Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Defectos en el cristal


Los cristales, aunque a menudo se consideran estructuras perfectas, no están exentos de sus imperfecciones. Estas imperfecciones o irregularidades se conocen como defectos. Comprender estos defectos es importante en el campo de la química del estado sólido y juega un papel integral en la determinación de las propiedades físicas de los materiales, como la conductividad eléctrica, la resistencia mecánica y el comportamiento óptico. Esta discusión detallada explorará los diferentes tipos de defectos cristalinos, sus causas y sus implicaciones.

Introducción a los sólidos cristalinos

Para comprender completamente los defectos cristalinos, es importante considerar primero la naturaleza de los sólidos cristalinos. Los sólidos cristalinos se caracterizan por un arreglo ordenado y repetitivo de átomos, iones o moléculas. Este orden se extiende a grandes distancias, a diferencia de los sólidos amorfos, donde tal regularidad está ausente.

Sólido | Estructura | Ejemplo
-------|--------------|------------------
Cristal| Ordenado | Cuarzo (SiO₂)
Amorfo | Desordenado | Vidrio

Todos los cristales pueden contener imperfecciones, que pueden ocurrir durante la formación inicial del cristal o surgir más tarde debido a factores ambientales.

Tipos de defectos cristalinos

Los defectos en los cristales pueden clasificarse ampliamente en defectos puntuales, defectos lineales y defectos planares.

  1. Defectos Puntuales: Son defectos localizados e incluyen vacantes, defectos intersticiales y de sustitución.
  2. Defectos Lineales: También conocidos como dislocaciones, estos defectos surgen a lo largo de una línea en la estructura cristalina.
  3. Defectos Planos: Estos son defectos bidimensionales, que incluyen límites de grano y fallos de apilamiento.

Defectos puntuales

Los defectos puntuales afectan la disposición de algunos átomos vecinos dentro de la red cristalina.

1. Vacantes

Una vacante en un cristal se produce cuando falta un átomo en su posición de red. Esto crea un espacio vacío en la estructura. Las vacantes pueden ocurrir naturalmente durante el proceso de crecimiento del cristal o ser introducidas por influencias externas como el aumento de temperatura.

[ A ] [ A ] [ ] [ A ] [ A ]
--------------------------------------
Vacante

Las vacantes aumentan la entropía del cristal pero disminuyen su densidad. También pueden desempeñar un papel en procesos como la difusión, donde los átomos a menudo entran en un material a través de espacios vacantes.

2. Intersticial

Los defectos intersticiales ocurren cuando un átomo extra se ubica en los espacios (huecos) entre los sitios de red regulares. Estos átomos pueden ser del mismo tipo o diferente de los átomos de la red.

[ A ] [ A ] [ A ]
        |   |
    [A]-[A]-[ A ]-[A]-[A]
        |   |   (Intersticial)
    [ A ] [ A ] [ A ]

Los átomos intersticiales pueden causar distorsión en un cristal y afectar propiedades mecánicas como la dureza y ductilidad.

3. Falla de sustitución

En un defecto de sustitución, un tipo diferente de átomo reemplaza a un átomo en la red cristalina.

[ A ] [ B ] [ A ]

Donde 'B' reemplaza 'A'.

Estos defectos pueden surgir cuando un átomo extraño es introducido en el cristal, ya sea intencionalmente, como en la aleación, o involuntariamente durante el proceso de crecimiento.

Defectos lineales

Los defectos lineales o dislocaciones son mucho más grandes que los defectos puntuales y a menudo tienen un efecto significativo en las propiedades mecánicas del cristal.

1. Dislocación de borde

Las dislocaciones de borde ocurren cuando se inserta un semiplano adicional de átomos en la estructura cristalina. Este tipo de dislocación se caracteriza por una línea de átomos a lo largo de la cual el defecto se localiza.

[    ]
   --> [ A ]-[ A ]-[ A ]-[ A ]
        [ A ]-[ A ]-[ A ]-[ A ] (Dislocación de Borde)
        [    ]

La presencia de dislocaciones de borde distorsiona la red regular y permite que el material se deforme bajo estrés, llevando a fenómenos como la deformación plástica.

2. Dislocación helicoidal

A diferencia de la dislocación de borde, en la dislocación helicoidal, las capas de la red espiral alrededor de la línea de dislocación. Esto se debe al esfuerzo cortante.

Capa 3 +------> -|       |
              Capa 2|      -+
                   +--------|-+
                   |    Capa 1         |
                   +-----------+ (Dislocación Helicoidal)

Defectos planares

Los defectos planares son bidimensionales y pueden incluir regiones donde la orientación de la red cristalina cambia, como los límites de grano y las fallas de apilamiento.

1. Límites de grano

Los límites de grano se forman cuando dos granos cristalinos diferentes o cristales se unen. Estos límites pueden afectar la resistencia y el comportamiento mecánico del material.

(Grano A)        (Grano B)
#########|############
#########|############
#########|############

Cuantos más límites de grano tiene un cristal, más afecta la rigidez del material, resultando en propiedades aumentadas como la dureza.

2. Fallos de apilamiento

Los fallos de apilamiento son defectos planares que surgen de una secuencia irregular en el apilamiento de planos cristalinos.

...ABC ABC ABC AC ABC ABC... (Falla de Apilamiento)

Este defecto puede afectar tanto las propiedades mecánicas como eléctricas del cristal.

Consecuencias de los defectos cristalinos

Los defectos cristalinos, aunque imperfecciones, son esenciales para comprender las propiedades y el comportamiento del material. Algunas de las principales implicaciones de los defectos son las siguientes:

  1. Propiedades eléctricas: Los defectos pueden actuar como trampas para electrones o huecos, y pueden alterar la conductividad eléctrica. Por ejemplo, los defectos de sustitución en semiconductores pueden cambiar la estructura de bandas del material, afectando su funcionalidad.
  2. Propiedades mecánicas: La deformación en estructuras cristalinas se facilita por el movimiento de dislocaciones. Esto puede aumentar la ductilidad o, por el contrario, aumentar la fragilidad dependiendo del tipo y densidad de dislocaciones.
  3. Propiedades catalíticas: Las superficies con alta concentración de defectos pueden exhibir una actividad catalítica mejorada. Los defectos proporcionan sitios activos para las reacciones.

Propiedades texturales y aplicaciones funcionales

Algunas aplicaciones aprovechan la presencia de defectos cristalinos:

  1. Tecnología de semiconductores: La introducción controlada de defectos (dopaje) es fundamental para el funcionamiento de semiconductores en dispositivos electrónicos.
  2. Aleaciones: Las propiedades mejoradas de aleaciones fuertes a menudo se deben a la ingeniería de defectos, que mejora la resistencia mecánica al desgaste.
  3. Cerámicas: Algunas de las propiedades ópticas de las cerámicas se deben a cambios relacionados con defectos en la estructura y composición.

Conclusión

El estudio de los defectos cristalinos es un campo amplio, que proporciona información sobre las propiedades fundamentales de los materiales. Identificar y controlar estos defectos permite a los químicos y científicos de materiales diseñar materiales con propiedades optimizadas para una variedad de aplicaciones industriales. La idea de cristales "imperfectos" es fundamental para los avances en tecnologías modernas.


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Defectos en el cristal

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