Основы кристаллохимии

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 области химии. В описательной части приведены также краткие сведения о строении таких химических веществ, как жидкие кристаллы, кластеры, молекулярные комплексы, соединения включения, координационные полимеры.

Данный курс включает в себя:

        >> раскрытие роли симметрии и трехмерной периодичности при описании структуры кристаллических веществ;

        >> рассмотрение основных методов определения и количественного описания структуры кристаллов;

        >> разъяснение фундаментальных понятий и представлений кристаллохимии;

        >> обсуждение важнейших кристаллохимических явлений, к числу которых относятся изоструктурность, изоморфизм, полиморфизм;

        >> обсуждение структурных особенностей некоторых классов химических соединений и вытекающих из них физических свойств.

Еженедельные занятия включают в себя просмотр видео-лекций, изучение иллюстрированных материалов с вопросами на самопроверку, а также выполнение тестовых заданий с автоматизированной проверкой результатов.

В курсе предусмотрено промежуточное контрольное тестирование по каждому разделу и итоговое контрольное тестирование по всему содержанию курса с автоматизированной проверкой результатов.

1. International Tables for Crystallography (2016). Volume A, Space-group symmetry. http://dx.doi.org/10.1107/97809553602060000114
2. Современная кристаллография в четырех томах. Ред. Вайнштейн Б.К., Чернов А.А., Шувалов Л.А. М.: Наука, 1979.
3. Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия. М.: КДУ, 2005. 592 стр.
4. Бокий Г.Б. Кристаллохимия. 3-е изд. М.: Наука, 1971. 400 стр.

Необходимый уровень подготовки слушателей для прохождения курса – школьная программа. Никаких специальных предварительных знаний не требуется.

Модуль 1. Операции и элементы симметрии. Основные понятия симметрии. Элементы симметрии кристаллов. Теоремы о взаимодействии элементов симметрии.

Модуль 2. Точечные группы симметрии. Обозначение точечных групп симметрии кристаллов. Правила нахождения элементов симметрии кристаллов и определения точечной группы. Предельные точечные группы.

Модуль 3. Пространственные группы симметрии. Трансляции и кристаллическая решетка. Сингонии. Решетки Браве. Открытые элементы симметрии. Пространственные группы симметрии. Правильные системы точек.

Модуль 4. Примеры анализа структуры кристаллов. Анализ структуры молекулярного кристалла. Анализ структуры цепочечного кристалла. Анализ структуры слоистого кристалла.

Модуль 5. Важнейшие понятия кристаллохимии. Изоморфизм, изоструктурность, изоточечность. Принцип максимального заполнения пространства. Плотнейшие шаровые упаковки.

Модуль 6. Строение простых веществ и сплавов. Неметаллы. Правило Юм-Розери. Металлы. Сплавы. Интерметаллиды. Фазы Юм-Розери. Фазы Лавеса.

Модуль 7. Строение химических соединений. Структуры с заполнением октаэдрических пустот. Структуры с заполнением тетраэдрических пустот. Структуры с одновременным заполнением октаэдрических и тетраэдрических пустот. Структуры соединений, не описываемые в терминах шаровых упаковок.

Модуль 8. Валентные усилия и кристаллохимические формулы. Валентные усилия связей. Правило Полинга. Координационные соединения и кристаллохимические формулы. Кристаллохимическая систематика по В.Н. Сережкину.

Модуль 9. Дополнительная информация о кристаллах. Рентгеновская плотность вещества. Квазикристаллы и модулированные кристаллы. Алгоритм для определения точечных групп симметрии кристаллов. Методы выращивания кристаллов.

Модуль 10. Итоговое тестирование.

В результате освоения курса «Основы кристаллохимии» студент будет способен:

• обнаруживать элементы симметрии в любых объектах;
• определять точечную группу симметрии любого объекта, в том числе кристалла;
• анализировать строение любых типов кристаллов, находить трансляционные элементы симметрии и определять пространственные группы кристаллов;
• оперировать важнейшими терминами современной кристаллохимии;
• анализировать электронное строение простых молекул;
• на основе структурных данных и симметрии кристалла делать выводы о потенциальных свойствах веществ;
• пользоваться современным кристаллохимическим программным обеспечением и искать информацию в важнейших банках структурных данных.

• Способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу (ОК-1 ФГОС ВО 04.05.01) - высокий уровень
• Способность к поиску, обработке, анализу научной информации и формулировке на их основе выводов и предложений (ОПК-5 ФГОС ВО 04.05.01) - средний уровень
• Владение системой фундаментальных химических понятий и методологических аспектов химии, формами и методами научного познания (ПК-3 ФГОС ВО 04.05.01) - средний уровень
• Способность приобретать новые знания с использованием современных научных методов и владение ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций (ПК-5 ФГОС ВО 04.05.01) - средний уровень
• Владение современными компьютерными технологиями при планировании исследований, получении и обработке результатов научных экспериментов, сборе, обработке, хранении, представлении и передаче научной информации (ПК-6 ФГОС ВО 04.05.01) - средний уровень