EPM Cap Tulo 3 Parte 1

CAPITULO 3
IMPERFECCIONES EN LOS
ARREGLOS ATOMICOS
~
EL CRISTAL REAL

QUÍMICA INORGÁNICA I
COD 20330

TEMA IV
“DEFECTOS CRISTALINOS Y NO ESTEQUIOMETRÍA”
Orientado por: José Antonio Henao Martínez

IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS
ATÓMICOS y IÓNICOS
El arreglo de átomos o de iones en los materiales
diseñados tiene imperfecciones o defectos.
Frecuentemente estos defectos tienen una gran
influenciasobre las propiedades de los materiales.

 Los colores de las piedras preciosas se

originan por impurezas atómicas en la
estructura del cristal.



Los Sólidos Iónicos pueden conducir
electricidad por un mecanismo que se debe
a la presencia de posiciones iónicas
vacantes dentro de la red.

Cristal perfecto: se define como aquel cristal en el que
todos los átomos se encuentran en reposo,situados
correctamente en su correspondiente posición en la red
cristalina a T= 0 K.
Cristal imperfecto (real): aquel cristal con defectos.
Defecto: Una variación en el ordenamiento regular de los
átomos o moléculas de un cristal.
Los cristales son imperfectos debido a que la presencia de
defectos, hasta una determinada concentración, produce
una disminución de la energía libre de Gibbs
∆G = ∆H - T∆Shttp://ww2.chemistry.gatech.edu/~wilkinson/Class_notes/CHEM_3111_6170/Defects_n
onstoichiometry_ionic_conductivity_solid_state.pdf

Son inherentes al cristal.

DEFECTOS PUNTUALES

DEFECTOS PUNTUALES


Son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o
iónicos.



Estos defectos pueden ser utilizados para mejorar
propiedades (dopantes) por ejemplo P y B mejoran las
propiedades eléctricasdel Si puro.



Un defecto puntual implica en general uno o dos átomos
o iones.



Normalmente son introducidos por movimiento de
átomos, al aumentar la temperatura o durante el
procesamiento del material.

VACANCIAS (DI)
• Se producen cuando falta un átomo o ion en su sitio
normal de la estructura cristalina

• Cuando esto sucede aumenta el desorden normal del
material o entropía del material.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN
LAS VACANCIAS
A temperatura ambiente la concentración de vacancias es
pequeña, pero aumenta en forma exponencial al aumentar la
temperatura, con el siguiente comportamiento tipo Arrhenius:

 Qv
n v n. exp(
)
RT
En donde: nv es la cantidad de vacancias por cm3; n es el
número de átomos (puntos de red) por cm 3; Qv es la energía
necesaria para producir un mol devacancias, en cal/mol o en
joules/mol; R es la constante de los gases 1.987 cal/mol-K ó
8.31 joules/mol-K y T es la temperatura en grados Kelvin.

EJEMPLO
Calcule la concentración de vacancias en Cu (FCC), a
temperatura ambiente (25ºC). ¿A que temperatura será necesario
calentar el Cu para que la concentración de vacancias sea 1000
veces mayor que a temperatura ambiente?, Suponga que se
requieren20000 cal para producir un mol de vacancias en el Cu.

EJEMPLO
Calcule la concentración de vacancias en Cu, a temperatura
ambiente (25 ºC). ¿A que temperatura será necesario calentar el
Cu para que la concentración de vacancias sea 1000 veces mayor
que a temperatura ambiente?, Suponga que se requieren 20000
cal para producir un mol de vacancias en el Cu. El parámetro de
red para el Cu es 0.36151 nmSOLUCION

4 átomos/cel da
22
3
n

8
.
47

10
átomos
de
cobre/cm
(3.615110  8 cm) 3
A temperatura ambiente, T = 25+273 = 298K

  Q 
n n exp 

 RT 
átomos 

 8.47 1022
.
3
cm 


cal


 20,000


mol

exp 
 1.987 cal 298K 


mol

K



1.815 108 vacancias/ cm3

Deseamos calcular una temperatura de tratamiento térmico a la
que se produzca una concentración 1000veces mayor que este
número; es decir, nv = 1.815 X 1011.

  Q 
n 1.815 10 n exp 

 RT 
 20,000
22
nv (8.47 10 ) exp(
)
1.987 T
o
T 102 C
11

DEFECTOS INTERSTICIALES (DE)
•

Se forman cuando se inserta un átomo o ion adicional en la
estructura cristalina en una posición normalmente desocupada
•

Los átomos o los iones
intersticiales aunque son
mucho menores que los
átomos que...