Defectos en solidos cristalinos

Defectos en los Sólidos

Cristal• La teoría cristalina define

al cristal como un ente perfecto.

• Reticular: El cristal es un medio periódico infinito, definido por una red.

• Estructural: El cristal posee una estructura atómica cuya simetría

• Energético: Los átomos en la estructura cristalina ocupan posiciones de equilibrio para los cuales la energía es mínima.

Defectos e imperfecciones cristalinas

Los cristales contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y mecánicas y también influyen en algunas propiedades de los materiales a nivel.

Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma así:

• · Defectos puntuales • · Defectos lineales o

dislocaciones • · Defectos tridimensional

Tipos de Desorden

• Desorden de posición todos los átomos en una estructura sufren vibraciones térmicas que pueden describirse como desorden de posición sobre un tiempo base

Tipos de Desorden

• Desorden de distorsión: se produce como consecuencia de la distorsión de los enlaces.

Tipos de Desorden

• Desorden de sustitución Implica un intercambio de átomos entre dos o más posiciones que se hacen idéntico al aumentar la temperatura, dando lugar a un desorden químico donde el contenido químico promedio de cada posición es el mismo.

Defectos Puntuales

Vacante

El número de vacantes en equilibrio Nv para una cantidad dada de material, se incrementa con la temperatura de acuerdo a la ecuación:

Vacante

Las vacantes pueden trasladarse cambiando su posición con sus vecinos. Este proceso es importante en el estado sólido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de los átomos es mayor.

Defectos Instersticiales

Algunas veces, un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posición que normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “ Defecto intersticial” .

Impureza en Sólido

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión

Impureza o Reemplazamiento

• Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la

• temperatura se formará en el cristal una Solución Sólida

Defecto Frenkel

Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una

vacancia

Walter Hermann Schottky

Walter Hermann Schottky (* 23 de julio de 1886, Zürich, Suiza - 4 de marzo de 1976, Pretzfeld, Alemania Occidental) fue un físico alemán que inventó la pantalla de la red de tubo de vacío en 1915 y la Tetrodo en 1919 mientras trabajaba en Siemens. En 1938, Schottky formulo una teoría para predecir el efecto Schottky, que ahora se utilizan en diodos Schottky.

Defecto Schottky

Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

Reemplazamiento de Iones

Dislocaciones

Significado de dislocaciones

Los deslizamientos o desplazamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el comportamiento mecánico de los metales

Defecto de línea (dislocaciones)

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes.

Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla

Dislocación de cuña

Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red.

Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados.

Dislocación helicoidal

Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.

Dislocaciones Mixtas

Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores.

La maleabilidad del oro permite obtener diversas joyas de oro .

Defectos puntuales y composición física

Solución Solida

Disolución en estado sólido de una fase mineral en otra.Se origina como consecuencia de la variabilidad química en los mineralesdebido a la existencia de defectos puntuales.Puede producirse por los siguientes mecanismos

Defectos puntuales en sólidos

• Se origina como consecuencia de la variabilidad química en los minerales debido a la existencia de defectos puntuales.

Puede producirse por los siguientes mecanismos:• Sustitución• Omisión • intersticial• Isomorfismo

Sustitución• Consiste en la sustitución de un ion por otro en la misma

posición atómica de la estructura cristalina • La valencia de los iones que se sustituyen tienen que ser

iguales.• Puede ser • Completa: Cuando la sustitución puede ser en cualquier

posición • Incompleta: Cuando la sustitución no puede ser en cualquier

proporción.

Omisión

• Existencia de una vacante como consecuencia de la ausencia de un ión en la estructura

intersticial

• Presencia de un ion en un hueco estructural.• La solucion solida presenta un estado

desordenado y depende de la t°:• + T° = Mas sustitucion atomica • -T°= Menos sustitucion atomica

Isomorfismo

•Es el fenómeno que hace que existan cristales o minerales isomorfos. Los cristales o minerales isomorfos se caracterizan porque tienen la misma estructura cristalina y distinta composición química.

Defectos bidimensionales

Los defectos bidimensionales son anomalías que afectan a los planos cristalinos incluyen:– Caras de un cristal – Borde de grano– Defectos de apilamiento y politipismo.

Defectos de apilamiento

Los defectos de apilamiento son irregularidades en la secuencia de los planos cristalinos en la estructura . Afectan al orden de rango largo.

Tipos de defectos de apilamiento en los empaquetados compactos:–Maclas –Defectos intrínsecos –Defectos extrínsecos

Defectos Extrínsecos:Existen compuestos no estequiométricos en los que además de darse los dos tipos de defectos puntuales:a) Las vacancias de cationes y aniones no forman pares (Shottky)b) Las vacancias y los intersticios no forman paresc) Se pueden introducir iones adicionalmente en la estructura (caso de Li+)

Defectos Bidimensionales

Defectos de apilamiento y

politipismo

Caras de Cristal

Bordes de grano

Politipismo y politipos

• Politipismo: Fénomenos que hace que existan politipos.

• Politipos: Cristales y minerales que se diferencian en el apilamiento de capas idénticas. Afectan una de las dimensiones a diferencia de lo que ocurre en el polimorfimo.

• Ejemplo: Micas, Esfalerita,SiC.

Maclas

Defectos intrínsecos

DefectosExtrínsecos

Defectos de Apilamiento

Macla

Es la asociación de individuos de la misma especie cristalina, con distinta orientación cristalográfica y relacionados mediante algún elemento de simetría denominado ley de macla.

A las maclas se las denomina por su ley de macla. También es frecuente denominarlas por un nombre que hace alusión a :

•La localidad donde se encontró por primera vez Ejemplo: MACLA DE CARLSBAD DE LA ORTOSA

•La forma de la macla Ejemplo: MACLA EN LANZA DE YESO •El mineral o minerales que mas frecuentemente la presentan Ejemplo : MACLA DE LA ESPINELA

Tipos de Maclas

• Maclas de contacto= Los individuos de maclas se unen por superficie plana

• Maclas de interpenetracion = Los individuos de maclas se unen por superficie irregular y están interpenetrados.

Caras de un cristal

• los límites del material• – Discontinuidad abrupta de la estructura

regular cristalina• – Zona de alteración del número de

coordinación y del enlace atómico• – Si la superficie es rugosa, contaremos con

irregularidades adicionales

Borde de grano

• superficies que separan los distintos granos del material policristalino

• – Un grano es una porción del material que contiene átomos con una disposición atómica idéntica. Sin embargo, cada grano tiene una orientación cristalográfica distinta.

• – Las fronteras de grano son regiones donde existe desorden estructural

• (cambio de orientación cristalográfica). Algunos átomos están más comprimidos y otros más alejados.

Defectos Tridimensionales

Defecto tridimensional

• Este tipo de defecto implica que la naturalesza tridimencional de un cristal queda rota por la presencia de un defecto

• Tambien es considerado como inclusiones de la masa cristalina.

• Antes(Protogenéticas)• Durate(singenéticas)• Después(epigenéticas)