Cristalografía General
Hoja de materia:
DATOS GENERALES:
| Descripción: | En este curso se abordan los conocimientos básicos que definen a un sólido cristalino, la simetría presente en ellos y cómo se relaciona con sus propiedades características haciendo uso de la Teoría de Grupos. Se ponen en práctica las habilidades de los estudiantes para aplicar los conceptos adquiridos a través del desarrollo de un proyecto que incluye el crecimiento cristalino, su análisis de simetría y caracterización estructural. |
| Seriación y Correlación: | Subsecuentes: Termodinámica, Física Moderna |
| Consecuentes: Optativas. | |
| Objetivo: | Comprender los fundamentos teóricos y prácticos de la cristalografía y su importancia en diversas áreas científicas como la física, química, biología y la tecnología de dispositivos electrónicos y ópticos. Desarrollar la capacidad de resolver problemas prácticos relacionados con la determinación de la estructura cristalina de materiales mediante la interpretación de patrones de difracción y la aplicación de métodos de refinamiento. Desarrollar habilidades de comunicación oral y escrita, a través de la presentación de informes de laboratorio, la exposición de resultados y la redacción de trabajos científicos relacionados con la cristalografía |
| Objetivos específicos: | Familiarizarse con las propiedades físicas y químicas de los materiales cristalinos y su relación con su estructura y simetría. Aprender a utilizar software y herramientas computacionales especializadas en la cristalografía, para realizar cálculos, simulaciones y representaciones gráficas de estructuras cristalinas. Adquirir las habilidades para aplicar los métodos de crecimiento cristalino en la obtención de un monocristal, así como analizar y describir la estructura cristalina de diversos materiales utilizando técnicas de difracción de rayos X y otras técnicas de caracterización. Estimular la capacidad de aplicar los conocimientos adquiridos en el curso en proyectos de investigación y desarrollo científico, y en la resolución de problemas reales relacionados con la cristalografía. |
| Horas totales del curso: | (90) horas presenciales + (70) horas de autoestudio=160 horas totales |
| Creditos | 9 creditos |
REVISIONES Y ACTUALIZACIONES:
| Líneas de investigación: | Estado Sólido |
| Autores o Revisores: | Dra. María Leticia Pérez Arrieta Dr. José Juan Ortega Sigala |
| Fecha de actualización por academia: | 1 de noviembre de 2023 |
| Sinopsis de la revisión y/o actualización: | No aplica |
PERFIL DESEABLE DEL DOCENTE:
| Disciplina profesional: | Doctorado en Ciencias |
| Experiencia docente: | Experiencia profesional docente mínima de dos años |
ÍNDICE TEMÁTICO:
| TEMA: | SUBTEMA |
| Introducción a la Cristalografía | Importancia de los cristales en la tecnologíaDefinición de un cristalIsomorfismo y polimorfismoLeyes de la CristalografíaForma y Hábito cristalino |
| Formación y crecimiento de cristales | Termodinámica de la cristalizaciónNucleación homogénea y heterogéneaMétodos de crecimiento cristalino a)Crecimiento sólido: Transformación de fase Sólido – Sólido Crecimiento líquido: Transformación de fase Líquido – Sólido Solución a alta y baja temperatura (un componente y multi-componentes) Hidrotérmico Gel Fundido: Bridgman, Czochrarski, Kyropoulos, Zona de fundido y flotante. Verneuil. Electrocristalización Crecimiento gaseoso: Transformación de fase Gas – Sólido (vapor) deposición de vapores químicos (CVD) . Pirólisis |
| Simetría, Operaciones de simetría y Redes | Definición general de simetríaTranslaciones elementales de la redOperaciones de simetría sin translación y translación fraccionariaSistemas cristalinos y redes bi y tri dimensionalesRepresentación matricial de redesRedes de BravaisPosiciones equivalentes en las redes de BravaisDiseño de un modelo de estructura (Software IUCr): Posiciones equivalentes, motivo en una red, número de fórmulas químicas por red (Z), cálculo de densidad.Filas y planos reticularesÍndices de Miller y Miller-BravaisZonas y Formas cristalinas.Red recíproca y Zonas de Brillouin | |||||
| Grupos puntuales | Las 32 clases de simetríaNotación de Herman-MaugüinOperadores matriciales de las operaciones de simetría puntual.Clasificación de un cristal en un grupo puntual. | |||||
| Introducción a la Teoría de grupos | Leyes de composición y tablas de multiplicación. Grupos Abelianos y no Abelianos. Orden de un grupo . Representación matricial de los elementos de simetría de sistemas ortogonales y no ortogonales. Matrices unitarias de operaciones propias e impropias. Representación matricial de los grupos de simetría puntual. Matrices generadoras de los 32 grupos puntuales. | |||||
| Grupos Planos y Espaciales | Los 17 grupos espaciales | planos | y | los | 230 | grupos |
| Introducción a la Difracción de Rayos-X | Espectro electromagnético y fuentes de rayos-X. Espectro continuo y líneas características. Condiciones para la difracción. Ecuación de Bragg. Soluciones de la ecuación de Bragg para diferentes sistemas. Factor de estructura. Extinciones sistemáticas. | |||||
| Aplicaciones de la Difracción de Rayos X | Análisis de los cristales crecidos: indentificación de fases, indexación de patrones de difracción, cálculo de parámetros de red y tamaño de cristalita (Ecuación de Debye-Scherrer). | |||||
BIBLIOGRAFÍA
| Principal: | C. Giacovazzo, H. L. Monaco, G. Artioli, D. Viterbo, M. Milanesio, G. Ferraris, G. Gilli, P. Gilli, G. Zanotti, M. Catti, Fundamentals of Crystallography, Third Edition, International Union of Crystallography, Oxford Science Publications, 2011.Ivan V. Markov, Crystal Growth for beginners. Fundamentals of Nucleation, Crystal Growth and Epitaxy, Third Edition, World Scientific Publishing Co. Pete. Ltd, 2017.B. K. Vainshtein, Modern Crystallography, Springer Verlag, Berlin, 1996.B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction, 3rd Edition, Prentice Hall, 2001.C. Boudias & D. Monceau – CaRine.C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 8a Edition, Jhon Wiley and Sons, 2001. |
| Enlaces digitales: | |
| Complementaria: | Th. Hahn, Iternational Tables for Crystallography, Brief Teaching Edition of Space group symmetry, Volume A, Fifth, revised edition, International Union of Crystallography, Klumer Academic Publishers, Oxford, 2002. |
PLANEACIÓN EDUCACIONAL:
| Competencias generales: | Capacidad de aplicar los conocimientos en la prácticaCapacidad de investigación.Habilidades para trabajar en forma autónoma.Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente.Capacidad de abstracción, análisis y síntesis.Compromiso con la calidadCapacidad de comunicación oral y escrita |
| Competencias específicas: | Plantear, analizar, y resolver problemas físicos, tanto teóricos como experimentales, mediante la utilización de métodos numéricos, analíticos o experimentales.Aplicar el conocimiento teórico de la física del estado sólido y la termodinámica del crecimiento cristalino para entender y explicar los mecanismos involucrados en la formación de cristales de acuerdo al método de crecimiento.Desarrollar habilidades en la realización e interpretación de experimentos.Utilizar o elaborar programas o sistemas de computación para el procesamiento de información, cálculo numérico, simulación de procesos físicos o control de experimentos.Demostrar disposición para enfrentar nuevos problemas en otros campos, utilizando sus habilidades específicas.Buscar, interpretar y utilizar literatura científica.Comunicar conceptos y resultados científicos en lenguaje oral y escrito ante sus pares, y en situaciones de enseñanza y de divulgación. |
CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO:
| CONOCIMIENTO: | HABILIDADES: | VALORES: |
| Desarrollar una comprensión profunda de los conceptos, métodos y principios fundamentales de la cristalografía, incluyendo las técnicas de crecimiento, la simetría cristalina y la estructura de los cristales. Comprender y relacionar la estructura cristalina con las propiedades físicas y químicas de los materiales, así como para explicar la difusión de átomos en un cristal, las transiciones de fase y las propiedades ópticas de los materiales cristalinos. | Identificar las operaciones de simetría y asignar el grupo puntual y grupo espacial en los cristales crecidos durante el curso. Adquirir las habilidades para analizar y describir la estructura cristalina de diversos materiales utilizando técnicas de difracción de rayos X y otras técnicas de caracterización. Fomentar el trabajo colaborativo y el intercambio de conocimiento y experiencias entre los participantes del curso, mediante la realización de prácticas de laboratorio, discusiones y presentaciones grupales. Promover la curiosidad científica y el pensamiento crítico, animando a los estudiantes a plantear preguntas e investigar por ellos mismos sobre temas relacionados con la cristalografía. | Demostrar hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesión tales como el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia. Fomentar una actitud de ética científica y responsabilidad profesional, enfatizando la importancia de la integridad intelectual, el respeto a los derechos de autor y la correcta atribución de fuentes de información. Actuar con responsabilidad, y ética profesional, manifestando conciencia social de solidaridad y justicia, y respeto por el medio ambiente. Participar en la asesoría y elaboración de propuestas en ciencia y tecnología con énfasis en temas de impacto económico y/o social en el ámbito nacional. |
ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS:
| Estrategias de enseñanza: | Estrategias de aprendizaje: |
| El docente explicará la teoría y presentará ejemplos en las clases presenciales o virtuales. | El alumno asistirá al menos a un 80% de las clases presenciales o virtuales impartidas. |
| El docente presentará los procedimientos, métodos y técnicas para el análisis de simetría y caracterización de las propiedades de un cristal. | El alumno asistirá al menos a un 80% de las sesiones experimentales donde aplicará los métodos de crecimiento cristalino. |
| Motivará a los estudiantes para trabajar de manera individual y en equipo. | El estudiante trabajará en forma individual o por equipo en la comprensión de conceptos y la resolución de problemas. |
| El docente guiará las sesiones de trabajo experimental individual o grupal | El estudiante desarrollará mapas conceptuales y mentales de los temas revisados |
| Discusión de preguntas y problemas en clase. | El estudiante contestará preguntas o r e s o l v e r á p r o b l e m a s individualmente para exponer en clase y discutir con sus compañeros. |
| Asistirá a asesorías para resolver dudas sobre la teoría o sobre la solución de problemas. |
PROPUESTA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN:
| Criterio de evaluación: | Porcentaje: |
| Exámenes parciales | 30 |
| Tareas | 20 |
| Participación en clase | 10 |
| Asistencia | 0 |
| Proyecto/Exposición | 40 |