Los materiales sólidos se caracterizan por tener estructuras (ordenadas o desordenadas) Estado cristalino estructuras ordenadas

Los materiales cristalinos constituyen la base fundamental del desarrollo de nuestra cultura (transporte, construcción, comunicaciones, recreo, medicamentos, etc).

Aspirina Filtros y resonadores cerámicos

Asfalto

CRISTALOGRAFÍA: Se basa en el estudio de las relaciones que existen entre las estructuras y las propiedades de los materiales cristalinos

El término estructura se refiere a la distribución de los componentes internos, pero hay que tener en cuenta la escala (atómica, electrónica, interacciones con el núcleo, etc).

Clasificación de los materiales (por criterios de utilidad o propiedades): MINERALES (inorgánicos naturales)

METÁLICOS (combinación de elementos metálicos con electrones deslocalizados)

CERÁMICOS (compuestos metálicos y no metálicos como óxidos, nitruros, carburos, arcillas, cementos, vidrios, etc)

POLÍMEROS (plásticos y macromoléculas)

COMPOSITES (compuestos de más de un material, aprovechando ciertas propiedades de cada uno)

SEMICONDUCTORES (por sus propiedades eléctricas, conductoras, y semiconductoras con pequeñas concentraciones de dopantes)

Por simplicidad didáctica, nuestro nivel de base será el atómico-iónico, 1.- Cristalografía Geométrica (relaciones entre los átomos constituyentes) 2.- Cristalografía Estructural (estructura propia de las agrupaciones)

Geométrica Estructural Cristaloquímica Cristalofísica

CRISTAL IDEAL: Modelo matemático de nudos y vectores (RED), que representan de forma simplificada a los átomos reales. CRISTAL REAL: Incluyendo otros parámetros como los diferentes tipos de átomos, la simetría del motivo, defectos, etc.

Red de nudos Estructura de diversos compuestos con defectos puntuales

Aunque el desarrollo de la cristalografía tuvo lugar como necesidad de descripción del mundo natural, sus conocimientos vienen siendo aplicados en diversas tecnologías al margen de los usos tradicionales de los cristales minerales. Biología molecular y bioquímica: Los trabajos en síntesis de moléculas orgánicas, y la relación entre la estructura tridimensional de la sustancia y su función, han adentrado al mundo de la cristalografía en la biología molecular, con las debidas particularidades. Paneles fotovoltaicos que incluyen cristales de silicio que, al ser estimulados por fotones, son capaces de desprender electrones (efecto fotoeléctrico) que son recogidos por un material conductor. La fabricación de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de obtención de cristales planos, a un bajo coste. Cristales artificiales como por ejemplo los cristales abrasivos en la industria y el alto coste de los naturales (por ejemplo, los diamantes industriales) ha posibilitado la aparición de artificiales. Estos cristales no alcanzan los resultados de los naturales, pero su menor coste rentabiliza su obtención y uso. Los cristales líquidos termotrópicos son de interés desde el punto de vista de la investigación básica e incluso para su utilización en las manifestaciones electrónicas, sensores de temperatura y presión (p.e. LCD "Liquid Crystal Display”). Los cristales liotrópicos, por su parte, son también de gran interés biológico. En electrónica se aplican cristales con ciertas propiedades físicas especiales como p.e. piezoelectricidad, semiconductores, magnetismo, etc con un gran número de aplicaciones (osciladores, relojes de cuarzo, cabezales de fonocaptores, micrófonos, sonar, chips de ordenadores, memorias, etc.). La tendencia actual es optimizar su síntesis, crear tamaños cada vez menores y caracterizar propiedades y nuevas aplicaciones.

Mención aparte merece el reciente descubrimiento introducido en el campo de la nanocristalografía de rayos X en la escala de tiempo de los femtosegundos. Mediante esta técnica (XFEL: X-ray Free Electron Laser), basada en el uso de rayos X obtenidos mediante un laser de electrones libres, se pueden obtener "instantáneas" de difracción de rayos X en un tiempo inferior al necesario para que los nanocristales se dañen por la radiación. Esta técnica va a suponer un paso de gigante para eliminar prácticamente todas las dificultades existentes en el proceso de la cristalización, y en concreto para las proteínas (biología estructural).

El XFEL europeo va a generar destellos de rayos X ultracortos, 27.000 veces por segundo y con un brillo que es de mil millones de veces mayor que el de las fuentes convencionales de radiación X. Gracias a sus características excepcionales, que son únicas en todo el mundo, estas instalaciones abrirán oportunidades de investigación completamente nuevas para los científicos y los usuarios industriales. Para generar los flashes de rayos X, en primer lugar los haces de electrones se aceleran hasta altas energías, y entonces se dirigen a través de una distribución especial de imanes (onduladores). Durante este proceso, las partículas (los electrones) emiten radiación que se amplifica cada vez más, hasta que se crea un destello de rayos X muy corto en el tiempo, pero muy intenso..

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