31: Sólidos y Química de Superficie
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- 31.1: La Célula Unitaria es el Bloque de Construcción Fundamental de un Cristal
- La celda unitaria es un parámetro esencial para el estudio de sólidos cristalinos porque conocer la celda unitaria nos permite comprender la estructura atómica de todo el sólido cristalino. En esta sección, discutiremos las 14 celdas unitarias únicas que son la base de todas las estructuras cristalinas.
- 31.2: La orientación de un plano de celosía es descrita por sus índices Miller
- La orientación de una superficie o un plano cristalino puede definirse considerando cómo el plano (o de hecho cualquier plano paralelo) intersecta los ejes cristalográficos principales del sólido. La aplicación de un conjunto de reglas conduce a la asignación de los índices Miller, (hkl); un conjunto de números que cuantifican las intercepciones y así pueden ser utilizados para identificar de manera única el plano o superficie.
- 31.3: La separación entre planos de celosía puede determinarse a partir de mediciones de difracción de rayos X
- Las estructuras de cristales y moléculas a menudo se identifican mediante estudios de difracción de rayos X, los cuales son explicados por la Ley de Bragg. La ley explica la relación entre un haz de rayos X entrante y su reflejo en un cristal.
- 31.4: La Intensidad Total de Dispersión está Relacionada con la Estructura Periódica de la Densidad Electrónica en el Cristal
- Se ha observado que algunos planos hkl no producen reflejos y que otros planos hkl producen reflejos que son menos intensos que los reflejos de otros planos de celosía. Estas ausencias sistemáticas y variaciones en las intensidades de reflexión serán discutidas en esta sección.
- 31.5: El factor de estructura y la densidad electrónica están relacionados por una transformada de Fourier
- En la sección anterior, tratamos los puntos de celosía como densidades de electrones localizadas individuales. En realidad, la densidad electrónica de una celda unitaria se distribuye sobre un espacio mucho mayor. El proceso de transformada de Fourier relaciona los datos recopilados del factor de estructura de difracción de rayos X con la densidad electrónica alrededor de los átomos cristalinos en el espacio real
- 31.6: Los átomos y las moléculas pueden fisisorber o quimisorb a una superficie
- Podemos abordar la cuestión de qué sucede cuando una molécula se adsorbe sobre una superficie en dos niveles; específicamente podemos apuntar a identificar la naturaleza de la especie adsorbida y su geometría de adsorción local (es decir, su estructura química y su coordenadas con átomos de sustrato adyacentes) la estructura general de la interfaz de adsorbato/sustrato extendida (es decir, el orden de largo alcance de la superficie).
- 31.7: Las isotermas son parcelas de cobertura superficial en función de la presión de gas a temperatura constante
- La isoterma de Langmuir fue desarrollada por Irving Langmuir en 1916 para describir la dependencia de la cobertura superficial de un gas adsorbido de la presión del gas sobre la superficie a una temperatura fija. Si bien la isoterma de Langmuir es una de las más simples, todavía proporciona una visión útil sobre la dependencia de la presión de la extensión de la adsorción superficial.
- 31.8: Uso de isotermas de Langmuir para derivar leyes de velocidad para reacciones en fase gaseosa catalizadas en superficie
- Es posible predecir cómo la cinética de ciertas reacciones catalizadas heterogéneamente podría variar con las presiones parciales de los gases reactivos por encima de la superficie del catalizador utilizando la expresión de isoterma de Langmuir para coberturas superficiales de equilibrio.
- 31.9: La Estructura de una Superficie es Diferente a la de un Sólido a Granel
- La cinética y termodinámica de los procesos químicos y físicos que ocurren en la superficie de un sólido dependen en gran medida de la estructura de la superficie. Pocas superficies, si alguna, son perfectamente planas, y por lo tanto las cavidades, protuberancias, crestas y bordes de la superficie deben tratarse de manera diferente al estudiar quimisorción y fisisorción.
- 31.10: La reacción Haber-Bosch puede ser catalizada en superficie
- El proceso Haber-Bosch para la síntesis de amoníaco es una de las síntesis catalizadas más importantes en la industria química. El proceso aprovecha las bajas energías de activación requeridas para la quimisorción disociativa de moléculas de nitrógeno e hidrógeno que han sido fisisorbidas sobre una superficie de óxido metálico.