GESUS, an Interactive Computer Application for Teaching and Learning the Space Groups of Symmetry

This paper describes a digital application designed for learning Space Groups of Symmetry (SGS). It teaches how to recognize the operations performed by the symmetry elements, both point (or 2D) operators (proper and improper rotations, including mirroring, inversion, and other rotoin-versions), and space (or 3D) operators (screw axes and glide planes), as well as their combinations with the translations of the lattice. The software applies a 3D space vision to identify the elements of symmetry compatible with the proposed structural models. The symbols of internationally accepted representation are used. The system, class, and space group of the crystal that agree with the proposed model are solved. Two settings are taken into account in the Monoclinic system. The application self-evaluates and assesses the knowledge acquired, allowing each exercise to be re-done until it is correctly completed with the appropriate recommendations. This application constitutes a useful and easy-to-use tool for SGS learning. It is aimed at beginner students of crystallography, with elementary knowledge about elements of symmetry, Bravais lattices, crystal classes, and wallpaper groups

Evaluation of rare earth on layered silicates under subcritical conditions: Effect of the framework and interlayer space composition

Clay-based minerals are considered to be an important component in backfill barriers due to both their ability to seal and adsorb radioactive waste and to interact chemically with it under subcritical conditions. Herein, we describe a systematic study of the properties of layered silicates that could affect their hydrothermal reactivity, namely type of layers, octahedral occupancy, origin and total amount of the layer charge, and nature of the interlayer cation. The silicates studied were selected on the basis of their different characteristics associated with these properties and were treated hydrothermally at 300 °C for 48 h in a 7.3 · 10− 2 M Lu(NO3)3 · 3.6H2O solution. The final products were analyzed by X-ray diffraction and solid-state NMR spectroscopy. All the layered silicates studied were found to be able to generate a Lu2Si2O7 phase after hydrothermal treatment under subcritical conditions, thereby confirming the participation of a chemical mechanism of the clay barrier generating phases being stables with temperature and pH conditions. However, the extent of this reaction depends to a large extent on the physicochemical properties of the framework and the interlayer space composition, such as the presence or absence of an octahedral sheet, the degree of occupancy of this sheet, and the origin and total layer charge. Therefore, this study allows tuning the clay mineral framework characteristic that favors the rare earth cations (as trivalent actinide simulator) immobilization.Dirección General de Investigaciones Científicas y Técnicas CTQ2010-1487

Cesium adsorption isotherm on swelling high-charged micas from aqueous solutions: Effect of temperature

The potential use of a new family of synthetic swelling micas for cesium immobilization from aqueous solution was evaluated and the structural modifications after adsorption were analyzed. The results have revealed that they are good cesium adsorbents compared to natural clays and as the layer charge increases, the adsorption capacity and affinity increase. The cesium ions are adsorbed through a cation exchange mechanism, but an inner sphere complex with the basal O atoms of the tetrahedral sheet is favored. These findings imply that is possible to design minerals with improved environmental applications.Junta de Andalucía (España) y fondos europeos FEDER - P12-FQM-567Programa Estatal Español de I+D+i orientado a retos sociales y Fondos Europeo FEDER - MAT2015-63929- REmpresa Nacional de Residuos Radiactivos de España (ENRESA) - 007900023

Bionanocomposites based on chitosan intercalation in designed swelling high-charged micas

Bionanocomposites based on layered inorganic components, as clays, and polymers of biologicalorigin, as chitosan, have a major impact in medical and environmental fields, being economical and environmentally friendly materials. Na-Mn micas (n = 2 and 4) with controlled surface charge, high cation exchange capacity and swelling behaviour, are attractive inorganic composite components that exhibit improved adsorption properties compared to other inorganic solids which makes them potentially useful for bionanocomposites. The goal of this research was to explore the potential use of those synthetic brittle micas to form eco-friendly bionanocomposites with chitosan biopolymer. Hence, chitosan-mica bionanocomposites were prepared by ion-exchange reaction between chitosan solution and synthetic high charge mica. X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, thermal analysis, MAS-NMR spectroscopy and zeta-potential have been employed for bionanocomposites characterization. The results showed that the adsorption of chitosan is effective, although a chitosan portion remains in the outer surface being hydrogen-bonded to the tetrahedral sheet of the silicate.The authors would like to thank the Junta de Andalucía (Spain) and FEDER (Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía, project P12-FQM-567), to the Spanish State Program R + D + I oriented societal challenges and FEDER (Project MAT2015-63929-R) for financial support. F.J. Osuna thanks his grant to the training researcher program associated to the excellence project of Junta de Andalucía (P12-FQM-567). Finally, we thanks to the Colloidal Materials Group of the Instituto Ciencia de los Materiales de Sevilla (ICMS) for their help in the Zetapotential measurements

Novel Procedure for Laboratory Scale Production of Composite Functional Filaments for Additive Manufacturing

Successful 3D printing by material extrusion of functional parts for new devices requires high quality filaments. Uniform homogeneity and good dispersion of particles embedded in filaments typically takes several cycles of extrusion or well-prepared feedstock by injection molding, industrial kneaders or twin-screw compounding. These methods need specific production devices that are not available in many laboratories non-specialized in polymer research, such as those working on different material science and technology topics that try to connect with additive manufacturing. Therefore, laboratory studies are usually limited to compositions and filler concentrations provided by commercial companies. Here, we present an original laboratory scale methodology to custom-prepare the feedstock for extruding magnetic composite filaments for fused filament fabrication (FFF), which is attainable by a desktop single-screw extruder. It consists in encapsulating the fillers in custom made capsules that are used as feedstock and reach the melting area of the extruder maintaining the same concentration of fillers. Results have shown that our approach can create smooth and continuous composite filaments with good homogeneity and printability with fine level of dimensional control. We further show the good dispersion of the particles in the composite filament using X-Ray Tomography, which enabled a 3D reconstruction of the spacial distribution of the embedded magnetic particles. The major advantage of this new way of preparing the composite feedstock is that it avoids the hassle of multiple extrusion runs and industrial machinery, yet providing uniform filaments of well controlled filler concentration, which is predictable and reproducible. The proposed methodology is suitable for different polymer matrices and applicable to other functional particle types, not just limited to magnetic ones. This opens an avenue for further laboratory scale development of novel functional composite filaments, useful for any community. This democratization of complex filament preparation, including consumers preparing their own desired uniform novel filaments, will facilitate to unify efforts nearing 3D printing of new functional devices.Fondo Europeo de Desarrollo Regional MAT-201677265-RJunta de Andalucía US-1260179, P18-RT-74

A new route of synthesis of Na-Mica-4 from sodalite

Synthesis of Na-Mica-4 has been achieved by a ``mix and calcine¿¿ method using sodalite and magnesium fluoride as the only precursors. Previous research found sodalite as a key intermediate reaction product in the formation of Na-Mica-4 when the NaCl melt method was employed. Similarities in structure, chemical composition and cation distribution in products using the proposed method and the NaCl melt method are described and suggest that Na-Mica-4 is a very stable product. The use of sodalite as precursor provokes microporous formation in the final mica. The absence of excess Na leads to a lower particle size and to the presence of less impurity in the calcined product. Different sodalites could be used in the synthesis of different Na-Mica-4 with presumably different physicochemical propertiesDirección General de Investigaciones Científicas y Técnicas CTQ2010-1487

New insights into surface-functionalized swelling high charged micas: Their adsorption performance for non-ionic organic pollutants

The major components of the wastewater from the petroleum refineries are benzene, toluene and phenol and one of the techniques applied to the treatment of effluents is sorption using organo-functionalized clay. The materials exploited in the present study are a family of surface-functionalized synthetic micas and their sorption capacities for non-ionic organic pollutants are analyzed. The organo-functionalization of their surface provides them the capacity to sorb effectively non-ionic pollutants in the interface. Their adsorption performance is a function of the alkylamonium properties such as the chain length, the mass fraction and the organization of the organic cation in the interlayer space of the micas.Junta de Andalucía FEDER P12-FQM-567Spanish State Program R+D +I oriented societal challenges FEDER MAT2015-63929-REl patrimonio autónomo fondo nacional de financiamiento para la ciencia, la tecnología y la innovación, Francisco José de Caldas FP44842-627-201

Tenis y ciencia (II): un modelo de simulación por ordenador

Este artículo es la continuación de Tenis y ciencia. Un modelo de simulación por ordenador (I) publicado en este mismo Nº 3 de www.cienciaydeporte.net. En él presentábamos la primera versión de un modelo de simulación por ordenador del saque plano en el tenis que ha sido diseñado e implementado por el grupo Física y deporte de Sevilla (España). Este programa informático permite hacer un análisis detallado, tanto cualitativo como cuantitativo, de la trayectoria de la pelota de tenis en el que se tiene en cuenta la resistencia del aire, causante del frenado de la pelota, y reproduce, con bastante rigor, la trayectoria real de la misma haciendo variar, para ver su influencia, la velocidad inicial y el ángulo de salida para una altura de golpeo determinada.Este modelo informático puede ayudar a mejorar el saque viendo las consecuencias que sobre la trayectoria tiene la introducción de pequeñas variaciones en el valor de las distintas variables, permaneciendo las demás inalteradas. De esta manera, se obtiene información muy útil tanto para los entrenadores como para aquellos jugadores interesados por los aspectos más científicos del tenis.Ahora, en esta segunda parte del artículo:Introducimos los conceptos de ventana angular y margen de error permisible en cada golpe que permiten cuantificar los márgenes de tolerancia que tienen las variables velocidad, altura de golpeo y ángulo de lanzamiento para que la pelota después de salvar la red entre en la zona deseada de la pista.Presentamos una aproximación matemática (tercer modelo físico-matemático) que permite calcular de manera muy sencilla el tiempo de vuelo y la velocidad con que llega la pelota a la zona del rival.Hacemos un estudio cuantitativo para ver la repercusión que tiene la altitud a la que se encuentra la pista de juego en la disminución de la velocidad de la pelota y en el tiempo de vuelo, por el efecto del rozamiento con el aire. Estos datos son muy útiles por arrojar luz científica sobre lo acertado o no de algunas decisiones federativas al elegir una ciudad u otra para superar una eliminatoria de tenis de manera que favorezca al equipo nacional. Este hecho se dio hace ahora más de un año en el enfrentamiento entre España y Estados Unidos en la final de la Copa Davis celebrado en la ciudad de Sevilla después de cierta controversia en los medios de comunicación españoles.Como en la primera parte del artículo presentamos cálculos rigurosos realizados mediante nuestro modelo informático que simula el saque.En una segunda versión de este modelo, que publicaremos en un próximo número de esta revista, profundizaremos aún más en la dinámica del tenis para tener también en cuenta el llamado efecto Magnus que permitirá calcular la influencia del grado de liftado en la mayor o menor curvatura de la trayectoria de la pelota

Tenis y ciencia: un modelo de simulación por ordenador

En este artículo, dividido en dos partes, presentamos la primera versión de un modelo de simulación por ordenador del saque plano (es decir sin que la pelota tenga giro sobre sí misma o spin) en el tenis que ha sido diseñado e implementado por el grupo Física y deporte de Sevilla (España).En su primera versión, este programa informático permite hacer un análisis detallado, tanto cualitativo como cuantitativo, de la trayectoria de la pelota en el saque. En él se tiene en cuenta la resistencia del aire, causante del frenado de la pelota, y reproduce, con bastante rigor, la trayectoria real de la misma haciendo variar, para ver su influencia, la velocidad inicial y el ángulo de salida para una altura de golpeo determinada.Este programa puede ayudar a mejorar el saque viendo las consecuencias que sobre la trayectoria tiene la introducción de pequeñas variaciones en el valor de las distintas variables, permaneciendo las demás inalteradas. De esta manera, se obtiene información muy útil tanto para los entrenadores como para aquellos jugadores interesados por los aspectos más científicos del tenis.En una segunda versión de este modelo de simulación, que publicaremos en un próximo número de esta revista, profundizaremos aún más en la dinámica del tenis para tener también en cuenta el llamado efecto Magnus que permitirá calcular la influencia del grado de liftado en la mayor o menor curvatura de la trayectoria de la pelota

El uso científico de la bicicleta

Este artículo, que puede considerarse la segunda parte del titulado La Física del ciclismo, publicado en este mismo número, y también complementario de La ciencia de un paseo en bicicleta, publicado en el Número 1, ilustra cómo se puede hacer un uso racional de la bicicleta apoyándonos en las ecuaciones de la Cinemática. Para ello se analiza con cierto detalle un modelo sencillo que monta 3 platos y 5 piñones y que, posteriormente, puede tomarse como referencia para hacer análisis similares en otros modelos. Usando el concepto de multiplicación, definido en el artículo anterior, y el de incremento porcentual entre dos marchas consecutivas depuramos el número total de marchas disponibles teóricamente y reducimos el número de ellas a las efectivas o útiles. Se establece una secuencia de marchas, de forma análoga a la de un coche, y se eligen la marcha de referencia y la marcha de arrancada para el uso en la ciudad donde continuamente se está parando y reanudando el camino. Se ilustra todo ello con los cálculos expuestos en forma de tablas sencillas en el cuerpo del texto principal