CRECIMIENTO CRISTALINO Y CRISTALIZACIN INDUSTRIAL Profesorado: J os Daniel Martn Ramos Exmenes: Se conservan las partes aprobadasProgramas de teora y prcticas: Los vigentes durante el curso 2011-2012Sistema de evaluacin: examen TEMA 1: Introduccin.-El estado cristalino. Cristales. Lquidos anistropos. Fuerzas de cristalizacin y tipos de cristales. Enantiomorfos y racematos. Molculas de bajo peso molecular: Importancia en la investigacin bsica y relaciones con la Qumica y la Farmaca. Macromolculas: Importancia en la investigacin bsica y relaciones con la Bioqumica y la Farmaca. Cristalizacin industrial: Relaciones con la Ingeniera Qumica, Metalurgia, Cermicas y la Industria del cemento. Separacin industrial por cristalizacin. TEMA 2: Cristalografa morfolgica.-Redes cristalinas. Sistemas . Simetra puntual: Operaciones propias e impropias. Clases de simetra. Nomenclatura de Hermann-Mauguin TEMA 3:_Redes de Bravais.-Equivalencias y transformaciones. Formas cristalinas: Simples y compuestas, derechas, izquierdas y simtricas. Zonas cristalinas: Leyes de zona. Cuasicristales. Redes no traslacionales. TEMA 4.-Cristalografa espacial.-Elementos de simetra espacial. Grupos espaciales. Estructura cristalina. Definicin. Unidad asimtrica y molcula. Dx y Z. Coordenadas unitarias. Multiplicidad. Criterios para seleccionar el origen de la red. Cambio del origen y sistema de referencia. Aspectos geomtricos del desorden estructural: dinmico y composicional. Orden a largo rango. Simetra molecular: molculas derechas, izquierdas y simtricas. Polimorfismo espacial: Centros quirales nicos y mltiples. Importancia de la conformacin espacial en diversas aplicaciones industriales y farmacuticas. TEMA 5.-Relaciones matemticas en cristales.-Matriz mtrica. Clculo cristalogrfico. Red recproca. Definicin vectorial y relacin con la red real. Funcin densidad electrnica. Expresin de la densidad electrnica con series de Fourier. TEMA 6. Mtodos de anlisis cristalogrfico.-Difraccin de rayos X. Ley de Brag. Esfera de Ewald. Tcnicas de difraccin: Polvo cristalino. Cristal nico. Factor de estructura. Expresin del factor de estructura con series de Fourier. Ley de Friedel. Transformadas de Fourier en Cristalografa. El problema de la fase. Factores que afectan a la difraccin: Lorentz-Polarizacin. Absorcin. Temperatura. Extinciones sistemticas. Extinciones primarias y secundarias. Reflexiones Reninger. Difusin anmala. Desordenes estructurales. Soluciones al problema de la fase. Mtodos de Patterson-Harker. Mtodos directos. Fourier de diferencias. Afinamientos de la estructura. Estrategias en cristales de bajo y alto peso molecular. Otras difracciones: Difraccin sincrotrn. Difraccin de electrones. Difraccin de neutrones. TEMA 7. Mtodos auxiliares de anlisis cristalino: Anlisis trmicos. Microscopio ptico. Medios istropos y anistropos. Principales propiedades pticas ligadas al estado cristalino. Microscopio electrnico: SEM, TEM, HRTEM, Fuerza inica.TEMA 8.-Imperfecciones en cristales.-Cristales real e ideal: Definiciones. Cristal mosaico. Mtodos de estudio. Defectos estequiomtricos y composicionales. Energa y movilidad de defectos puntuales. Dopado. Importancia industrial. Dislocaciones: Clases. Circuito y vector de Burger. Dislocaciones mixtas y en anillo. Energa y movilidad de dislocaciones. Bordes de grano. Defectos bidimensionales: Clases. Politipismo. Maclas. Defectos tridimensionales: Clases. Inclusiones. Agregados cristalinos: Irregulares. Unixicos. Maclas. Trixicos: Dendritas y formas esquelticas. Polifsicos. TEMA 9. Cristales para investigacin .-Estudios de cristal nico. Cristales para estudios por DRX (X-Ray quality crystals).. Preparacin y montaje de cristales para difraccin. Estudios por mtodos de polvo. Factor de orientacin. Preparacin de muestras de polvo cristalino para difraccin. TEMA 10. Teora de la nucleacin cristalina.-Procesos de formacin. Nucleacin. Radio crtico. Nucleacin primaria: Nucleacin homognea. Tcnicas experimentales. Descomposicin espinodal. Nucleacin heterognea.Nucleacin secundaria. Reglas de Ostwald. Zona metaestable. Efectos de impurezas. Rugosidad de caras. Periodos de latencia e induccin . Tensin interfacial TEMA 11. Teora del crecimiento cristalino.-Teoras: Tensin superficial Adsorcin sobre caras cristalinas. Teoras cinemticas. Teoras de reaccin/difusin. Cristalizacin a partir de solucin y de fundido. Velocidades de cristalizacin: Velocidad de nucleacin. Velocidades de crecimiento de caras, capas, vrtices y aristas. Efectos de temperatura, presin e impurezas . TEMA 12. Forma y tamao de los cristales. -Morfologa de los ncleos. Evolucin y forma de equilibrio. Facies y hbito cristalino. Teora de Bravais: Influencia de la red en la forma de equilibrio. Influencia del grupo espacial.Teora de Hartmann-Perdock: Definicin de cadena PBC. Relacin de las cadenas PBC con los elipsoides trmicos. Caras F, S y K. Formacin de cristales moleculares. Importancia industrial del la forma de equilibrio. El ejemplo de la aspirina. TEMA 13.-Difusin.-Ley de Fick. Flujo atmico. Efecto Kirkendall. Flujos acoplados. Difusin trmica y efecto Soret. Difusin electroltica. TEMA 14. Superficie cristalinas.-Actividad de la superficie cristalina. Interfase slido gas. Interfase slido-liquido. Deslustre. Descomposicin. Reacciones slido-slido. Difusin superficial. Epitaxias. Mtodos de estudio. Aplicaciones industriales. TEMA 15.-Tcnicas de recristalizacin de monocristales.-Introduccin: Recristalizacin simple. Fracionada. Separacin de racematos. Fluidos supercrticos. Tcnicas: Cristalizacin a baja temperatura. Cristalizacin a alta temperatura.. Crecimiento en geles. Acupuntura en geles. Cristalizacin de fundidos. Cristalizacin de fase vapor. TEMA 16.-Cristalizacin de macromolculas: Tipos de macromolculas. Inters econmico de cristalizacin de macromolculas. Plegamientos y estructuras de protenas. Tcnicas de cristalizacin en laboratorio y microgravedad. Metodologa general en el estudio estructural de las macromolculas. TEMA 17.-Crecimiento de pelculas cristalinas delgadas.-Deposicin fsica en fase vapor (PVD). Evaporacin trmica en vacio. Sputtering. Deposicin por haces de iones (IBAD). Idem por plasma (PACVD) de microondas (MWCVD) y radiofrecuencia (PACVD). Idem trmicos. Reactores de pared fra y caliente. Efectos de la presin. Tcnicas ECR-CVD. Tcnicas de estudio de capas cristalinas delgadas. TEMA 18. Cristalizacin Industrial.-Precipitacin.: Aglomeracin. Ageing. Coprecipitacin. Tcnicas industriales de precipitacin. Cristalizacin de fundidos. Eutcticos. Diagramas de composicin. Tcnicas industriales.Sublimacin. Diagrama de fases. Vaporizacin y condensacin. Tcnicas industriales. Cristalizacin de soluciones. Tcnicas industriales. BIBLIOGRAFA BSICA Allnatt, A.R. and Lidiard, A. B. (1993) Atomic transport in solids. Press Syndicate of the University of Cambridge. 572 p. 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