Лекционный курс ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ доктор химических наук, профессор Солодовников Сергей Фёдорович Методические материалы. Электронно-лекционный курс. - презентация

1 Лекционный курс ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ доктор химических наук, профессор Солодовников Сергей Фёдорович Методические материалы. Электронно-лекционный курс. Пособие разработано в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ. кафедра неорганической химии ФЕН НГУ 13 лекций, 384 слайда

2 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.

3 Краткая аннотация курса Курс лекций в первую очередь предназначен для студентов 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.

4 Содержание курса Часть I. Введение в предмет. Решеточная кристаллография Лекция 1 1.Введение в предмет, краткие исторические сведения. Особенности кристаллического состояния. 2.Предмет и задачи современной кристаллохимии. Кристаллическая структура, ее модели и аспекты. 3.Пространственная (трансляционная) решётка кристалла и ее элементарная ячейка. 4.Преобразования систем кристаллографических координат. Часть II. Структурная кристаллография Лекция 2 1.Симметрия, операции и элементы симметрии. Закрытые симметрические преобразования. 2.Взаимодействие закрытых операций симметрии, точечные группы симметрии. 3.Системы эквивалентных точек (позиций). Единичные и полярные направления. 4.Полярность и хиральность молекул и кристаллов.

5 Лекция 3 1.Кристаллографические точечные группы. Сингонии, решётки и ячейки Браве. 2.Открытые операции и элементы симметрии, пространственные группы симметрии. 3.Общие и частные правильные системы точек пространственных групп, их характеристики. 4.Изображение пространственных групп. Лекция 4 1.Основные структурные параметры и основные стереохимические характеристики структуры. 2.Координационное число и координационные многогранники. 3.Упорядоченные, дефектные и разупорядоченные структуры. 4.Собственная симметрия координационных полиэдров, молекул и сложных ионов. 5.Структурный тип. Изоструктурность (изотипность), антиизоструктурность, гомеотипия, гетеротипия. Часть III. Общая кристаллохимия

6 Лекция 5 1.Типы химических связей в кристаллах, электроотрицательность. 2.Кристаллохимические радиусы, поляризация ионов. 3.Потенциальная энергия ионной решетки, константа Маделунга. Лекция 6 1.Гомодесмические и гетеродесмические структуры, структурные единицы кристалла. Основные структурные мотивы. 2.Основные структурообразующие факторы. Структура перовскита. «Основной закон кристаллохимии». Лекция 7 1.Кристаллохимические критерии устойчивости ионных кристаллов. Правила Полинга и ОКиффа. 2.Принцип равномерности и принцип плотной упаковки. 3.Плотнейшие и плотные шаровые упаковки. Плотноупакованные структуры. Лекция 8 1.Изоморфизм. Твёрдые растворы замещения. Правила Вегарда, Ретгерса, Гольдшмидта. 2.Изовалентные и гетеровалентные замещения. Твёрдые растворы вычитания и внедрения. 3.Фрагментарные структуры. Эпитаксия.

7 Лекция 9 1.Предел изоморфного замещения и морфотропия. 2.Полиморфизм, полиморфные модификации. 3.Изменения структуры при полиморфных переходах, их классификация. Часть IV. Описательная кристаллохимия Лекция 10 1.Важнейшие структуры простых веществ – металлов и неметаллов. 2.Стехиометрическая классификация структур. Символ Пирсона. 3.Основные структурные типы бинарных соединений. 4.Структуры простых и сложных оксидов. 5.Силикаты. Фазы кремнезёма. Стишовит. 6.Кристаллохимия высоких давлений. Лекция 11 1.Молекулярные структуры. 2.Упаковка молекул в кристалле, правила Китайгородского. 3.Разупорядочение молекул в кристаллах. Жидкие кристаллы. 4.Структура льда, гидратов и других соединений с водородными связями.

8 Лекция 12 1.Структура и свойства. Анизотропия, симметрия и физические свойства кристаллов. 2.Структурно-зависимые свойства. Степень зависимости свойств от строения. 3.Структура и механические свойства. 4.Виды магнитного упорядочения. Понятие о магнитной структуре. 5.Ферроики. Пиро- и пьезоэлектрики. Твёрдые электролиты. Нелинейно-оптические материалы. Часть V. Прикладные аспекты кристаллохимии Лекция 13 1.Введение в кристаллохимический дизайн. Химический и модульный подходы. 2.Инженерия кристаллов, координационные полимеры. 3.Особенности кристаллохимического дизайна неорганических соединений. 4.Перовскит, его производные и применение. 5.Дизайн материалов на основе молибдатов и вольфраматов.

9 Основная литература Чупрунов Е. В., Хохлов А. Ф., Фаддеев М. А. Основы кристаллографии. М.: Изд-во физ.- мат. лит., Современная кристаллография / Под ред. Б. К. Вайнштейна. М.: Наука, Т. 1. Бокий Г. Б. Кристаллохимия. М.: Наука, 1971.

10 Основная литература Зоркий П.М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: Изд-во МГУ, Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии. Л.: Химия, Егоров-Тисменко Ю. К. Кристаллография и кристаллохимия. М.: Изд-во КДУ, 2005 Урусов В. С., Еремин Н. Н. Кристаллохимия. Краткий курс. М.: Изд-во МГУ, 2010

11 1. Солодовников С. Ф. Основы кристаллохимии. Справочно-методические материалы к курсу. Новосибирск: НГУ, Солодовников С. Ф. Основные термины и понятия структурной кристаллографии и кристаллохимии. Словарь-пособие. Новосибирск: ИНХ СО РАН, Солодовников С. Ф. Основы кристаллохимии. Учебное пособие. Новосибирск: НГУ, Солодовников С. Ф. Программа курса «Основы кристаллохимии». Новосибирск: НГУ, Солодовников С. Ф. Задачи и методические указания по структурной кристаллографии м кристаллохимии. Учебно-методическое пособие. Новосибирск: НГУ, Эти пособия можно найти на сайте кафедры неорганической химии ФЕН НГУ: полезные файлы. Учебные пособия