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.

Содержание курса
Раскрыть содержание всех лекций

Часть I. Введение в предмет. Решеточная кристаллография
- Лекция 1 раскрыть содержание
  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 раскрыть содержание
  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.
- Лекция 3 раскрыть содержание
  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.
Часть III. Общая кристаллохимия
- Лекция 4 раскрыть содержание
  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.
- Лекция 5 раскрыть содержание
  1. Типы химических связей в кристаллах, электроотрицательность.
  2. Кристаллохимические радиусы, поляризация ионов.
  3. Потенциальная энергия ионной решетки, константа Маделунга.
- Лекция 6 раскрыть содержание
  1. Гомодесмические и гетеродесмические структуры, структурные единицы кристалла. Основные структурные мотивы.
  2. Основные структурообразующие факторы. Структура перовскита. «Основной закон кристаллохимии».
- Лекция 7 раскрыть содержание
  1. Кристаллохимические критерии устойчивости ионных кристаллов. Правила Полинга и О’Киффа.
  2. Принцип равномерности и принцип плотной упаковки.
  3. Плотнейшие и плотные шаровые упаковки. Плотноупакованные структуры.
- Лекция 8 раскрыть содержание
  1. Изоморфизм. Твёрдые растворы замещения. Правила Вегарда, Ретгерса, Гольдшмидта.
  2. Изовалентные и гетеровалентные замещения. Твёрдые растворы вычитания и внедрения.
  3. Фрагментарные структуры. Эпитаксия.
- Лекция 9 раскрыть содержание
  1. Предел изоморфного замещения и морфотропия.
  2. Полиморфизм, полиморфные модификации.
  3. Изменения структуры при полиморфных переходах, их классификация.
Часть IV. Описательная кристаллохимия
- Лекция 10 раскрыть содержание
  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 раскрыть содержание
  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.
Часть V. Прикладные аспекты кристаллохимии
- Лекция 12 раскрыть содержание
  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.
- Лекция 13 раскрыть содержание
  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.
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 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.
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.
- 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.