ESTRUCTURA CRISTALINA

SINTESIS DE LOS MATERIALES

Ciencias De Los Materiales

21/11/2013

CARLOS JASSO FLORES 1486777

JUEVES M4-M6

ESTRUCTURA CRISTALINA

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados. No obstante, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un material.

PARAMETRO DE RED

El parámetro de red hace referencia a la distancia constante entre las celdas unitarias en una estructura cristalina. Las estructuras o redes en tres dimensiones generalmente tienen tres parámetros de red, a,b y c. Sin embargo, en el caso especial de redes cúbicas, todos los parámetros son iguales, con lo cual nos referimos a ellos como a. Del mismo modo, en las estructuras cristalinas hexagonales, los parámetros a y b son iguales, por lo que únicamente consideraremos a y c.

En el crecimiento epitaxial, el parámetro de red es una medición de la compatibilidad estructural entre diferentes materiales.

Ya que los parámetros de red tienen dimensiones de longitud, su unidad en el sistema internacional es el metro. No obstante, suelen darse en submúltiplos como el nanómetro o el angstrom.

La coincidencia de parámetros de red es importante para hacer crecer capas finas de unos materiales sobre otros; cuando estos parámetros son diferentes se forman irregularidades en la capa y se hace imposible hacer crecer nuevas capas sin defectos.

La coincidencia de parámetros de red entre dos materiales semiconductores permite formar una región con un ancho de banda prohibida distinto sin variar la red cristalina. De este modo se construyen LEDs ydiodos láser.

Por ejemplo, el GaAs, el AlGaAs y el AlAs tienen parámetros de red casi idénticos, haciendo posible crecer capas de cualquier grosor unas encima de otras.

Los parámetros de red pueden ser medidos mediante difracción por rayos X.

SISTEMA CRISTALINO

Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

Sistema cristalino Ejes Angulos entre ejes

Cúbico

a = b = c α = β = γ = 90°

Tetragonal

a = b ≠ c α = β = γ = 90°

Ortorrómbico

a ≠ b ≠ c ≠ a α = β = γ = 90°

Hexagonal

a = b ≠ c α = β = 90°; γ = 120°

Trigonal (o Romboédrica)

a = b = c α = β = γ ≠ 90°

Monoclínico

a ≠ b ≠ c ≠ a α = γ = 90°; β ≠ 90°

Triclínico

a ≠ b ≠ c ≠ a α ≠ β ≠ γ

α, β, γ ≠ 90°

PROCESAMIENTO DE LOS MATERIALES

METALES

Los minerales de los metales –excepto el oro y una pequeña parte de nuestra provisión de cobre y de plata- no están como fases metálicas. Lo más común es que sean óxidos. Aunque también pueden ser sulfuros: sulfuros de cobre, plata, plomo y zinc son fuentes importantes de esos metales. En ambos casos el metal debe ser extraído de su mineral. Aun cuando el mineral es un sulfuro (MS, donde M es el ión y S el ión sulfuro), es común que primero se oxide el metal convirtiéndolo en MO, es decir un óxido. De esta forma el primer paso en la extracción es la reducción, en la cual los iones metálicos positivos M2+, son transformados a los tomos metálicos, M:

La facilidad con la que ocurre esta reducción varía de metal a metal. El óxido de plomo se reduce fácilmente a plomo metálico, mientras que se requiere una gran cantidad de energía para efectuar la reducción de alúmina (Al2 O3). Una medida de la estabilidad de los óxidos de la cantidad de energía que se requiere para la extracción, se obtiene de la energía de formación "libre" de los diversos óxidos. Estas son las energías de reacción que se liberan cuando el metal es quemado para formar el óxido (por lo tanto, cantidades negativas). La misma cantidad de energía se requiere para separar el oxigeno del metal (por lo tanto, cantidades positivas).

Refinación.

La mayoría de los metales, aun cuando pasan por un proceso de reducción para eliminar el oxígeno, no son lo suficientemente puros para uso comercial; deben ser refinados. Esto se ilustra con un aluminio en mineral que contiene algo de hierro, y puesto que el hierro se reduce más fácilmente que el aluminio, cualquier cantidad de hierro en el mineral aparecerá también en el metal. De manera similar, una cierta porción del silicio o del fósforo en un mineral de hierro aparece en el hierro metálico que es extraído, debido a que estos elementos son reducidos

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