8/16/2019 2 cristales
1/57
Capítulo 2La estructura de lossólidos cristalinos
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos
8. Sólidos no cristalinos
8/16/2019 2 cristales
2/57
1 Los enlaces interatómicos
• Generalidades
• Enlaces primarios
• Enlaces secundarios
• Estados de la materia condensada
• Fuerzas interatómicas
(1/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Generalidades
– Para entender las propiedades macroscópicas delos materiales es necesario en muchas ocasionessaber como están los átomos unidos entre sí
• Por un lado hay que saber que fuerzas los unen
• Y por otro lado como están dispuestos entre sí
(2/24)
8/16/2019 2 cristales
3/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios
– Son enlaces bastante fuertes
– Se rompen a temperaturas de entre 1000 y 5000 K
– A esta categoría pertenecen los enlaces iónicos,covalentes y metálicos
– Las cerámicas y los metales están unidosexclusivamente por este tipo de enlaces
(3/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Iónico
– Los óxidos (Al2O3, MgO) y los compuestosiónicos (NaCl, LiF) están unidos mediante estetipo de enlace
– El caso más típico es el del Cloruro Sódico (Salcomún)
(4/24)
8/16/2019 2 cristales
4/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Iónico
– Cloruro Sódico (NaCl)• Sodio (Na): 11 electrones
• Cloro (Cl): 17 electrones
(5/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Iónico
– Energía de un enlace iónico
• TOTAL
• Ionización
• Atractivo
• Repulsivo
(6/24)
nir
B
r
qU U +−=
0
2
4πε
iU
r
q
0
2
4πε −
n
r
B
8/16/2019 2 cristales
5/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Iónico
– Pese a que los electrones de los iones se colocanen regiones de formas complejas (orbitales) sepuede considerar que el enlace iónico no esdireccional
Geometría de algunos tipos de orbitales
(7/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Covalente
– Aparece en diversos materiales:
• Materiales puros con alto módulo elástico (Diamante, Si, Ge)
• Silicatos y vidrios (Rocas, ladrillos, cemento, ...)
• Metales de alto punto de fusión (W, Mo, Ta)
• Uniendo los átomos de Carbono de los polímeros
(8/24)
8/16/2019 2 cristales
6/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Covalente
– El ejemplo más sencillo corresponde al hidrógeno
– La proximidad de los átomos hacen que se solapenlos orbitales electrónicos reduciendo la energía
(9/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Covalente
– Energía de un enlace covalente (empírico)
• TOTAL
• Atractivo
• Repulsivo
(10/24)
)( nmr
B
r
AU
nm
8/16/2019 2 cristales
7/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Covalente
– El ejemplo más relevante de enlace covalente es eldiamante (C)
– Enlaces fuertemente orientados
(11/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Covalente
– Otros ejemplos de enlaces covalentes
(12/24)
Propano (C3H8) Agua (H20) Ácido Acético(CH3COOH)
8/16/2019 2 cristales
8/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Metálico
– Es el principal (pero no el único) enlacepresente en los metales
– Los electrones más energéticos abandonan losátomos ionizándolos
– Estos electrones libres forman un “mar” querodea a los átomos
(13/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces primarios / Enlace Metálico
– La facilidad de movimiento del “mar” de electronesfacilita notablemente la conductividad eléctrica
– La curva de la energía del enlace es muy similar ala mostrada para el enlace covalente
– Los enlaces metálicos no son direccionales
– Al no tener enlaces direccionales los átomostienden a empaquetarse formando estructuras dealta densidad
(14/24)
8/16/2019 2 cristales
9/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios
– Son enlaces débiles
– Se disocian a temperaturas de entre 100 y 500 K
– A esta categoría pertenecen las uniones de Vander Waals y los puentes de hidrógeno
– Estos enlaces aparecen principalmente en lospolímeros y en los líquidos
(15/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios
– Estos enlaces, que unen las cadenas poliméricasentre sí, hacen que el polietileno (y otrospolímeros) sean sólidos
– Así mismo si este tipo de enlaces no existiera elagua herviría a -80 ºC
(16/24)
8/16/2019 2 cristales
10/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios / Van der Waals
– Describe la atracción que sufren los átomos nocargados a causa de los dipolos que aparecenesporádicamente en su interior
(17/24)
- + - +
r
Dipolo
aleatorio
Dipolo
inducido
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios / Van der Waals
– Energía de un enlace de Van der Waals es
• TOTAL
• Atractivo
• Repulsivo
(18/24)
)12(6
≈+−= nr
B
r
AU
n
6r
A−
nr
B
8/16/2019 2 cristales
11/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios / Van der Waals
– El nitrógeno líquido se mantiene en ese estado a-198 ºC a causa de los enlaces de Van der Waals
– Sin estos enlaces, la mayoría de los gases no sepodrían licuar y por lo tanto no se podríansepara industrialmente
(19/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios / Puente de hidrógeno
– El enlace por puente de hidrógeno es elencargado de mantener el agua líquida atemperatura ambiente y de unir las cadenaspoliméricas entre sí
– La atracción entre moléculas se produce cuandoestas son dipolares
(20/24)
8/16/2019 2 cristales
12/57
1 Los enlaces interatómicos
• Enlaces secundarios / Puente de hidrógeno
– Un ejemplo donde este tipo de enlace esespecialmente importante es el “Hielo I”
(21/24)
1 Los enlaces interatómicos
• Estados de la materia condensada
– Los enlaces previamente mostrados tienden acondensar los gases para formar líquidos ysólidos
(22/24)
Estados Condensados de la Materia
Estado Enlaces K G y E
Líquido fundidos Grande Cero
Cristal líquido fundidos Grande Muy pequeño
Goma fund-sólid Grande Pequeño (E
8/16/2019 2 cristales
13/57
1 Los enlaces interatómicos
• Fuerzas interatómicas
– Conociendo el potencialdel enlace es posiblecalcular la fuerza asocia-da a este mediante laexpresión:
(23/24)
dr
dU F =
1 Los enlaces interatómicos
• Fuerzas interatómicas
– Si se separan los átomos una pequeña distancia r -r 0,la fuerza que aparece entre ellos es proporcional adicha distancia
– La rigidez del enlace se expresa como:
(24/24)
2
2
dr
U d
dr
dF
S ==
8/16/2019 2 cristales
14/57
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos8. Sólidos no cristalinos
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
• Simetrías• Los sistemas cristalinos
(1/20)
8/16/2019 2 cristales
15/57
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Un cristal ideal se construye mediante la infinita
repetición de unidades estructurales idénticas
– En los cristales más sencillos la unidad
estructural es un solo átomo (Cu, Ag, Au,...)
– En muchos casos la unidad estructural puede
contener muchos átomos o moléculas
(2/20)
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
red + base = estructura cristalina
(3/20)
8/16/2019 2 cristales
16/57
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Una red se caracteriza por que desde cualquierpunto de la misma la distribución atómica tiene elmismo aspecto
– Los puntos de la red se definen mediante tresvectores de translación fundamentales o primitivosa1, a2 y a3
r ’ = r + u1a1 + u2a2 + u3a3
– u1, u2 y u3 son enteros arbitrarios
(4/20)
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
r ’ = r + u1a1 + u2a2 + u3a3
(5/20)
8/16/2019 2 cristales
17/57
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Cada punto de la red tiene asociada una base deátomos
– Todas las bases de un mismo cristal tiene idénticacomposición, distribución y orientación
– El número de átomos de la base puede ser 1 o más
– La posición de un átomo j de la base respecto alpunto asociado de la red es:
r j = x ja1 + y ja2 + z ja3 (0 ≤ x j, y j, z j ≤ 1)
(6/20)
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Al paralelepípedo formado por los ejes primitivosa1, a2 y a3 se le denomina celda primitiva
– Una celda primitiva es una celda de volumenmínimo
– Dicho volumen se calcula aplicando el productomixto sobre sus ejes primitivos
– Empleando celdas primitivas es posible llenartodo el espacio mediante operaciones detraslación
(7/20)
8/16/2019 2 cristales
18/57
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
(8/20)
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Para una estructura cristalina fija es posibleescoger distintas celdas primitivas, pero todasellas contendrán el mismo número de átomos
– La celda unidad convencional se elige de formaque refleje la simetría del cristal
(9/20)
8/16/2019 2 cristales
19/57
2 La estructura cristalina
• Distribución periódica de los átomos
– Como ejemplo; una celda que posea un átomo encada vértice (cada uno compartido con 8 vecinos)tendrá:
(10/20)
18
18 =×
2 La estructura cristalina
• Simetrías
– Un sistema cristalino puede presentar tres tipos desimetría:
(11/20)
EspecularRotacionalTraslacional
8/16/2019 2 cristales
20/57
2 La estructura cristalina
• Simetrías
– La simetría traslacional se da en estructurasperiódicas
(12/20)
2 La estructura cristalina
• Simetrías
– La simetría rotacional se da cuando un objetocoincide consigo mismo tras rotarlo un ángulo de360º/n
(13/20)
2 3 4 6
8/16/2019 2 cristales
21/57
2 La estructura cristalina
• Simetrías
– La simetría especular se da si existe un planoimaginario que divide al cristal en dos mitadessimétricas
(14/20)
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
– Los sistemas cristalinos vienen definidos por lasimetría; no la forma de la celda unidad.
– La forma de la celda unidad es una consecuenciade la simetría.
(15/20)
8/16/2019 2 cristales
22/57
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
– Ejemplos de sistemas cristalinos en 2D
(16/20)
Los parámetros de redpueden ser distintos yel ángulo entre ejespuede ser distinto a90º
Los parámetros de reddeben ser iguales y elángulo entre ejes debeser igual a 120º
Los parámetros de reddeben ser iguales y elángulo entre ejes debeser 90º
Los parámetros de reddeben ser iguales y elángulo debe ser igual a120º.
a≠ b; γ ≠90º a=b; γ =120º a=b; γ =90º a=b; γ =120º
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
(17/20)
a=
b=
c; α=β=γ=90º
Cuatro ejes tipo 3Cúbico
a= b≠ c; α=β=γ=90ºUn eje tipo 4Tetragonal
a= b≠ c; α=β=90º ; γ=120 ºUn eje tipo 6Hexagonal
a= b≠ c; α=β=90º ; γ=120 ºUn eje tipo 3Trigonal
a≠ b≠ c; α=β=γ=90ºTres ejes tipo 2 y/o 3planos espejo
Ortorrómbico
a≠ b≠ c; α=γ=90º ; β>90 ºUn eje tipo 2 y/o unplano espejo
Monoclínico
a≠ b≠ c ; α ≠β ≠γSólo translacionalTriclínicoGeometría de la c.u.SimetríaSistema
8/16/2019 2 cristales
23/57
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
(18/20)
Triclínico Monoclínico Orthor. Trigonal Hexagonal Tetragonal Cúbico
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
– Todas estas redes pueden ser combinadas concuatro tipos de celdas primitivas
(19/20)
Tipo-F(0,0,0) (½,½,0)
(½,0,½) (0,½,½)
Primitiva(0,0,0)
Tipo-C(0,0,0) (½,½,0)
Tipo-I(0,0,0) (½,½, ½)
8/16/2019 2 cristales
24/57
2 La estructura cristalina
• Los sistemas cristalinos
– Las combinaciones resultantes dan las 14 redes deBravais
(20/20)
P r i m i t i v a
t i p o - F
T i p o - I
T i p o - C
Tricl ínico Monoclínico Orthor. Trigonal Hexagonal Tetragonal Cúbico
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos
8. Sólidos no cristalinos
8/16/2019 2 cristales
25/57
3 Estructuras cristalinas compactas
• Factor de empaquetamiento atómico
• Cúbica centrada en las caras (FCC)
• Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
• Hexagonal compacto (HCP)
(1/6)
3 Estructuras cristalinas compactas
• Factor de empaquetamiento atómico (APF)
– El APF es la fracción volumétrica de una estructuracristalina ocupada por los átomos
– Es adimensional y menor de uno
– De forma práctica, el APF de una estructura
cristalina, se determina suponiendo que los átomos
son esferas rígidas
(2/6)
8/16/2019 2 cristales
26/57
3 Estructuras cristalinas compactas
• Cúbica centrada en las caras (FCC)
– Factor de empaquetamiento atómico: 0.74
– Ejemplos: Al, Ag, Cu,…
(3/6)
Vista 3D del cristal Vista 3D de la celda unidad Representación 2D
3 Estructuras cristalinas compactas
• Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
– Factor de empaquetamiento atómico: 0.68– Ejemplos: Na, Fe,…
(4/6)
Vista 3D del cristal Vista 3D de la celda unidad Representación 2D
8/16/2019 2 cristales
27/57
3 Estructuras cristalinas compactas
• Hexagonal compacto (HCP)
– Factor de empaquetamiento atómico: 0.74
– Ejemplos: Mg, C, Ti,…
(5/6)
Vista 3D del cristal Vista 3D de la celda unidad Representación 2D
3 Estructuras cristalinas compactas
• Hexagonal compacto (HCP)
(6/6)
8/16/2019 2 cristales
28/57
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos8. Sólidos no cristalinos
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Índices de Miller
• Direcciones cristalográficas• Planos cristalográficos
• Aspectos prácticos
• Planos compactos
(1/12)
8/16/2019 2 cristales
29/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Índices de Miller
– Es un sistema de notación cristalográfica paradefinir planos y direcciones en redes cristalinas
– Direcciones y planos se representan por gruposde tres números enteros
– Por convención, los enteros negativos serepresentan con una barra, como para -1
(2/12)
1
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Direcciones cristalográficas
– Una dirección cristalográfica es una líneaimaginaria que une nodos (átomos, iones o
moléculas) de un cristal
– Notación: [i j k] Única dirección
〈i j k 〉 Familia de direcciones
(3/12)
8/16/2019 2 cristales
30/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Direcciones cristalográficas
– La dirección [i j k] es paralela a la dirección:
– Ejemplos en 3D
(4/12)
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– Planos cristalográficos son planos ficticios queunen nodos de la red
– Notación: (h k l) Único plano
{h k l} Familia de planos
(5/12)
8/16/2019 2 cristales
31/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– El plano (h k l) corta a los vectores primitivos en
a1/h, a2/k y a3/l, o algún múltiplo
(6/12)
a3/l
a2/k
a1/h
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– Ejemplos 2D
(7/12)
8/16/2019 2 cristales
32/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– Ejemplos 3D
(8/12)
x
y
z
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– Ejemplos 3D
(9/12)
8/16/2019 2 cristales
33/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos cristalográficos
– Para redes cúbicas, la distancia entre dos planos
paralelos (h k l) es:
(10/12)
222)(lk h
ad lk h
++=
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Aspectos prácticos
– Algunas propiedades de los materiales estándirectamente relacionadas con los planos ydirecciones cristalográficas
• Propiedades ópticas
• Adsorción y reactividad
• Tensión superficial
• Dislocaciones y comportamiento plástico
(11/12)
8/16/2019 2 cristales
34/57
4 Direcciones y planos cristalográficos
• Planos compactos– Ciertos planos presentan un elevado grado de
empaquetamiento de átomos
– Estos planos tienen una gran importancia para elfenómeno de la deformación plástica
• Cúbica centrada en el cuerpo: {111}
• Hexagonal compacta: {001} Plano basal
(12/12)
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos
8. Sólidos no cristalinos
8/16/2019 2 cristales
35/57
5 Difracción de Rayos X
• Introducción
• Ley de Bragg
• Condiciones de difracción
• Métodos experimentales de difracción
• Aplicaciones
(1/13)
5 Difracción de Rayos X
• Introducción
– Es una técnica para determinar el ordenamientode los átomos en el interior de un cristal
– Esta información se obtiene a partir del modo en
que un haz de rayos X es dispersado por el cristal
– Esta dispersión es consecuencia directa de la
disposición periódica de los átomos
(2/13)
8/16/2019 2 cristales
36/57
5 Difracción de Rayos X
• Ley de Bragg
– Es una condición necesaria para tener difracción
(3/13)
λ θ nd hkl =sin2
5 Difracción de Rayos X
• Condiciones de difracción
– Cúbica simple:• Todos los planos (hkl) existentes
– Cúbica centrada en las caras (fcc):
• Planos (hkl) con h, k y l pares
• Planos (hkl) con h, k y l impares
– Cúbica centrada en el cuerpo (bcc):
• Planos (hkl) que satisfagan que h+k +l par
(4/13)
8/16/2019 2 cristales
37/57
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Laue
• La muestra ha de ser monocristalina y con espesor menor
de 1 mm
• Emplea radiación X policromática
• El cristal solo difractará longitudes de onda que satisfagan
la ley de Bragg para algún plano y ángulo concretos
• El patrón de difracción se registra en una película colocada
en frente (o detrás) de la muestra
(5/13)
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Laue
(6/13)
Si monocristalino λ=0.2~2 Å
8/16/2019 2 cristales
38/57
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método del cristal giratorio
• La muestra es monocristalina menor de 1 mm3
• Se emplea un fuente de rayos X monocromática
• El monocristal solo difractara en los ángulo que
satisfagan la ley de Bragg para un cierto plano
• La muestra se gira para obtener todos los ángulos
difractados
(7/13)
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método del cristal giratorio
(8/13)
8/16/2019 2 cristales
39/57
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Debye-Scherrer
• La muestra es policristalina (típicamente polvo)
• Se emplea una fuente de rayos X monocromática
• La muestra difractará todos los ángulos que satisfagan
la ley de Bragg
• Solo se emplea en elementos con muy alta simetría
• Muy útil para identificar y analizar compuestos
(9/13)
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Debye-Scherrer
(10/13)
8/16/2019 2 cristales
40/57
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Debye-Scherrer (Cámara cilíndrica)
(11/13)
5 Difracción de Rayos X
• Métodos experimentales de difracción
– Método de Debye-Scherrer
(12/13)
2θ
8/16/2019 2 cristales
41/57
5 Difracción de Rayos X
• Aplicaciones
– Determinación de estructuras/redes cristalinas
– Determinación de orientaciones cristalográficas
– Determinación de parámetro de red
– Identificación y análisis de compuestos
– Determinación de tensiones en materiales
(13/13)
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos
8. Sólidos no cristalinos
8/16/2019 2 cristales
42/57
6 Monocristales y policristales
• Ordenamientos atómicos
• Monocristales
• Policristales
(1/13)
6 Monocristales y policristales
• Ordenamientos atómicos
– En los sólidos es energéticamente más establedisponer los átomos en redes regulares que no
guardar ningún orden
(2/13)
8/16/2019 2 cristales
43/57
6 Monocristales y policristales
• Monocristales
– El ordenamiento atómico es perfecto
– No hay interrupciones a lo largo de todo elmaterial
– No hay cambios en la orientación de la red
– La forma macroscópica de un monocristalpuede reflejar o no la simetría de la estructuracristalina
(3/13)
6 Monocristales y policristales
• Monocristales
– Los monocristales son muy anisótropos: Laanisotropía dependerá de la simetría del cristal
– Ejemplo: El módulo elástico del Cu es 66.7 GPaen la dirección [100], 130.3 GPa en la dirección[110] y 191.1 GPa en la [111]
(4/13)
8/16/2019 2 cristales
44/57
6 Monocristales y policristales
• Monocristales– Métodos de producción
• Método de Czochralsky
(5/13)
6 Monocristales y policristales
• Monocristales– Métodos de producción
• Tecnica de Bridgeman
(6/13)
8/16/2019 2 cristales
45/57
6 Monocristales y policristales
• Monocristales– Ejemplos de monocristales naturales
(7/13)
Fluorita Diamante en bruto
6 Monocristales y policristales
• Monocristales– Ejemplos de monocristales artificiales
(8/13)
SilicioNiquel
8/16/2019 2 cristales
46/57
6 Monocristales y policristales
• Monocristales
– Aplicaciones tecnológicas
• Monocristales de Si en microelectrónica
• Monocristales de Zafiro (Al2O3) para la industria del láser
• Monocristales de Fluorita (CaF2) para objetivos de
telescopios
• Monocristales de superaleaciones de Ni para álabes de
turbinas
• Monocristales de Cu para cables de altas prestaciones
(9/13)
6 Monocristales y policristales
• Policristales
– La mayoría de los sólidos cristalinos estánformados por pequeñas “cristalitas”
– La estructura del cristal es la misma en cada unade las cristalitas, pero la orientación de la redvaría de unas a otras
– Estas cristalitas se denominan granos
(10/13)
8/16/2019 2 cristales
47/57
6 Monocristales y policristales
• Policristales
(11/13)
6 Monocristales y policristales
• Policristales
(12/13)
8/16/2019 2 cristales
48/57
6 Monocristales y policristales
• Policristales
– Si todos los granos están orientados aleatóriamente
los policristales se comportan de forma isótropa
– Muchas propiedades dependen del tamaño de grano
(13/13)
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos
8. Sólidos no cristalinos
8/16/2019 2 cristales
49/57
7 Defectos cristalinos
• Introducción
• Defectos puntuales
• Defectos lineales
• Defectos planos
(1/6)
7 Defectos cristalinos
• Introducción
– Los sólidos no son perfectos, y pueden presentardefectos
– Estos se pueden dar en un punto de la red, en
una línea o incluso en todo un plano
– Estos defectos afectan a las propiedades de los
materiales
(2/6)
8/16/2019 2 cristales
50/57
7 Defectos cristalinos
• Defectos puntuales
– Vacantes
– Intersticiales
– Átomos substitucionales
– Pares de Frenkel
(3/6)
7 Defectos cristalinos
• Defectos puntuales
(4/6)
8/16/2019 2 cristales
51/57
7 Defectos cristalinos
• Defectos lineales
– Dislocaciones: Son defectos lineales, al rededor
de los cuales los átomos están desalineados
(5/6)
7 Defectos cristalinos
• Defectos planos
– Juntas de grano
(6/6)
Junta de grano real enAluminio
Juntas de grano simuladas porordenador
8/16/2019 2 cristales
52/57
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos8. Sólidos no cristalinos
8 Sólidos no cristalinos
• Introducción
• Propiedades• Métodos de producción
• Ejemplos
(1/9)
8/16/2019 2 cristales
53/57
8 Sólidos no cristalinos
• Introducción
– Si la solidificación se da lo suficientemente rápido,
los átomos no son capaces de moverse para formar
un cristal
– Los vidrios no presentan ordenamiento de los átomos
– Es más sencillo obtener vidrios de óxidos y cerámicas
que de metales
(2/9)
8 Sólidos no cristalinos
• Introducción
(3/9)
Cristal Vidrio
8/16/2019 2 cristales
54/57
8 Sólidos no cristalinos
• Propiedades
– Comparados con los materiales cristalinos de igual
composición, los vidrio muestran...
• una menor conductividad térmica
• un mayor límite elástico
• una resistencia mayor
• un comportamiento más frágil
• una menor densidad (aprox. 12%)• un comportamiento isótropo
(4/9)
8 Sólidos no cristalinos
• Métodos de producción
– Fabricación de vidrio de silicio
(5/9)
Composición:• 73 % SiO2• 17 % Na2O• 5 % CaO(cal)
• 4 % MgO
• 1 % Al2O
3
8/16/2019 2 cristales
55/57
8 Sólidos no cristalinos
• Métodos de producción
– Drop-smasher (a) y melt-spinning (b)
(6/9)
8 Sólidos no cristalinos
• Métodos de producción
– Melt-extraction (c) y twin-roller quenching (d)
(7/9)
8/16/2019 2 cristales
56/57
8 Sólidos no cristalinos
• Ejemplos
– Transformadores eléctricos
– Cabezales de grabación magnética
– Celdas solares (Silicio)
– Vidrios (SiO2)
(8/9)
8 Sólidos no cristalinos
• Ejemplos
– El sílice (SiO2) puede ser cristalino (cristal decuarzo) o amorfo (vidrio de ventana)
(9/9)
Cristalino Amorfo
8/16/2019 2 cristales
57/57
TEMA 2: La estructura de los sólidos cristalinos
1. Los enlaces interatómicos
2. La estructura cristalina
3. Estructuras cristalinas compactas
4. Direcciones y planos cristalográficos
5. Difracción de rayos X
6. Monocristales y policristales
7. Defectos cristalinos8. Sólidos no cristalinos