160 likes | 709 Views
Лекционный курс ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ. 13 лекций, 384 слайда. доктор химических наук, профессор Солодовников Сергей Фёдорович. кафедра неорганической химии ФЕН НГУ. Методические материалы. Электронно-лекционный курс. Пособие разработано в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ.
E N D
Лекционный курсОСНОВЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ 13 лекций, 384 слайда доктор химических наук, профессор Солодовников Сергей Фёдорович кафедра неорганической химии ФЕН НГУ Методические материалы. Электронно-лекционный курс. Пособие разработано в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ.
Цели освоения дисциплины • Курс является одной из базовых дисциплин, формирующих общие структурные представления у студентов – химиков и физиков и знакомящий их с основными чертами строения важнейших классов кристаллических веществ и их связями с физико-химическими свойствами за счет теоретического и практического усвоения: • симметрийного и алгебраического аппарата описания молекул, кристаллов и кристаллических структур; • основ общей, описательной и прикладной кристаллохимии; • структурных особенностей некоторых классов химических соединений и вытекающих из них физических свойств; • структурного подхода к физико-химическим явлениям.
Краткая аннотация курса Курс лекций в первую очередь предназначен длястудентов ФЕН и ФФ НГУ, а также может быть полезным для студентов других факультетов, аспирантов, научных сотрудников и иных специалистов, интересующихся основами структурной кристаллографии, структурного анализа и кристаллохимии. Предмет кристаллохимии рассмотрен с охватом широкого круга химических соединений и структурной трактовкой некоторых важных понятий химии и физической химии. В лекциях изложены теория кристаллической решетки и симметрия молекул и кристаллов, элементы рентгеноструктурного анализа, общие разделы кристаллохимии, ее главные категории и понятия, а также описаны кристаллические структуры важнейших классов химических веществ. Лекции дают в сжатой форме теоретический, описательный и иллюстративный материал об основных разделах структурной кристаллографии и кристаллохимии, необходимых для современного химика или физика, работающего в химии. В описательной части приведены также краткие сведения о строении таких химических веществ как жидкие кристаллы, кластеры, молекулярные комплексы, соединения включения, координационные полимеры. Учебное пособие поможет студентам в ходе занятий по одноименному спецкурсу, существенно расширит их эрудицию в области структурной химии.
Содержание курса Часть I. Введение в предмет. Решеточная кристаллография • Лекция 1 • Введение в предмет, краткие исторические сведения. Особенности кристаллического состояния. • Предмет и задачи современной кристаллохимии. Кристаллическая структура, ее модели и аспекты. • Пространственная (трансляционная) решётка кристалла и ее элементарная ячейка. • Преобразования систем кристаллографических координат. Часть II. Структурная кристаллография • Лекция 2 • Симметрия, операции и элементы симметрии. Закрытые симметрические преобразования. • Взаимодействие закрытых операций симметрии, точечные группы симметрии. • Системы эквивалентных точек (позиций). Единичные и полярные направления. • Полярность и хиральность молекул и кристаллов.
Лекция 3 • Кристаллографические точечные группы. Сингонии, решётки и ячейки Браве. • Открытые операции и элементы симметрии, пространственные группы симметрии. • Общие и частные правильные системы точек пространственных групп, их характеристики. • Изображение пространственных групп. Часть III. Общая кристаллохимия • Лекция 4 • Основные структурные параметры и основные стереохимические характеристики структуры. • Координационное число и координационные многогранники. • Упорядоченные, дефектные и разупорядоченные структуры. • Собственная симметрия координационных полиэдров, молекул и сложных ионов. • Структурный тип. Изоструктурность (изотипность), антиизоструктурность, гомеотипия, гетеротипия.
Лекция 5 • Типы химических связей в кристаллах, электроотрицательность. • Кристаллохимические радиусы, поляризация ионов. • Потенциальная энергия ионной решетки, константа Маделунга. • Лекция 6 • Гомодесмические и гетеродесмические структуры, структурные единицы кристалла. Основные структурные мотивы. • Основные структурообразующие факторы. Структура перовскита. «Основной закон кристаллохимии». • Лекция 7 • Кристаллохимические критерии устойчивости ионных кристаллов. Правила Полинга и О’Киффа. • Принцип равномерности и принцип плотной упаковки. • Плотнейшие и плотные шаровые упаковки. Плотноупакованные структуры. • Лекция 8 • Изоморфизм. Твёрдые растворы замещения. Правила Вегарда, Ретгерса, Гольдшмидта. • Изовалентные и гетеровалентные замещения. Твёрдые растворы вычитания и внедрения. • Фрагментарные структуры. Эпитаксия.
Лекция 9 • Предел изоморфного замещения и морфотропия. • Полиморфизм, полиморфные модификации. • Изменения структуры при полиморфных переходах, их классификация. Часть IV. Описательная кристаллохимия • Лекция 10 • Важнейшие структуры простых веществ – металлов и неметаллов. • Стехиометрическая классификация структур. Символ Пирсона. • Основные структурные типы бинарных соединений. • Структуры простых и сложных оксидов. • Силикаты. Фазы кремнезёма. Стишовит. • Кристаллохимия высоких давлений. • Лекция 11 • Молекулярные структуры. • Упаковка молекул в кристалле, правила Китайгородского. • Разупорядочение молекул в кристаллах. Жидкие кристаллы. • Структура льда, гидратов и других соединений с водородными связями.
Часть V. Прикладные аспекты кристаллохимии • Лекция 12 • Структура и свойства. Анизотропия, симметрия и физические свойства кристаллов. • Структурно-зависимые свойства. Степень зависимости свойств от строения. • Структура и механические свойства. • Виды магнитного упорядочения. Понятие о магнитной структуре. • Ферроики. Пиро- и пьезоэлектрики. Твёрдые электролиты. Нелинейно-оптические материалы. • Лекция 13 • Введение в кристаллохимический дизайн. Химический и модульный подходы. • Инженерия кристаллов, координационные полимеры. • Особенности кристаллохимического дизайна неорганических соединений. • Перовскит, его производные и применение. • Дизайн материалов на основе молибдатов и вольфраматов.
Основная литература Чупрунов Е. В., Хохлов А. Ф., Фаддеев М. А.Основы кристаллографии. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2004. Современная кристаллография / Под ред. Б. К. Вайнштейна. М.: Наука, 1979. Т. 1. Бокий Г. Б.Кристаллохимия. М.: Наука, 1971.
Основная литература Пенкаля Т.Очерки кристаллохимии. Л.: Химия, 1974. Урусов В. С., Еремин Н. Н. Кристаллохимия. Краткий курс. М.: Изд-во МГУ, 2010 Зоркий П.М.Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: Изд-во МГУ, 1986. Егоров-Тисменко Ю. К.Кристаллография и кристаллохимия. М.: Изд-во КДУ, 2005
Учебные пособия 1. Солодовников С. Ф.Основы кристаллохимии. Справочно-методические материалы к курсу. Новосибирск: НГУ, 2007. 2. Солодовников С. Ф.Основные термины и понятия структурной кристаллографии и кристаллохимии. Словарь-пособие. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2005. 3. Солодовников С. Ф.Основы кристаллохимии. Учебное пособие. Новосибирск: НГУ, 2012. 4. Солодовников С. Ф.Программа курса «Основы кристаллохимии». Новосибирск: НГУ, 2012. 5. Солодовников С. Ф.Задачи и методические указания по структурной кристаллографии м кристаллохимии. Учебно-методическое пособие. Новосибирск: НГУ, 2013. Эти пособия можно найти на сайте кафедры неорганической химии ФЕН НГУ:http://icchair.niic.nsc.ru/полезные файлы.