Profesorado

JOSE ANTONIO PEREZ OMIL

Situación

Contexto dentro de la titulación

Esta asignatura presenta los fundamentos de la Química de Materiales, con
especial énfasis en el estudio de los Nanomateriales, contenidos centrales en
el campo de orientación de Ciencia de los Materiales y
el Area de Conocimiento de Química Inorgánica y Nano-química.

Objetivos

- Facilitar el estudio y el entendimiento de los fundamentos de la Química de
los Materiales.
- Conocer la estructura reticular y electrónica de los materiales haciendo
énfasis en los defectos, su difusión, y propiedades asociadas.
- Conocer los diferentes métodos de síntesis, las propiedades y aplicaciones de
los nanomateriales.
- Estudiar la reactividad química en estado solido
- Analizar un conjunto de técnicas de preparación y caracterización de
Materiales

Programa

Programa de la asignatura Química del Estado Sólido

Tema 1.- Introducción a la Química de Materiales
- Estados de agregación y tipos de sólidos
- Síntesis a partir de sólidos
- Síntesis a partir de fase líquida
- Síntesis a partir de fase gaseosa

Tema 2.- Estructura reticular
- Fundamentos de Cristaloquímica. Programas de modelado estructural.
- Ejemplos de relación estructura-propiedad.
- Teoría de defectos: puntuales y no puntuales. Fenómenos de orden-desorden.
Propiedades térmicas.
- Conductividad Iónica. Electrolitos sólidos. Sensores químicos. Pilas en
estado sólido. Pilas de Combustible.

Tema 3.- Estructura electrónica
- Teoría de Orbitales Moleculares aplicada a los sólidos. Aplicación de la
Teoría de Grupos.
- Revisión de los sólidos metálicos, iónicos, covalentes y moleculares. Los
metales de transición y el Modelo de Hubbard.
- Defectos electrónicos puntuales: semiconductores
- Los metales. Fenómenos de Orden-Desorden electrónicos.
- Propiedades ópticas de los materiales. El color de los sólidos.
- Proceso fotográfico y cámaras CCD. Gap directo e indirecto.
- Defectos electrónicos no puntuales. Interfases: unión p-n.

Tema 4.- Nanomateriales
- Concepto de nanoquímica: Nano-estructuras y Auto-ensamblaje
- Síntesis y propiedades de nanopartículas
- Síntesis y propiedades de nanotubos
- Síntesis y propiedades de películas delgadas
- Materiales Nanoestructurados y Nanoporosos
- Aplicaciones químicas

Tema 5.- Reactividad en estado sólido
- Control termodinámico. Diagramas de Fases.
- Control cinético: Parámetros de reacción.
- Clasificación de las reacciones en estado sólido

Tema 6.- Reactividad y no-estequiometría
- No-estequiometría por defectos puntuales. Diagramas de Kroger-Vink.
- Conductividad iónica y electrónica.
- Interacción de defectos: Formación de Agregados, Microdominios, Fases
Intermedias y Superestructuras.
- Asimilación de defectos puntuales. Fases de Magneli.

Tema 7.- Difusión en sólidos
- Leyes de Fick
- Potencial electroquímico y ley de Nerst-Einstein. Gradiente térmico.
- Reacciones en fase no-homogénea

Tema 8.- Formación de interfases. Oxidación de metales.
- Nucleación y crecimiento
- Mecanismos de reacción.
- Oxidación controlada por la difusión y/o por la reacción interfacial
- Efecto de la presión de oxígeno sobre la difusión.
- Estudio particular del aluminio y el hierro
- Efecto del dopado y oxidación de aleaciones
- Otras reacciones: Formación de espinelas, etc…

Tema 9.- Técnicas de caracterización de sólidos
- Difracción de Rayos X. Geometría e Intensidad de los haces difractados.
Difracción de Monocristal y Policristal.
- Técnicas Espectroscópicas. Clasificación general. Espectroscopía de Foto-
electrones (XPS y UPS).
- Técnicas de Análisis Térmico. Termogravimetría. Desorción Térmica Programada.

Tema 10.- Técnicas de caractaerización de nanomateriales

- Microscopía Electrónica de Barrido. Descripción del microscopio. Interacción
electrón-materia. Imagen de electrones secundarios. Microanálisis por Rayos X.
- Microscopía Electrónica de Alta Resolución. Descripción del Microscopio.
Difracción de Electrones. Formación de Imágenes. Procesado, Interpretación  y
Simulación de Imágenes HREM.
- Introducción a técnicas espectroscópicas: EDS, EELS

Metodología

Clases de teoría, clases de ejercicios y seminarios, prácticas en aulas de
informática y laboratorio.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 60

• Clases Teóricas: 30  
• Clases Prácticas: 30  
• Exposiciones y Seminarios:  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado:  
  • Sin presencia del profesorado:  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio:  
  • Preparación de Trabajo Personal:  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito:  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Criterios y Sistemas de Evaluación

- La nota final de la asignatura será la suma de las calificaciones obtenidas a
partir de:
a) Un examen final de la asignatura que incluirá preguntas cortas, preguntas de
desarrollo y ejercicios (hasta 7 puntos).
b) Evaluación de la asistencia, participación y resultados obtenidos tanto en
las clases como en las prácticas (hasta 3 puntos).
- Para sumar esta puntuación es necesario que el examen final tenga una
calificación igual o superior a 3 puntos.

Recursos Bibliográficos

BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL: QUIMICA DEL ESTADO SOLIDO

- Solid State Chemistry and its Applications. A.R. West. John Wiley $ Sons Ltd
(1985)
- Química del Estado Sólido. Hannay. Ed. Alhambra.
- Quïmica del Estado Sólido. Smart y Moore. Addison-Wesley Iberoamericana (1995)
- Cristales iónicos, defectos reticulares y no estequiometría. N.N. Greenwood.
Ed. Alhambra, S.A. (1970)
- Materials Concepts in Surface Reactivity and Catalysis. Henry Wise y Jacques
Oudar. Academic Press, Inc. (1990)
- The Electronic Structure and Chemistry of Solids. P.A. Cox. Oxford University
Press (1987)
- Materials Chemistry. B.D. Fahlman. Springer (2008)
- Nanostructures & Nanomaterials. G. Cao. Imperial College Press (2005)