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Academic Year/course: 2021/22

543 - Master's in Molecular Chemistry and Homogeneous Catalysis

60456 - Crystallography and diffraction techniques

Syllabus Information

Academic Year:
60456 - Crystallography and diffraction techniques
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
543 - Master's in Molecular Chemistry and Homogeneous Catalysis
Second semester
Subject Type:

1. General information

1.1. Aims of the course

The course aims at training the students to recognize the potential application of diffraction techniques in any chemical research field, either basic or applied, and to be able to follow the whole procces of structural determination, from data collection and reduction processes to the extraction of the relevant structure information, at a molecular or crystalline level.

The comprehension of fundamental concepts associated to diffraction techniques should contribute to the student academic training, providing them self-sufficient criteria to decide the proper application of diffraction techniques to specific chemical problems, in a research environment or in a R&D industrial context, either in production or in quality control departments.

The structural information obtained through experimental diffraction studies is essential in the establishment of very powerful structure/activity relationships, which allow progress in the rationalization of very diverse chemical processes in different fields of scientific knowledge. These approaches and objectives are aligned with the following goals of the Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda (, in such a way that the acquisition of the learning results of this subject provide training and competence to contribute to a certain extent to their achievement. Goal 2: Zero hunger; Objective 3: Health and well-being; Objective 4: Quality education; Goal 6: Clean water and sanitation; Goal 7: Affordable and clean energy; Goal 8: Decent work and economic growth; Objective 9: Industry, innovation and infrastructures; Goal 11: Sustainable cities and communities; Objective 12: Responsible production and consumption, and more specifically with the following specific goals 2.4, 3.b, 4.3, 4.4, 6.3, 7a, 8.2, 9.4, 9.5, 11.4, 12.2, 12.4.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The knowledge of crystallographic techniques is fundamental for definitive and precise structural characterization (at molecular or crystalline level) of new substances or natural products from solid state samples. The structural knowledge obtained from X-ray diffraction experiments results to be essential in the rationalization of reactive processes. Moreover, the observed intermolecular interactions can provide key information about the reaction operative mechanisms or about observed macroscopic physical properties.

Furthermore, diffraction techniques turn out to be very useful in the identification of crystalline phases of unknown materials (in pure samples or mixtures) or in the qualitative and quantitative analysis of solid samples. These applications make diffraction a really powerful tool in chemical industry, when dealing with substances in solid state.

It is noteworthy the extraordinary potential of diffraction techniques, either working with single crystals or polycrystalline samples, their complexity and the versatility of different available experimental options for the sample environment. Taking into account these particularities, this course is included in the “Structural Characterization” module, but as an independent optative course during second semester. Undoubtedly, it especially complements the compulsory “Structural Characterization Techniques” course.

This course is recommended to those students involved or specially motivated for the study of new molecules with high molecular complexity or for those substances requiring the definitive determination of basic molecular parameters. Additionally, the course will provide basic concepts for the analysis of polycrystalline samples, and for the identification and/or quantification of crystalline phases.

1.3. Recommendations to take this course

It is advisable to have basic knowledge of solid state chemistry and crystallography (point / spatial symmetry), although the course can also be followed without this previous knowledge. In that case, some complementary readings, at the beginning of the course, will be suggested.

Class attendance, reading of suggested texts and the continuous work will facilitate passing the subject.

2. Learning goals

2.1. Competences

To be able to design diffraction experiments to obtain relevant structural information (at molecular or crystal level), understanding which are the most suitable data collection equipments, in laboratory or in large-scale facilities (such as synchrotron sources).

Capacity to extract information about experimental data and perform data reduction processes.

To be able to carry out data treatment, to evaluate its quality and to represent the obtained results, according to the research area under study.

Capacitiy to use the obtained structural information for understanding and for the interpretation of reactive processes in Molecular Chemistry and Catalysis and set it in the context of analogous or related results.

To be able to design, facing a problem involving a solid (crystalline) sample, the most appropriate experimental methodology to identify or characterize new substances in the most detailed way.

2.2. Learning goals

To have assimilated fundamental concepts of spatial symmetry, showing an adequate comprehension of the nomenclature of spatial groups theory and also of its application to Crystallography.

To critically handle theoretical concepts related to the diffraction process and, especially, the relationship between diffraction experiments and crystal internal structures.

To know the different experimental methods commonly used in the diffraction pattern measurements, both for powder and single crystal samples.

To understand the more appropriate single crystal X-ray data collection strategies ensuring an optimal structure resolution at a molecular level.

To master the basic mechanism for the phase problem solution and the experimental proceedings adequate for the structure solution from X-ray diffraction experiments.

To interpret main directional characteristics of dispersed X-rays and to evaluate data quality.

To integrate X-ray diffraction data to obtain structural information, at crystal or molecular levels.

To interpret structural parameters, obtained from diffraction experiments, in the chemical context.

To know other structural determination processes based on diffraction experiments carried out with radiations different from X-rays.

2.3. Importance of learning goals

The precise three-dimensional structural characterization of single crystal samples obtained from X-ray diffraction analysis (or using other related radiations), is a key point in the design of new molecules or materials at nano- micro- or macroscopic scale, and, in particular, in the comprehension of reactive processes in Molecular Chemistry and Catalysis.

In the case of polycrystalline samples, diffraction analysis allows the identification, and sometimes the quantification, of the phases of a specific sample. Therefore, they may be useful in the comprehension of reactive processes involving solids, and may be a fundamental technique applied in the quality control mechanism, either before or after the specific chemical process.

The acquisition of the learning results of this subject will provide training and competence to indirectly contribute, in very diverse areas of scientific knowledge, to achieving the Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda.



3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

A continuous and comprehensive evaluation of the student competences will be carried out based on their performance in the following activities:
1.- Daily class work, including problem solving tests, practical questions, exercises and related activities during the learning process. At the end of each topic, a document will be distributed to the students with a reduced number of basic questions to be worked out by the students; these documents will be a key piece in the assesment of this section (40%).
2.- Oral presentation of the structural results of a recently published scientific article, jointly chosen by tutors and students and in some way related to the student’s research interests. The student must demonstrate the correct and precise use of the concepts addressed in the development of the course (20%).
3.- Written or oral test (decided by students) at the end of the course dealing with problems and questions about the course contents (40%).
The students that have not passed the subject or wish to improve their score have the option to carry out a global test including a comment on the structural part of a recently published scientific paper related with the Master topic (40%) and the answer of theoretical questions about the course topics (60%).

The number of official examination calls per registration and their use will be subjected to the statements of the Regulation of Permanence in Master Studies and the Regulation of the Learning Assessment ( The latest document will also regulate the general design and scoring criteria of the assessment activities, as well as the exam schedules and timetable for the post-examination review.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process will use daily class lectures, with presentations previously available to the students, in which tutors will set out questions to the students in order to stimulate their participation in the description and comprehension of basic concepts. From a traditional perspective, the methodology may be classified in the following way:

1. Interactive theoretical lectures, with readings or viewing of videos prior to the face-to-face activities (1.5 ECTS).

2. Problem-solving sessions and seminars to be carried out outside of class and with discussion during face-to-face classes (0.2 ECTS).

3. Practice sessions with laptops dealing with real data processing (0.3 ECTS).

Students are expected to participate actively in the class throughout the semester, stimulating discussions about theoretical concepts and substantial contributions to their practical work.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Curricular adaptation texts at the beginning of the course for those students who require them.
  • Interactive classes.
  • Analysis, study and discussions of complementary texts in a traditional teaching way or using 'flipped classroom' methodologies.
  • Collaborative and group work: practical exercises about spatial symmetry, systematic absences evaluation, or reciprocal lattice.
  • Tutors will carry out, at least, one structure solution and refinement following 'students' indications.

Teaching and assessment activities will be carried out in the classroom with all students onsite unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and the University of Zaragoza arrange to carry them out by telematics means or in a reduced rotating capacity.

4.3. Syllabus

Depending on the students' previous knowledge about Crystallography (solid state Chemistry and symmetry), several curricular adaptations may modify the syllabus. Therefore, the provisional syllabus of the course will address the following topics:

Topic 0. Structure/Properties: Paradigm of modern Science. The Crystal: how to simplify a so complex entity? Diffraction experiments: the way to the unambiguous molecular structure.

Topic 1. Structural Crystallography. General introduction. Crystallography applications.

Topic 2. Spatial symmetry. Space groups. Nomenclature. International Tables.

Topic 3. Crystal growth. Crystallization methods and crystal handling.

Topic 4. X-rays and another radiations used in structural studies. Scientific equipment for diffraction experiments.

Topic 5. Crystal structure and diffraction. Single crystal and powder analysis methods. Reflections and intensities. Bragg law, reciprocal lattice and Structure Factor. Ewald model.

Topic 6. Diffraction data integration for the molecular structure determination. Structural refinement. Temperature factor.  Absolute structure determination.

Topic 7. Results presentation and validation. Structural data in their context: structural databases.

Topic 8. Diffraction experiments with powder or partially ordered samples. Some applications and methodologies.

Topic 9. Single crystal diffraction. Programs for structure solution and refinement: WINGX and SHELX. Steps in a conventional structure determination.

Topic 10. Presentation and discussion (by the students) of recently published scientific articles in the ‘Molecular Chemistry and Catalysis’ field.

4.4. Course planning and calendar

The course timetable and exams dates will be published in the bulletin board of Inorganic Chemistry Department and on the Faculty of  Science webpage (

Dates for the students' presentations will be agreed with the students along the course.

The students will be provided with diverse teaching material either at reprography or through the University's virtual platform


This course has a workload of 2ECTS and is imparted in the second semester. 

The information about schedules, calendars and exams is available at the websites of the Sciences Faculty,, and the Master,

Curso Académico: 2021/22

543 - Máster Universitario en Química Molecular y Catálisis Homogénea

60456 - Cristalografía y técnicas de difracción

Información del Plan Docente

Año académico:
60456 - Cristalografía y técnicas de difracción
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
543 - Máster Universitario en Química Molecular y Catálisis Homogénea
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

El objetivo de esta asignatura es habilitar al alumno para reconocer el potencial de las diferentes técnicas de difracción en el marco de cualquier investigación, básica o aplicada, en el ámbito de la Química y poder ser capaz de seguir el proceso de medida y tratamiento posterior de los datos hasta la obtención de la información estructural perseguida, bien de naturaleza molecular o cristalina.

La comprensión de los conceptos fundamentales asociados a las técnicas de difracción debe contribuir a la formación del alumno de manera que éste disponga de criterio autónomo para acudir a estas metodologías ante determinados problemas científicos en el ámbito académico o en el entorno empresarial, tanto en los laboratorios de I+D, como en los departamentos de producción y de control de calidad.

La información estructural que se obtiene a través de los estudios experimentales por difracción resulta básica en el establecimiento de relaciones estructura/actividad muy poderosas, que permiten progresar en la racionalización de procesos químicos muy diversos en distintos ámbitos del conocimiento científico. Estos planteamientos y objetivos están alineados con las siguientes metas de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas ( , de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro. Objetivo 2: Hambre cero; Objetivo 3: Salud y bienestar; Objetivo 4: Educación de calidad; Objetivo 6: Agua limpia y saneamiento; Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante; Objetivo 8: Trabajo decente y crecimiento económico; Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras; Objetivo 11: Ciudades y comunidades sostenibles; Objetivo 12: Producción y consumo responsables, y más concretamente con las siguientes metas 2.4, 3.b, 4.3, 4.4, 6.3, 7a, 8.2, 9.4, 9.5, 11.4, 12.2, 12.4.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

El conocimiento de las técnicas cristalográficas es fundamental en la caracterización estructural definitiva y precisa de nuevas sustancias o productos naturales a nivel molecular o cristalino, a partir de muestras en estado sólido. La información estructural obtenida a partir de estas medidas es información básica en la racionalización de los procesos reactivos, o incluso, a través de las interacciones intermoleculares determinadas, en los mecanismos operativos o en las propiedades físicas macroscópicas observadas.

Por otra parte, las técnicas de difracción ocupan un lugar de extraordinaria importancia en la identificación de fases cristalinas, en compuestos puros o en mezclas, así como en el análisis cualitativo y cuantitativo de muestras en estado sólido, circunstancia esta que las hace de especial interés en la industria química siempre que se manejan muestras en estado sólido.

Su extraordinario potencial, tanto para muestras mono- como poli-cristalinas, su complejidad y las distintas opciones experimentales para el tratamiento de muestras, hacen que esta asignatura forme parte del módulo de Caracterización Estructural como asignatura independiente optativa de 2 ECTS que se imparte en el segundo cuatrimestre. Sin duda, complementa de forma especial la asignatura obligatoria Técnicas de Caracterización Estructural.

Esta asignatura será muy recomendable para todos aquellos estudiantes implicados o motivados por el estudio de moléculas nuevas, donde la complejidad molecular sea elevada o requieran el conocimiento de los parámetros geométricos moleculares básicos. Adicionalmente, en el curso se aportarán los conceptos básicos para el estudio de muestras policristalinas en la identificación o cuantificación de distintas fases cristalinas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Es recomendable poseer conocimientos básicos de Química del estado sólido y de Cristalografía (simetría puntual/espacial), si bien la asignatura se puede cursar sin esos conocimientos previos. En ese caso, se articularán algunas lecturas complementarias al comienzo del curso.

La asistencia a clase, la lectura de los textos sugeridos y el trabajo continuado se considerán de vital importancia para la superación de la asignatura.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Diseñar experimentos de difracción para la obtención de información estructural de índole molecular o cristalina, con comprensión de los equipos de medida más adecuados, sean de laboratorio o en grandes instalaciones.

Extraer de forma adecuada y con criterio la información de los datos experimentales.

Evaluar la calidad de los datos experimentales y diseñar la representación más adecuada de los resultados obtenidos de acuerdo al contexto del tema de investigación que se realiza.

Utilizar la información estructural obtenida para la comprensión e interpretación de las propiedades físicas y químicas de nuevos compuestos, en particular de determinados procesos reactivos en Química Molecular y Catálisis, y contextualizarlos con resultados análogos o relacionados.

Diseñar, ante un problema que implique una muestra en estado sólido (cristalina), el mecanismo experimental más adecuado para su identificación o caracterización de la forma más detallada posible.

2.2. Resultados de aprendizaje

Asimilar los conceptos fundamentales de simetría espacial, mostrando una comprensión adecuada de la nomenclatura y de la aplicación a la Cristalografía de la teoría de grupos espaciales.

Manejar con criterio los conceptos implicados en el proceso de difracción y, en especial, en la interrelación entre los resultados experimentales de los procesos de difracción y la estructura interna de los cristales.

Conocer los métodos experimentales más comunes para la realización de diagramas de difracción, tanto para muestras en polvo, como para muestras monocristalinas.

Entender los requerimientos fundamentales de las muestras para ser susceptibles de ser estudiadas por difracción de rayos X.

Conocer los mecanismos básicos para la solución del problema de la fase y los procedimientos experimentales adecuados para la determinación de estructuras moleculares a partir de datos de difracción.

Interpretar las principales características de los diagramas de difracción y evaluar la calidad de los datos obtenidos.

Procesar los datos de difracción para la obtención de la información estructural requerida, a nivel cristalino o bien a nivel molecular.

Interpretar los resultados estructurales obtenidos de los experimentos.

Conocer la existencia y los requerimientos experimentales básicos para otros procesos de determinación estructural basados en la difracción de otras radiaciones distintas de los rayos X.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Para muestras monocristalinas, la caracterización estructural tridimensional precisa y parametrizada - fruto final de los análisis por difracción de rayos X o de otras radiaciones- es información de vital importancia en el desarrollo de nuevas moléculas o materiales, de escala nano, micro, o macroscópica, y en particular, en la comprensión de los procesos reactivos en Química Molecular y en Catálisis. La propiedades físicas macroscópicas (ópticas, magnéticas, térmicas, etc.) pueden racionalizarse, en muchas ocasiones, a partir de los parámetros estructurales intermoleculares (interacciones).

En el caso de muestras policristalinas, los análisis por difracción permiten la identificación -y en determinadas circunstancias, cuantificación- de las fases presentes en una muestra determinada, lo que puede dar luz en la comprensión de procesos reactivos que impliquen sólidos, así como servir de mecanismo de control de calidad previo o posterior al proceso químico en cuestión.

La adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporcionará una capacitación y competencia para contribuir indirectamente, en áreas muy diversas del conocimiento científico, a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

La evaluación del estudiante, en relación a los resultados de aprendizaje previstos, se realizará de modo continuo sobre la base de las siguientes actividades:

1.- Controles de resolución de problemas, cuestiones prácticas, ejercicios, análisis de simulaciones y otras actividades semejantes realizados a lo largo del proceso de impartición de la asignatura. Al final de presentar cada tema, se distribuirá un documento con un número reducido de cuestiones básicas del tema en cuestión para que los alumnos lo elaboren como trabajo personal fuera de clase; estos documentos serán pieza clave en la valoración de este apartado.  (40 %).

2.- Presentación de los resultados estructurales publicados en un trabajo reciente de interés del alumno y previamente acordado con los profesores de la asignatura. El alumno deberá hacer muestra del uso correcto y preciso de los conceptos abordados en el desarrollo del curso (20 %).

3.- Prueba escrita u oral (a decidir por los alumnos), a realizar al final de la impartición de la asignatura, consistente en la resolución de problemas y cuestiones sobre los contenidos impartidos (40 %).

Aquellos alumnos que no superen la asignatura, o desearan mejorar su calificación, podrán optar a una prueba global que consistirá en el comentario de la parte estructural de una publicación actual relacionada con la temática del Máster (40 %) y la respuesta a una serie de cuestiones de carácter teórico sobre los conceptos impartidos a lo largo del curso (60 %).

El número de convocatorias oficiales de examen a las que la matrícula da derecho (2 por matrícula) así como el consumo de dichas convocatorias se ajustará a la Normativa de Permanencia en Estudios de Máster y al Reglamento de Normas de Evaluación del Aprendizaje ( A este último reglamento, también se ajustarán los criterios generales de diseño de las pruebas y sistema de calificación, y de acuerdo a la misma se hará público el horario, lugar y fecha en que se celebrará la revisión al publicar las calificaciones.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje utilizará presentaciones en clase, previamente disponibles por lo alumnos, sobre las que los profesores disertarán planteando cuestiones diversas a los alumnos y estimulando su participación en la descripción y comprensión de los conceptos. En algunas clases se adelantarán textos cortos de lectura que introduzcan conceptos a explicar en la clase y que sirvan de motivación previa al alumno.

La distribución de las clases, desde una perspectiva clásica, se puede clasificar del modo siguiente:

1.- Clases teóricas interactivas, con lecturas o visionado de vídeos previos a la actividad presencial  (1.5 ECTS)

2.- Clases de resolución de problemas y seminarios a realizar fuera de clase y con discusión durante las clases presenciales (0.2 ECTS)

3.- Prácticas de tratamiento de datos con ordenador (0.3 ECTS)

En todas las actividades se promoverá que el alumno tenga una participación activa, con discusión de los conceptos teóricos y aportaciones sustanciales en los procesos prácticos planteados.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende actividades de aprendizaje de distintos tipos.

Aparte de las clases interactivas con los alumnos, al comienzo del curso se incluirá la lectura de textos de adaptación curricular de aquellos alumnos que lo requieran, y el análisis, estudio y comentario posterior de textos complementarios a los conceptos desarrollados en clase, tanto de modo previo al desarrollo de los conceptos en clase (flipped classroom), como con posterioridad.

Adicionalmente se plantearán ejercicios prácticos sobre simetría espacial, evaluación de ausencias sistemáticas, o red recíproca, a trabajar en grupo por los alumnos.

El profesor realizará la resolución paso a paso de una estructura molecular en clase, a raíz de las indicaciones de los alumnos.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza obliguen a realizarlas de forma telemática o semi-telemática con aforos reducidos rotatorios.

4.3. Programa

De acuerdo con la formación previa de los alumnos en temas relacionados con la Cristalografía (estado sólido y/o simetría) se podrá realizar pequeñas adaptaciones curriculares al programa previsto de la asignatura que se recoge a continuación:

0.- Estructura/Propiedad: Paradigma de la Ciencia moderna - El Cristal: ¿Cómo simplificar algo complejo? - Experimentos de difracción: camino a la estructura molecular sin ambigüedades.

1.- ¿Qué es la Cristalografía estructural?. Generalidades. Áreas de trabajo de la Cristalografía. Aplicaciones.

2.- Simetría espacial. Grupos espaciales. Nomenclatura empleada. Tablas Internacionales.

3.- Crecimiento cristalino. Métodos para la obtención y manipulación de cristales.

4.- Rayos X y otras radiaciones empleadas en los estudios estructurales. Equipamiento científico para los estudios de difracción.

5.- Estructura cristalina y difracción. Métodos de análisis de muestras mono y policristalinas. Reflexiones e intensidades. Ley de Bragg, red recíproca y factor de estructura. Modelo de Ewald.

6.- El tratamiento de datos de difracción para la determinación de la estructura molecular. El refino de estructuras tridimensionales. Factor de temperatura. Determinación de estructuras absolutas.

7.- Presentación y validación de resultados. Contextualización de datos estructurales: bases de datos estructurales.

8.- Experimentos de difracción sobre muestras policristalinas y parcialmente ordenadas. Diversas aplicaciones y metodologías.

9.- Programas para la determinación estructural a partir de muestras monocristalinos: WINGX y SHELX. Pasos en un proceso convencional de determinación estructural (trabajo práctico).

10.- Seminarios de presentación y discusión de artículos recientes en el área de trabajo de la Química Molecular y Catálisis por parte de los alumnos.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Los horarios de la asignatura y las fechas de exámenes se publicarán en el tablón de anuncios del Departamento de Química Inorgánica y en la página web de la Facultad de Ciencias: Para las presentaciones de trabajos, el calendario se acordará con los alumnos a la hora del encargo del trabajo, en las horas lectivas del curso.

A través del Anillo Digital Docente se proporcionará al alumno diverso material docente preparado por los profesores de la asignatura (


Asignatura optativa de 2 ECTS que se imparte en el segundo semestre. Toda la información sobre horarios, calendario y exámenes se publica en la web de la Facultad de Ciencias:, y en la web del Máster:

La asignatura requiere, adicionalmente a la asistencia a las clases presenciales, la lectura de un número reducido de artículos y textos relacionados complementarios a los conceptos analizados en las clases, así como realizar la presentación del contenido estructural de un artículo actual de la temática de TFM del alumno. Esta presentación se realiza al final del proceso lectivo de mutuo acuerdo profesor y alumno.

Las prácticas de la asignatura se realizarán al final del proceso lectivo, en una única sesión acordada entre profesor y alumnos, e implicarán la resolución tutorizada de una estructura cristalina a partir de los datos experimentales.