Centro: fac. Cc. Experimentales



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CURSO: 2003/04

CENTRO: FAC. CC. EXPERIMENTALES

ESTUDIOS: INGENIERO DE MATERIALES-2003

ASIGNATURA: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

CÓDIGO: 47031104

CICLO: 2º

CURSO: 1º

CUATRIMESTRE: A

CARÁCTER: TRONCAL

CRÉD. TEÓ.: 6,00

CRÉD. PRÁC.: 3,00

ÁREA: QUIMICA INORGANICA

DEPARTAMENTO: QUIMICA FISICA, BIOQUIMICA Y QUIMICA INORGANICA

DESCRIPTORES: SIMETRÍA EN SÓLIDOS. TIPOS DE ENLACE. ESTRUCTURA CRISTALINA. ESTRUCTURA POLIMÉRICA. SÓLIDOS NO CRISTALINOS. DEFECTOS PUNTUALES. DISLOCACIONES Y SUPERFICIES. CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL.



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TEMARIO DE TEORÍA



BLOQUE I.- INTRODUCCIÓN

Tema 1.- Introducción. Ciencia e Ingeniería de los Materiales: Conceptos de estructura y propiedad de un material. Clasificación de los materiales. Competencia entre los materiales. Necesidad de materiales modernos.
BLOQUE II.- ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACE QUÍMICO

Tema 2.- Estructura electrónica del átomo. Antecedentes de la mecánica cuántica. Espectros atómicos.Teoría de Borh para el átomo de hidrógeno. Princípio de incertidumbre de Heisemberg Modelo mecano-ondulatorio del electrón. Números cuánticos. Función de onda radial y angular: Orbitales atómicos. Átomos polielectrónicos. Configuraciones electrónicas. Calculo de la carga nuclear efectiva.
Tema 3.- Clasificación periódica de los elementos. Desarrollo histórico. Tabla periódica moderna: bloques, periodos y grupos. Tendencias periódicas de los elementos: Tamaño atómico, energía de ionización, afinidad electrónica, radios iónicos electrogenatividad.
Tema 4.- Enlace iónico. Enlace iónico. Energía de estabilización culómbica y energía reticular. Ciclo de Born-Haber. Utilidad de los cálculos de energía reticular: Propiedades de los sólidos iónicos. Polarización y polarizabilidad.
Tema 5.- Enlace covalente. Enlace covalente: Enlace con un par de electrones. Estructuras de Lewis de las moléculas poliatómicas. Moléculas polares: Momento dipolar. Formas moleculares: Teoría de la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV). Teoría del enlace de valencia: Orbitales híbridos. Teoría de orbitales moleculares. Orbitales enlazantes y antienlazantes. Estudio de moléculas homoatómicas y hetereatómicas. Propiedades de los sólidos covalentes.
Tema 6.- Enlace metálico. Propiedades de los metales. Enlace metálico: Teoría de Drude-Lorentz y teoría de Bandas. Distribución de estados energéticos. Nivel de Fermi.
Tema 7.- Interacciones moleculares. Interacción ión-molecula. Enlaces de Van der Waals: Evidencia y características.Naturaleza. Fuerzas de Keesom, Debye y London. Enlace de hidrógeno: Evidencia y naturaleza. Importancia de este enlace en los materiales poliméricos.
BLOQUE III.-LA ESTRUCTURA CRISTALINA EN SÓLIDOS

Tema 8.- Simetría en cristales. Atributos macroscópicos de los cristales. Noción de simetría; elementos y operaciones de simetría.
Tema 9.- Estructuras cristalinas I. Empaquetamiento compacto de esferas y estructuras derivadas. Estructuras centradas en el cuerpo y primitiva. Redes y celdas unitarias: bidimensionales y tridimensionales. Tipos de celdas unitarias tridimensionales: Sistemas cristalinos, redes de Bravais. Direcciones y planos cristalogáficos en celdas cúbicas y hexagonales: Índices de Miller. Principales estructuras metálicas. Factor de empaquetamiento. Cálculo de densidad volumétrica, planar y lineal de celdas unidad. Estructura de las aleaciones.
Tema 10.- Estructuras cristalinas II. Estructuras iónicas de fórmula general MX: Cloruro de sodio y polimorfos del sulfuro de cinc. Otras estructuras. Sólidos de fórmula general MX2: Fluorita y antifluorita, rutilo. Estructuras según la relación de radios. Estructura del Bi3, -Al203 y Re03. Estructuras de óxidos mixtos: Espinela, perovskita e ilmenita. Óxidos superconductores.
Tema 11.- Estructuras cristalinas III. Redes covalentes extensas. Alótropos de carbono: Diamante, grafito y furellenos. Polimorfos de la sílice. Silicatos: Estructura de los silicatos. Alumino- silicatos: Estructura de la caolinita. Zeolitas. Estructura de sólidos moleculares: hielo y CO2.
Tema 12.- Sólidos de baja dimensionalidad. Sólidos bidimensionales: Grafito, cloruro y yoduro de cadmio. Disulfuro de titanio: Estudio de la batería de litio-disulfuro de titanio. Sólidos unidimensionales: Poliacetileno, compuestos de cadenas de platino. Otros sólidos unidimensionales.
BLOQUE IV.- DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA

Tema 13.- Defectos en la estructura cristalina: Defectos puntuales. Defectos en sólidos cristalinos. Clasificación de los defectos. Defectos en sólidos iónicos. Cálculo de su concentración. Aplicaciones de estos defectos: Conductividad iónica en sólidos. Electrolitos sólidos, -AgI, zirconia estabilizada, -alúmina. Centros de color. Proceso fotográfico. Compuestos no estequiométricos: wustita, dióxido de uranio, monóxido de titanio. Propiedades electrónicas de los óxidos no estequiométricos.
Tema 14.- Defectos de línea. Dislocaciones: Evidencia de estos defectos. Caracterización de las dislocaciones: Vector tangente y vector de Burgers. Movimiento de las dislocaciones por deslizamiento y ascenso: Sistemas de deslizamiento: Tensión de cizalla aplicada a una dislocación. Mecanismos de reforzamiento de cristales. Generación de dislocaciones.
Tema 15.- Defectos superficiales. Concepto de grano. Tensión superficial. Geometría de las estructuras granulares Equilibrio en las uniones interfaciales. Defectos de las interfases: Maclas, Fallos de apilamiento, Fronteras de grano de pequeño ángulo e Interfases en las fronteras de grano. Tamaño de los granos.
Tema 16.- Soluciones sólidas. Definiciones y clasificación. Soluciones sólidas de inserción.Soluciones sólidas de sustitución. Reglas de Hume-Rothery. Soluciones sólidas ordenadas. Principales superredes. Orden a larga distancia: teoría de Bragg-Williams. Orden a corta distancia. Fases intermedias.
BLOQUE V.- CRISTALES LÍQUIDOS

Tema 17.- Cristales plásticos y líquidos. Los cristales plásticos. Consideraciones generales sobre las moléculas que forman la fase líquido-cristalina. Clasificaciones. Clases estructurales de los cristales líquidos: nemática, nemática girada, esméctica, columnar. Caracterización de las distintas clases. Aplicaciones: Surfactantes, moléculas anfifílicas, pantalla de cristal líquido, termómetros.
BLOQUE VI.- ESTADO AMORFO

Tema 18.- Sólidos no cristalinos. El estado amorfo. Métodos de obtención de este estado. Características genéricas: Ordenamiento de corto alcance, transición vitrea, función de distribución par. Modelos para representar este estado: Modelos de esferas rígidas, rutas al azar, modelos de red. Vidrios de los calcógenos: Aplicaciones del As2Se3.
Tema 19.- Los vidrios. Estudio de la sílice cristalina y amorfa. Óxidos formadores de vidrios y modificadores. Estudio del diagrama de fases SiO2-CaO-Na2O. Composición de los vidrios: Variación de la viscosidad con la temperatura. Fabricación de vidrios: Vidrio flotado, vidrio templado y vidrio Vycor®.
BLOQUE VII.- ESTRUCTURA POLIMÉRICA

Tema 20.- Polímeros. Introducción. Homopolímeros y copolímeros. Polímeros de adición y de condensación. Reacciones y métodos de polimerización: en cadena y por etapas. Estructura molecular. Configuración molecular, cristalina y estereoisomería. La fibra Keviar®. Termoplásticos de uso general y técnicos. Plásticos termoestables. Elastómeros: Caucho natural y gutapercha. Vulcanización. Cauchos sintéticos.
Tema 21.- Materiales compuestos. Introducción. Fibras y matrices. Materiales compuestos de plásticos reforzados con fibras. Microestructuras de estos materiales compuestos. Procesamiento de los materiales compuestos reforzados con fibras: Materiales compuestos de fibra de carbono termoendurecidos. El hormigón. Otros materiales compuestos.
BLOQUE IX.- CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

Tema 22.- Técnicas de identificación y análisis estructural. Técnicas de difracción: Difracción. Difracción de rayos X de monocristales y de polvos. Ley de Bragg. Difracción de electrones y neutrones.
Tema 23.- Microscopía, espectroscopía, análisis térmico. Técnicas microscópicas: Microscopios óptico, electrónico, de campo próximo. Técnicas espectroscópicas: UV- Visible, espectroscopía vibracional: IR, espectroscopía de emisión, otras técnicas espectroscópicas. Análisis térmico: análisis termogravimétrico (TG), análisis térmico diferencial (DTA), calorimetría diferencial de barrido (DSC). Técnicas de análisis superficial.


TEMARIO DE PRÁCTICAS

El contenido de las clases teóricas se reforzará mediante seminarios de problemas, así como algunas clases prácticas de laboratorio.




BIBLIOGRAFÍA





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  15. WHITTEN, K. W.; DAVIS, R. E.; PECK, M. L. Química General. 5ª Ed., McGraw Hill, Madrid, 1998.


CRITERIOS DE EVALUACIÓN.



Se realizará mediante un examen individual y por escrito de preguntas relacionadas con el contenido teórico y práctico de la asignatura.

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