Tema (2) - Universidad de Almería

Universidad de Almería.
Facultad de Ciencias Experimentales.
Dpto. Química Física, Bioquímica y Química Inorgánica.
“QUÍMICA DEL ESTADO SÓLIDO”
(Asignatura optativa de 2º ciclo de la licenciatura de Ciencias Químicas)
Curso: 4º
Créditos: 4.5
Profesor:
Curso académico: 2000/2001
Tema (1):
1.- Introducción y estudios preliminares:
1.1.- Introducción a los conceptos en la Química estructural del estado sólido.
1.2.- Red cristalina y celdilla unidad:
1.3.- Teorías y clasificación de estructuras cristalinas:
- Empaquetamiento compacto
- Estructuras basadas en empaquetamientos compactos.
Tema (2):
0.- Enlace en la Química del Estado Sólido:
1.- Enlaces no direccionales entre especies cargadas: cristales iónicos
1.1.- Estructuras iónicas: principios generales
1.2.- Energética de los cristales iónicos
1.3.- Consideraciones de ocupación del espacio: curvas de Parthé. Transiciones de fase.
2.- Direccionalidad del enlace:
2.1.- Diagramas de Mooser-Pearson
2.2.- Diagramas C=f(Eh)
3.- Consecuencias estructurales de la configuración electrónica.
Tema (3):
1.- Enlace metálico:
1.1.- Enlace en sólidos: modelo de bandas
1.2.- Conductividad electrónica: metales simples:
- Teoría del electrón libre
- Conductividad electrónica
1.3.- Semiconductores: Silicio y Germanio
- Fotoconductividad.
1.4.- Semiconductores dopados
1.5.- Bandas en compuestos del bloque “d”:
- Monóxidos de metales de transición
- Dióxido de Ti.
Tema (4):
1.- Cristales moleculares:
1.1.- Teoría de Kitaigorodskii
1.2.- Cristales moleculares inorgánicos
1.3.- Cristales moleculares conteniendo cadenas
1.4.- Cristales con enlaces de H
Tema (5):
1.- Sólidos covalentes:
1.1.- Estructuras en capas
1.2.- Estructuras basadas en poliedros unidos: silicatos minerales. Zeolitas.
Tema (6):
1.-Defectos en cristales:
1.1.- Clasificación de defectos
1.2.- Aspectos termodinámicos de la formación de defectos
1.3.- Centros de color
1.4.- Defectos complejos: cúmulos (cluster) o agregados de defectos
2.- Defectos lineales:
2.1.- Dislocaciones y propiedades mecánicas de los sólidos:
- Dislocaciones de borde
- Dislocaciones helicoidales
3.- Defectos en planos:
3.1.- Límites de grano.
3.2.- Defectos de apilamiento.
3.3.- Planos cristalográficos de cizalladura
3.4.- Estructuras de intercrecimiento.
Tema (7):
1.- Compuestos no estequiométricos:
1.1.- Introducción
1.2.- Disoluciones sólidas:
- Sustitucionales
- Intersticiales
- Otros mecanismos de formación de disoluciones sólidas
Tema (8):
1.- Diagramas de fases:
1.1.- Regla de las fases
1.2.- Sistemas de un componente:
1.3.- Sistemas de dos componentes:
Tema (9):
1.- Métodos de preparación de sólidos:
1.1.- Reacción en estado sólido
1.2.- Métodos de cristalización
1.3.- Métodos de transporte en fase vapor
1.4.- Cambio iónico y reacciones de intercalación
1.5.- Métodos de reducción electroquímica
1.6.- Preparación de películas finas
1.7.- Crecimiento de monocristales
1.8.- Métodos hidrotérmicos y de alta presión
Tema (10):
1.- Técnicas de caracterización de sólidos:
1.1.- Técnicas de difracción: Difracción de RX. Difracción de electrones. Difracción de
neutrones.
1.2.- Técnicas microscópicas: Microscopía electrónica
1.3.- Técnicas espectroscópicas: IR, Raman, UV-visible, RMN, Mösbauer.
1.4.- Otras técnicas usadas en la caracterización estructural de sólidos: Análisis térmico
(DTA, DTG, DSC).
Tema (11):
1.- Propiedades magnéticas de los sólidos:
1.1.- Introducción
2.- Susceptibilidad magnética:
2.1.- Efecto de la temperatura: Ley de Curie
3.- Ejemplos de materiales magnéticos: Estructura y Propiedades:
3.1.- Metales y aleaciones
3.2.- Monóxidos de metales de transición
3.3.- Espinelas
Universidad de Almería.
Facultad de Ciencias Experimentales.
Dpto. Química Física, Bioquímica y Química Inorgánica.
Programación de las prácticas de Química del Estado Sólido
(Ciencias Químicas)
Curso: 4º
Créditos: 3
Curso académico: 2000/2001
Breve descripción del contenido de la asignatura: Aplicación de las técnicas de
difracción, microscopía, espectroscopía, y análisis térmico al estudio de los sólidos
inorgánicos. Defectos cristalinos, compuestos no estequiométricos y disoluciones
sólidas.
El programa propuesto está pensado para su desarrollo en ocho sesiones, de 3-4 horas
de duración cada sesión. La temporalización de las mismas viene indicada en cada
práctica.
Práctica (1): “Síntesis y caracterización de magnetita y ferrita de Zinc”
El objetivo de esta práctica es el de sintetizar dos óxidos mixtos con estructuras de
espinela y proceder a su caracterización mediante la realización de espectros de
infrarrojo a los mismos, así como la comprobación de sus particulares propiedades
magnéticas. Dichas propiedades les ha hecho particularmente interesantes en su
aplicación como dispositivos de memoria en computadores, o como partículas
magnéticas en cintas de grabación y como núcleos de transformador. (Tiempo estimado:
dos sesiones de 3 y 4 horas, respectivamente).
Práctica (2): “Síntesis y caracterización de un complejo piridina-niquel”
En esta práctica, se sintetizará un complejo de piridina y niquel, procediendo
posteriormente a su caracterización mediante análisis infrarrojo y termogravimétrico.
Así mismo los alumnos tendrán que determinar la fórmula empírica del complejo y el
porcentaje de piridina existente en el mismo. (Tiempo estimado: dos sesiones de 3 y 4
horas, respectivamente).
Práctica (3): “Análisis inmediato de carbones”
El análisis termogravimétrico es una técnica muy usada en la valoración de carbones y
para simular combustiones.
En esta práctica, se entregará al alumnos varios perfiles de quemado de diversos
carbones, realizados en modo no isotermo, y se les pedirá: determinar los parámetros de
caracterización de la reactividad para cada carbón y un breve comentario donde se
explique cual de ellos es más reactivo y en que se basa para ello.
Por otro lado, se les proporcionará una gráfica donde se representa la curva de peso
frente al tiempo, correspondiente a un ensayo no isotermo, y se les pedirá determinar el
porcentaje de humedad, volátiles y C fijo que se pierde en el proceso de combustión.
(Tiempo estimado: una sesión de 4 horas).
Práctica (4): “ Síntesis y caracterización superficial de arcillas con tratamiento
ácido”
Una de las características más significativas de las arcillas en relación a la
contaminación de suelos es que pueden adsorber especies químicas, tanto orgánicas
(plaguicidas, aminas, fenoles...) como inorgánicas, ( metales pesados, fosfatos,
nitratos..) bien en la superficie externa, bien en la superficie interna. Dicho proceso de
adsorción, controlará la cantidad de soluto presente en la solución del suelo y
determinará por tanto su actividad biológica, movilidad y volatilidad.
En suelos como los de Almería, éstos son muy susceptibles de sufrir en determinadas
circunstancias, diferentes tratamientos ácidos que podrían generar una activación ácida
en la superficie de la fracción arcilla presente en los mismos. Así pues, en la presente
práctica se tratará de determinar cómo un tratamiento ácido dado a la arcilla, puede
afectar a los parámetros superficiales de la misma. (Tiempo estimado: tres sesiones de
4h).