ОСНОВЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ Лекционный курс Солодовников Сергей Фёдорович

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.
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.
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.
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.
Часть III. Общая кристаллохимия
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.
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 О’Киффа.
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.
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.
Часть V. Прикладные аспекты кристаллохимии
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.
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.
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.