Este documento describe diferentes tipos de defectos en sólidos cristalinos, incluyendo defectos puntuales como sustitucionales, Schottky y Frenkel, así como defectos extensos como dislocaciones y defectos superficiales. También discute la conductividad iónica en electrolitos sólidos y sus aplicaciones, como baterías de estado sólido y sensores de oxígeno.

1. DEFECTOS Y NO ESTEQUIOMETRIA
• Linares Caballero, Liset
• Marcelo Chumbirayco, Rocío
• Mendoza Morán, Esther
• Monsalve Ocmin, Luis

2. DEFECTOS Y NO ESTEQUIOMETRIA
• Defectos y su concentración. Tipos de
Defectos. Ejemplos.
• Conductividad Iónica en Sólidos.
• Electrolitos Sólidos y Conductores de Iones
rápidos. Aplicaciones.

3. DEFECTO
Una variación en el ordenamiento regular de
los átomos , especies iónicas o moléculas de un cristal.
Requiere de energía (proceso endotérmico.)
¿Por qué?
• Tendencia
termodinámica
• Factor entrópico
• Factor térmico

5. CLASIFCICACIÓN DE DEFECTOS SEGÚN COMPOSICIÓN
DEFECTOS
ESTEQUIMÉTRICOS O INTRÍNSICOS
No MODIFICAN la composición
SCHOTTKY
Vacantes de la
red
FRENKEL
Un átomo se traslada a otra
posición creando una
vacante
NO ESTEQUIOMÉTRICOS O
EXTRÍNSICOS
Cambios en la composición = Aparición de
defectos
Se crean cuando un átomo extraño se
inserta dentro de la red

6. CLASIFICACIÓN DE DEFECTOS SEGÚN DIMENSIÓN
DEFECTOS
PUNTUALES
A) Defectos sustitucionales.
B) Defecto Schottky.
C) Defecto Frenkel.
DEFECTOS
EXTENSOS
1) LINEALES
(DISLOCACIONES)
A) De tornillo
B) De borde
2) DE SUPERFICIE
A) Fronteras de grano
B) Bordes de grano
C) Fallas de apilamiento
D) Borde de macla

7. DEFECTOS PUNTUALES

8. Defectos Sustitucionales
Se sustituye un átomo de la estructura crisatalina por otro.
Perturbaciones en el material.

9. Defecto Schottky.
(Falta simultánea de anión y catión)
MX : NaCl, ZnS (Wurtzita), CsCl
Las vacantes
pueden
distribuirse
al azar por toda
la red o
presentarse en
pares (MX).

10. Defecto Frenkel.
(Un ion salta y deja una vacante)

11. CaF2
SrF2
PbF2
ThO2, UO2, ZrO2
Los aniones tienen una carga
eléctrica menor que los cationes
por ende menos repulsión entre sí.

14. CONCENTRACIÓN
¿Cuántos defectos están presentes en un cristal?
Δ퐻 퐸푛푡푎푙푝푖푎 푑푒 푓표푟푚푎푐푖ó푛
푘 퐶표푛푠푡푎푛푡푒 푑푒 퐵표푙푡푧푚푎푛 1,38 푥 10−23 J/K
N Posiciones aniónicas / catiónicas (vacantes)
N número de sitios de la red
Ni número de posiciones intersticiales disponibles

15. 푛푠
푁
= 푃푅푂푃푂푅퐶퐼Ó푁 퐷퐸 푃푂푆퐼퐶퐼푂푁퐸푆 푉퐴퐶퐴푁푇퐸푆
Para el KCl
푛푠
푁
= 푒
−3.62푥10−19
2푥1,38 푥 10−23푥(25+273)
= 0.768푥10−21
Seguimos encontrando sólo el orden de una a dos vacantes por mil trillones
de posiciones !

16. DEFECTOS EXTENSOS
1º LINEALES (DISLOCACIONES)
Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea.
ORIGEN: Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación
plástica, por condensación de vacantes y por desajuste atómico en las disoluciones
sólidas.
a) DEFECTO EN CUÑA ( BORDE O ARISTA)
Formada por un plano extra de átomos en el cristal, el vector de Burgers es
perpendicular al plano que contiene la dislocación y paralelo al plano de
deslizamiento. Existe una interacción fuerte entre dislocaciones de arista de tal
manera que se pueden llegar a aniquilar.

17. Dislocación de borde
b = vector de Burgers
La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama
DESLIZAMIENTO o vector de Burgers b y es perpendicular a la línea de dislocación de
cuña.

18. b) DEFECTO HELICOIDAL (O DE TORNILLO)
Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal
perfecto que ha sido separado por un plano cortante, las tensiones de cizalladura
introducen una región de distorsión en forma de rampa en espiral de átomos
distorsionados.
b = vector de Burgers
El vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

19. c) DEFECTOS MIXTOS
Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector
de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene
una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación
mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción
conveniente y sencilla.

20. Deslizamiento de las dislocaciones
1)Al aplicar un esfuerzo cortante, la dislocación existente puede romper los enlaces
atómicos de los planos atómicos contiguos (en un sentido).
2) Los planos con enlaces rotos se desplazan ligeramente y en sentido contrario para
restablecer sus enlaces atómicos con otros planos.
3) Esta recombinación hace que la dislocación se desplace por el material.
4) Finalmente el material queda deformado.

21. Factores determinantes en el deslizamiento de
dislocaciones
1. Las direcciones de deslizamiento usuales son las direcciones compactas del
material (distancia menor entre planos).
2. Los planos de deslizamiento son los más compactados posibles del material
3. Los materiales con enlaces covalentes (muy intensos) impiden el deslizamiento
de dislocaciones. Al aumentar el esfuerzo cortante se rompen (frágiles) antes que
deformarse.
4. Los materiales iónicos también ofrecen una alta resistencia al
deslizamiento
• Fuertes enlaces iónicos
• Repulsión electrostática durante el deslizamiento
• Mayor longitud del vector de Burgers en estos materiales

22. Importancia de las dislocaciones y su
comportamiento
Aunque los deslizamientos o desplazamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y
polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el
comportamiento mecánico de los metales.
• Primero que todo, el deslizamiento atómico explica por que la resistencia de los
metales es mucho mas baja que el valor teórico predicho de los enlaces metálicos.
Cuando los deslizamientos ocurren, solo una pequeña fracción de todos los
enlaces metálicos a lo largo de la interfase necesita ser roto y la fuerza requerida
para deformar el metal es pequeña.
• Segundo, los deslizamientos proveen ductilidad en los metales. Si no estuvieran
presentes las dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los metales no
podrían ser moldeados por varios procesos tales como forjado.
• Tercero, es posible controlar las propiedades mecánicas de un metal o aleación
interfiriendo con el movimiento de las dislocaciones. Un obstáculo introducido
dentro del cristal evita que una dislocación se deslice a menos de que se aplique
una fuerza muy grande.

23. Esfuerzo de Peierls-Nabarro

25. Deslizamiento en Compuestos Iónicos

26. 2º SUPERFICIALES O INTERFACIALES
Los defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en
regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente
orientación.
Superficie externa: Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de
vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los
átomos de las posiciones internas. Además la superficie del material puede ser rugosa, puede
contener pequeñas muescas y puede ser mucho mas reactiva que el resto del material.
a) Fronteras de grano
Superficies que separan los distintos granos del material
policristalino.
– Un grano es una porción del material que contiene átomos con una
disposición atómica idéntica. Sin embargo, cada grano tiene una
orientación cristalográfica distinta.
– Las fronteras de grano son regiones donde existe desorden
estructural
(cambio de orientación cristalográfica). Algunos átomos están más
comprimidos y otros más alejados.

27. b) Bordes de grano
Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de diferentes
orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos.
Los limites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región una mas
favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados

28. c) Fallas de apilamiento
Ocurre en los materiales cuando hay una interrupción en la secuencia
de apilado, por ejemplo en la secuencia ABCABCABC.... de los planos compactos de los
cristales.

29. d) Borde de macla
Una macla es un tipo de defecto cristalino que puede ocurrir durante la solidificación,
deformación plástica, recristalización o crecimiento de grano.
Una macla es un tipo especial de límite de grano en el cual los átomos de un lado del
límite están localizados en una posición que es la imagen especular de los átomos del
otro lado.

32. Conductividad iónica en NaCl
Migración de iones
solidos

33. Conductividad iónica en AgCl
Migración de iones plata
Mecanismo intersticial directo
Mecanismo indirecto

34. APLICACIONES DE ELECTROLITOS SÓLIDOS Y CONDUCTORES
DE IONES RÁPIDOS
ELECTROLITO SOLIDO
• ¿ Que es un electrolito?
Es cualquier sustancia con iones libres , que sirven
como
medio de conducción eléctrica.
Son conocidos como soluciones iónicas , Pero también
Son posibles electrolitos fundido y electrolitos sólidos.

35. CONDUCTIVIDAD IONICA EN UN SOLIDO
Los 3 mecanismos clásicos para
la conductividad en sólidos

36. CONDUCTORES DE IONES RAPIDOS
• ¿ A que llamamos conductores de iones
rápidos?
Llamamos así a los sólidos iónicos que tienen un
conductividad mucho mayor a los compuestos
iónicos típicos (NaCl) .Ejemplo: AgI , RbAg₄I₅ Etc.

37. EJ: Yoduro de plata (AgI)
• Por de bajo de 146 ºc : existen 2 fases
ɤ-AgI estructura tipo blenda de zinc y β-AgI estructura tipo wurtzita.
• Por encima de 146 ºc : se forma una nueva fase α-AgI
Que es 10ʌ4 mayor en conductividad que las fases anteriores y
Comparándola con el mejor electrolito liquido.
Causa del incremento:
• Tipo de estructura: Cubica centrada en el cuerpo
• 42 posiciones Posibles para Ag+ ( 6 oct- 12 tetr-24 trigonales)
• La carga , la coordinación de los iones es baja y cuando
Cuando saltan de una posición a otra , la coordinación solo
Cambia un poco.
• Anión polarizable y el numero de posiciones vacias donde
El catión se puede introducir.
=Iˉ

38. Algunas aplicaciones de los electrolito solido
• Baterías de estado solido :
• Las razones por las que estas baterías pueden ser útiles Es
que son capases de funcionar en un intervalo amplio De
temperatura y tienen una larga vida de almacenamiento.
• También para las baterías secundarias o de almacemiento,
estas baterías son reversibles por que cuando ocurre la Rx
química los reactantes pueden restablecerse invirtiendo la
reacción, que a comparación de las baterías primarias estas
no se restablecen y son inservibles.

39. • La pila Na/β-alúmina/S: Esta pila usa dos líquidos como
reactantes, , Na y S, a 300-350°C, separados por los eletrólitos β-alúmina.
• Sensores de oxígeno : Los sensores de oxígeno son
importantes en múltiples aplicaciones para determinar contenido de
oxigeno en gases y líquidos Estos sensores son utilizados, por ej. para
determinar la cantidad de oxígeno disuelto en metales fundidos.
• Bombas de oxígeno
• Reactores electroquímicos: aquí ocurre una oxidación
parcial electroquímica de hidrocarburos ( gas natural) para obtener
productos industrialmente útil ,tales como CH30H y C2H4.
β-alúmina:
Nombre dado a una serie de compuestos que presentan prop. Conductoras de Iones rapidos.