Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Eléctrica Unidad Culhuacán Ingeniería en computación Química 1 Practica 3 Crecimiento de cristales
Integrantes: Morales Nava Hugo Antonio Paz Govea Carlos Rivera Hernández Cesar Edmundo Urbina Severiano Hugo Enrique
Grupo: 1CM3
fecha: 18-sep-2012
Generalidades La cristalización es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida Permite separar sustancias que forman un sistema material homogéneo por ejemplo: el agua potable es una solución formada por agua y sales disueltas en ella. Los tres métodos mas conocidos son: Evaporación o capitalización, cromatografía y destilación. La operación de cristalización es el proceso por medio del cual se separa un componente de una solución liquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Es una operación necesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azúcar o sacarosa, la sal común o cloruro de sodio. Si se prepara una disolución concentrada a altas temperatura y se enfría, se forma una disolución sobresaturada, que es aquella que tiene, momentáneamente, más soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura en condiciones de equilibrio. Posteriormente, se puede conseguir que la disolución cristalice mediante un enfriamiento controlado. Esencialmente cristaliza el compuesto principal, y las que se enriquecen con las impurezas presentes en la mezcla inicial al no alcanzar su límite de solubilidad. Para que se pueda emplear este método de purificación debe haber una variación importante de la solubilidad con la temperatura, lo que no siempre es el caso. La sal marina (NaCl), por ejemplo, tiene este efecto Preparando una disolución concentrada de un sustancia en un buen disolvente y añadiendo un disolvente peor que es miscible con el primero, el principal del sólido disuelto empieza a precipitar, y las aguas madres se enriquecen relativamente en
las impurezas. Por ejemplo, puede separarse ácido benzoico de una disolución de éste en acetona agregando agua. De manera análoga, evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. Este método ha sido utilizado durante milenios en la fabricación de sal a partir de salmuera o agua marina. En algunos compuestos la presión de vapor de un sólido puede llegar a ser lo bastante elevada como para evaporar cantidades notables de este compuesto sin alcanzar su punto de fusión (sublimación). Los vapores formados condensan en zonas más frías ofrecidas por ejemplo en forma de un "dedo frío", pasando habitualmente directamente del estado gaseoso al sólido, (sublimación regresiva) separándose, de esta manera, de las posibles impurezas. Siguiendo este procedimiento se pueden obtener sólidos puros de sustancias que subliman con facilidad como la cafeína, el azufre elemental, el ácido salicílico, el yodo, etc. Para purificar un sólido cristalino éste puede fundirse. Del líquido obtenido cristaliza, en primer lugar, el sólido puro, enriqueciéndose, la fase líquida, de las impurezas presentes en el sólido original. Por ejemplo, este es el método que se utiliza en la obtención de silicio ultrapuro para la fabricación de sustratos u obleas en la industria de los semiconductores. Al material sólido (silicio sin purificar que se obtiene previamente en un horno eléctrico de inducción) se le da forma cilíndrica. Luego se lleva a cabo una fusión por zonas sobre el cilindro. Se comienza fundiendo una franja o sección del cilindro por un extremo y se desplaza dicha zona a lo largo de este hasta llegar al otro extremo. Como las impurezas son solubles en el fundido se van separando del sólido y arrastrándose hacia el otro extremo. Este proceso de fusión zonal puede hacerse varias veces para asegurarse que el grado de pureza sea el deseado. Finalmente se corta el extremo en el que se han acumulado las impurezas y se separa del resto. La ventaja de este proceso es que controlando adecuadamente la temperatura y la velocidad a la que la franja de fundido se desplaza por la pieza cilíndrica, se puede obtener un material que es un mono cristal de silicio que presenta las caras de la red cristalina orientadas en la manera deseada.
Para obtener cristales grandes de productos poco solubles se han desarrollado otras técnicas. Por ejemplo, se puede hacer difundir dos compuestos de partida en una matriz gelatinosa. Así el compuesto se forma lentamente dando lugar a cristales mayores. Sin embargo, por lo general, cuanto más lento es el proceso de cristalización tanto mejor suele ser el resultado con respecto a la limpieza de los productos de partida y tanto mayor suelen ser los cristales formados. La forma y el tamaño de los cristales pueden ser influenciados a aparte por condicionantes como el disolvente o la concentración de los compuestos, añadiendo trazas de otros componentes como proteínas (esta es la manera con que los moluscos, las diatomeas, los corales, etc., consiguen depositar sus conchas o esqueletos de calcita o cuarzo en la forma deseada.) La teoría más aceptada para este fenómeno es que el crecimiento cristalino se realiza formando capas mono moleculares alrededor de germen o de un cristalito inicial. Nuevas moléculas se adhieren preferentemente en la cara donde su adhesión libera más energía. Las diferencias energéticas suelen ser pequeñas y pueden ser modificadas por la presencia de dichas impurezas o cambiando las condiciones de cristalización. En multitud de aplicaciones se puede necesitar la obtención de cristales con una determinada forma y/o tamaño como: la determinación de la estructura química mediante difracción de rayos X, la nanotecnología, la obtención de películas especialmente sensibles constituidas por cristales de sales de plata planos orientados perpendicularmente a la luz de incidencia, la preparación de los principios activos de los fármacos, etc.
Material y equipo: 1 frasco de vidrio de aproximadamente 50ml
20cm de hilo de coser de preferencia de algodón
Descripción de reactivos Solución sobresaturada de sulfato de cobre pentahidratado Solución sobresaturada de sulfato de níquel
Método de operación Cada equipo recibirá la solución sobre saturada de sulfato de cobre o sulfato de níquel con un hilo de algodón de 5 o 10 cm de largo amarre el cristal después introducirlo en el frasco que contiene la solución que se recibió teniendo cuidado de que el germen quede suspendido en la solución. Pase la otra punta del hilo por el orificio del centro de la tapa péguele con un trozo de cinta adhesiva y cierre el frasco. Observe el crecimiento del cristal durante 6 días, separe el cristal de la solución séquelo con cuidado guárdalo para evitar un ruptura y reservar para los cálculos.
Fotos de la germinación del cristal
Tabla de resultados Sustancia seleccionada
Sulfato de cobre
Color
Azul
Tamaño del germen
5.5cm x 5cm
Forma del germen
Romboide
Forma del cristal
Robohedrico
Cálculos efectuados De acuerdo con mi la investigación y la información de la práctica la solución acuosa para el crecimiento del cristal debía estar sobresaturada, recordemos que esto se logra al calentar una solución saturada para que admita más soluto, de esta manera al colocar el cristal en la solución
y someter esta ultima a enfriamiento, ese soluto que se introdujo al calentar la solución formara enlaces con el cristal, entonces podemos pensar que por alguna de las anteriores condiciones no vimos crecimiento total del cristal (temperatura y sobresaturación) ya que si la solución no sobresaturada, no habría soluto que se añadiera al cristal, y si la temperatura de enfriamiento no era suficiente tampoco sería posible que el soluto formara parte del cristal, en nuestro caso creo que ninguna de las condiciones anteriores se cumplieron y por eso no tuvimos crecimiento de cristal. b ta s e
Resultados obtenidos El cristal no obtuvo un crecimiento formidable pues esto se debe a que el mismo no se desarrollo correctamente pero su crecimiento es debe tomar en cuenta ya que eso nos demuestra que la solución ya no contaba con las optimas condiciones para el desarbolo del propio cristal.
Cuestionario 1. Al sembrar un cristal en su misma solución, explique que sucede cuando: La solución no es saturada La solución es saturada La solución es sobresaturada R= Tanto en la solución no saturada como en la saturada no ocurre nada ya que nohay un excedente de soluto. Pero en la solución sobresaturada el cristal crece debido a que se afecto la capacidad de disolver del disolvente calentándolo para que pudiera disolver más soluto, por lo tanto si se enfría el disolvente su capacidad de disolver va disminuyendo lo que ocasiona que se vaya liberando el soluto excedente, el cual será absorbido por el cristal lo que hará que este crezca. 2. Explique las aplicaciones importantes del crecimiento de los mono cristales en lossemiconductores. R= Los mono cristales posibilitan el desarrollo de transistores y materiales semiconductores, ya que se fabrican básicamente sobre un mono cristalde Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, también los mono cristales se usan para dopar (agregar impurezas) a un material semiconductor intrínseco para volverlo un
material semiconductor extrínseco para poder aumentar el número de portadores descarga libres (ya sea positivos o negativos). 3. Describa que es un eje de simetría e indique cuántos presenta la estructura cúbica, triclínica y monoclínica. R= Un eje de simetría es una línea imaginaria que pasa a través del cristal, alrededor de la cual, al realizar éste un giro completo, repite dos o más veces el mismo aspecto. Los ejes pueden ser: monarios, si giran el motivo una vez (360º); binarios, silo giran dos veces (180º); ternarios, si lo giran tres veces (120º); cuaternarios, si lo giran cuatro veces (90º); o senarios, si giran el motivo seis veces (60º). La estructura cubica posee cuatro ejes de rotación ternarios inclinados a 109,47º. La estructura triclínica no posee ninguna simetría mínima. La estructura monoclínica presenta como simetría mínima un eje de rotación binario. 4. Describa que es un plano de simetría e indique cuántos presenta la estructura cúbica, triclínica y monoclínica. R= Un plano de simetría es un plano imaginario que divide el cristal en dos mitades simétricas especulares dentro de la celda. Puede haber múltiples planos de simetría. Se representa con la letram .La estructura cubica posee cuatro planos de simetría. La estructura triclínica no posee ninguna simetría mínima. La estructura monoclínica presenta como simetría mínima un plano de simetría.
5. Explique la diferencia entre cristal y vidrio. R= El cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticularesy el vidrio es el resultado de la fusión de ciertos ingredientes como el sílice, la sosa, la cal o el óxido de plomo, aparte el vidrio, a diferencia de un cristal, es amorfo, por lo cual no posee las propiedades moleculares necesarias para ser considerado como un cristal
Conclusiones: Nosotros no logramos hacer que el cristal creciera y conforme a lo investigado, el crecimiento se vio afectado debido a que las condiciones para hacerlo crecer no eran las adecuadas, con esto me refiero a la sobresaturación de la solución quizá no estaba sobresaturada (solo saturada), o la temperatura de enfriamiento para el crecimiento del cristal no era la adecuada, creo que sería mas factible realizar esta operación en el laboratorio donde podemos obtener la condiciones adecuadas para el crecimiento del cristal.
Bibliografía http://gea.ciens.ucv.ve/ggarban/mineralogia/Presentaciones%20pdf/Introduc cion%20a%20la%20cristalografia.pdf http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/met/Cristalografia.pdf http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/cristalografia%20de%20rayo s%20x.html
