gold nanoparticles: Soluble in alcohol and water Dodecanethiol functionalized 5 nm gold nanoparticles: Use in organic solvents such as toluene.
nano HILOS PELÍCULAS AUTOENSAMBLADAS SAM Self Assembled Monolayers
MATERIALES POROSOS MATERIALES POLICRISTALINOS Zeolitas
ESTRUCTURAS CUÁNTICAS: POZOS, HILOS Y PUNTOS CUÁNTICOS
FULLERENOS Y NANOTUBOS Premio Nobel de Química 1996 H. Kroto, R. Curl, R. Smalley Nanopartículas de carbono: fullereno C 60 Premio Nobel de Química 1991 Sumio Iijima Estructura de los nanotubos de carbono
NANOTUBOS Pared simple (Single Wall nanotube SWNT) Pared múltiple (Multiwall nanotube MWNT)
NANOTUBOS ESTRUCTURA (, 0) (, )
NANOTUBOS PROPIEDADES Y APLICACIONES Mechanical performances of CNT compared to carbon fibers, Kevlar and stainless steel Transistor FET con puerta de nanotubos
NANOTUBOS FABRICACIÓN Fig. 22.14 An ordered array of MWCNTs grown using an alumina template (From J. Li et al., Appl. Phys. Lett. 75, 367 (1999) Fig. 22.15 Vertically alligned CNTs from a DC plasma enhanced process Handbook of nanoscience, 2007 Nanotube arrays grown on Ni dots: (b) Single nanotubes on Ni dot of 100 nm, as only a single nanoparticle is formed from such a dot. (c) Demonstration of high yield, uniform, and selective growth of nanotubes at different densities. Copyright 2001 American Institute of Physics. (Functionalization of vertically aligned carbon Nanotubes, E. Van Hooijdonk et al., Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4, 129 152)
GRAFENO
GRAFENO
MOLÉCULAS ORGÁNICAS K. Stokbro et al., Theoretical study of the nonlinear conductance of Di thiol benzene coupled to Au(1 1 1) surfaces via thiol and thiolate bonds, Computational materials Science 27, 151 (2003)
MOLÉCULAS ORGÁNICAS S. Lenfant et al., Electron Transport through Rectifying Self Assembled Monolayer Diodes on Silicon: Fermi Level Pinning at the Molecule Metal Interface, J. Phys. Chem. B, Vol. 110, No. 28, 2006
MOLÉCULAS ORGÁNICAS H. He, Nanotechnology 19, 505203 (2008) Electronic conduction in a novel three-terminal molecular transistor
MOLÉCULAS ORGÁNICAS Nano. The essentials (2007)
MOLÉCULAS ORGÁNICAS