Monocristal

Un monocristal es un material en el que la red cristalina es continua y no está

interrumpida por bordes de grano hasta los bordes de la muestra. Como los bordes

pueden tener efectos importantes en las propiedades físicas de un material, los

Monocristales tienen interés para la industria y para la investigación académica.1

Los efectos de la entropía favorecen la presencia de imperfecciones en la micro

estructura de los sólidos, como impurezas, tensiones inhomogéneas o defectos

cristalográficos como dislocaciones. Sin embargo, este no impide la formación de

Monocristales, y se conocen especies minerales como el berilo que forman de forma

natural Monocristales con un diámetro del orden de un metro. En el laboratorio se usan

técnicas de crecimiento lento para evitar la nucleación y favorecer el crecimiento lento

de Monocristales de tamaño adecuado, por ejemplo, para la difracción de rayos X.

El opuesto de un monocristal son los vidrios, estructuras amorfas donde no hay

correlación a largo alcance entre las posiciones atómicas. Entre los dos extremos están

los materiales poli cristalinos.

Poli cristales

Un poli cristal o material poli cristalino es un agregado de pequeños cristales de

cualquier sustancia, a los cuales, por su forma irregular, a menudo se les denomina

cristalitas o granos cristalinos. Muchos materiales de origen tanto natural (minerales y

metales) como sintético (metales, aleaciones, cerámica, etcétera) son poli cristales.

Anisotropía

La anisotropía (opuesta de isotropía) es la propiedad general de materia según la cual

cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de

la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.1 Algo anisótropo podrá

presentar diferentes características según la dirección. La anisotropía de los materiales

es más acusada en los sólidos cristalinos, debido a su estructura atómica y molecular

regular.

En un sentido más general, se habla de anisotropía cuando se produce cualquier cambio

de escala de una figura o un cuerpo, como en un gráfico x-y, con factores distintos (o en

dependencia de una función) en cada coordenada.

Difracción de Rayos X

La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el estudio y análisis de

materiales, basada en el fenómeno de difracción de los rayos X por sólidos en estado

cristalino.

Los rayos X son difractados por los electrones que rodean los átomos por ser su

longitud de onda del mismo orden de magnitud que el radio atómico. El haz de rayos X

emergente tras esta interacción contiene información sobre la posición y tipo de átomos

encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura periódica, dispersan

elásticamente los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican por

interferencia constructiva, originando un patrón de difracción. Existen varios tipos de

detectores especiales para observar y medir la intensidad y posición de los rayos X

difractados, y su análisis posterior por medios matemáticos permite obtener una

representación a escala atómica de los átomos y moléculas del material estudiado.

Max von Laue realizó los primeros experimentos de cristalografía de rayos X en 1912.

Von Laue, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg desarrollaron inicialmente

la teoría de difracción de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros científicos. A

lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances teóricos y técnicos, como la

aparición de los superordenadores y el uso de sincrotrones para la producción de rayos

X, que incrementaron la capacidad del método para determinar las propiedades

estructurales de todo tipo de moléculas: sales, materiales inorgánicos complejos,

proteínas y hasta componentes celulares como los ribosomas. Es posible trabajar con

Monocristales o con polvo micro cristalino, consiguiéndose diferentes datos en ambos

casos: para las aplicaciones que requieren solo una caracterización precisa de los

parámetros de la red cristalina, puede ser suficiente la difracción de rayos X por polvo;

para una dilucidación precisa de las posiciones atómicas es preferible trabajar con

Monocristales.

Dada la relación existente entre la estructura tridimensional de las moléculas y sus

propiedades químicas y físicas, la cristalografía ha contribuido al avance en varias

disciplinas científicas como la química, la biología molecular, la geología, la física

aplicada y la ciencia de materiales. La amplia disponibilidad de tubos de rayos X,

complementada con el desarrollo de fuentes de rayos X de alta intensidad ha aumentado

significativamente su impacto en estos campos de investigación así como en áreas con

aplicaciones industriales, como el desarrollo de fármacos y la mineralogía aplicada. La

mayor limitación de este método es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por

lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos

o a gases. En algunos casos, los rayos X pueden romper los enlaces químicos que

mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la

molécula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de interés

biológico.

Ley de Bragg

La ley de Bragg permite estudiar las direcciones en las que la difracción de rayos X

sobre la superficie de un cristal produce interferencias constructivas, dado que permite

predecir los ángulos en los que los rayos X son difractados por un material con

estructura atómica periódica (materiales cristalinos).

Fue derivada por los físicos británicos William Henry Bragg y su hijo William

Lawrence Bragg en 1913. La ley de Bragg confirma la existencia de partículas reales en

la escala atómica, proporcionando una técnica muy poderosa de exploración de la

materia, la difracción de rayos X. Los Bragg fueron galardonados con el Premio Nobel

de Física en 1915 por sus trabajos en la determinación de la estructura cristalina del

NaCl, el ZnS y el diamante.