1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ /Волосникова Л.М./
_________ _____________ 2011 г
КРИСТАЛЛОХИМИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.62 «Химия»
Профиль подготовки «Неорганическая химия и химия
координационных соединений»
Форма обучения очная
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ______________/Хритохин Н.А./
«12» мая 2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры неорганической и физической химии 19 мая 2011года.
Протокол № 12
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 20 стр.
Зав. кафедрой ____________________/Андреев О.В./
«19» мая 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК химического отделения ИМЕНИТ 27 мая 2011года.
Протокол № 3
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________/Глухих И.Н./
«____»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова С.А./
«____»_____________2011 г.
2. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Химическое отделение ИМЕНИТ
Кафедра неорганической и физической химии
Хритохин Н.А.
КРИСТАЛЛОХИМИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 020100.62«Химия»
Профиль подготовки «Неорганическая химия и химия координационных
соединений»
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2011
4. 1. Пояснительная записка
Дисциплина «Кристаллохимия», в соответствии с ФГОС ВПО по
направлению подготовки 020100.62 «Химия», является дисциплиной по
выбору естественнонаучного цикла ООП подготовки бакалавра.
Цель обучения:
формирование у студентов представления о строении кристаллов, а
также о связи его со свойствами кристаллов и природой химического
взаимодействия.
Задачи обучения:
формирование у студентов
представления об основах аппарата симметрии, о точечных и
пространственных группах;
умения описывать симметрию периодических (идеальные
кристаллические структуры) и непериодических объектов;
умения работать с моделями идеальных кристаллических структур и
их элементарных ячеек;
практических навыков исследования кристаллов.
1.1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Кристаллохимия» является дисциплиной по выбору
естественнонаучного цикла для направления 020100.62 «Химия ».
Дисциплина осваивается в 7 семестре. Содержание курса базируется на
знаниях, приобретённых при изучении студентами в 1 – 6 семестрах курсов
общей, неорганической и физической химии, «Строение вещества»,
математики и физики.
Материал, излагаемый в курсе «Кристаллохимия», необходим для
освоения ряда специальных дисциплин, таких как рентгенография, физико-
химический анализ и т.п., при выполнении практикумов по этим
дисциплинам, а также при выполнении научно-исследовательской работы.
1.2. Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые
в результате освоения данной дисциплины
В соответствии с ФГОС ВПО данная дисциплина направлена на
формирование следующих компетенций:
- общекультурных:
ОК-6 – использование основных законов естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов
5. математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования;
ОК-9 – владение основными методами, способами и средствами
получения, хранения, переработки информации, имение навыков работы с
компьютером, как средством управления информацией;
- профессиональных:
ПК-1 – понимание сущности и социальной значимости
профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную
область деятельности;
ПК-2 – владение основами теории фундаментальных разделов
химии;
ПК-3 – способность применять основные законы химии при
обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением
информационных баз данных;
ПК-4 – владение навыками химического эксперимента,
основными синтетическими и аналитическими методами получения и
исследования химических веществ и реакций;
ПК-6 – владение навыками работы на современной учебно-
научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
ПК-7 – наличие опыта работы на серийной аппаратуре,
применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях;
ПК-8 – владение методами регистрации и обработки результатов
химических экспериментов.
В области воспитания личности целью подготовки является
формирование социально-личностных качеств студентов:
целеустремленности, организованности, коммуникативности.
В результате освоения дисциплины студент должен:
- знать аппарат симметрии, устройство и свойства кристаллов,
характер связей в кристаллических структурах;
- уметь моделировать и описывать симметрию периодических
(идеальные кристаллические структуры) и непериодических объектов, а
также их строение и свойства.
- владеть практическими навыками исследования кристаллических
структур.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Основной материал излагается в курсе лекций. Методы решения задач
изучаются в ходе практических занятий.
Контроль развития перечисленных знаний, навыков и умений
осуществляется с помощью нескольких форм.
Для текущего контроля предусмотрены контрольная работа и
коллоквиум.
Итоговый контроль осуществляется посредством:
- рейтинг-листа, суммирующего показатели по всем видам текущего
контроля;
6. - семестрового экзамена (письменного или устного). Общая трудоёмкость
дисциплины составляет 4 зачётные единицы, 144 часов.
3.Тематический план
Таблица 1
недели семестра
из них в интерактивной форме, в час.
№ Виды учебной работы и Итого Итого
самостоятельная работа, в час. часов количеств
Тема по теме о баллов
Лекции*
Самостоятельная работа*
Лабораторные занятия*
занятия*Семинарские (практические)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Модуль 1
1 Учение о симметрии 1-5 10 8 - 4 8 22 0 – 12
2 Симметрия кристаллической решетки 6- 10 10 - 4 8 20 0 – 10
10
3 Рентгенография 11 - 4 6 - 16 10 26 0 – 10
12
Всего 24 20 - 24 26 68 0 – 32
Модуль 2
1 Химические связи в кристаллах 13 2 2 - 8 4 12 0–6
2 Шаровые кладки и упаковки 14 2 4 - 8 6 14 0 – 10
3 Кристаллохимические радиусы 15 2 4 - 8 6 14 0 – 16
4 Изоморфизм и полиморфизм 16 2 2 - 8 4 12 0–2
Всего 8 12 - 32 20 52 0 – 34
Модуль 3
1 Кристаллохимия простых веществ 17 2 2 - 8 4 12 0 – 16
2 Кристаллохимия химических соединений 18 2 2 - 8 4 12 0 – 18
Всего 4 4 - 16 8 24 0 – 34
Итого (часов, баллов): 36 36 - 72 54 144 0 – 100
из них часов в интерактивной форме 54
7. Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Таблица 2
Формы текущего контроля Итого
контроль практиче-
Тема
ные ские
контр. коллокви кол-во
работы ум баллов
опросы работы
Модуль 1
1. Учение о симметрии 0-8 0-4 - - 0-12
2. Симметрия
кристаллической 0-6 0-4 - - 0-10
решетки
3. Рентгенография 0-2 0-8 0-10
Всего 0-16 0-16 - - 0-32
Модуль 2
1. Химические связи в
0-4 0-2 - - 0-6
кристаллах
2. Шаровые кладки и
0-6 0-4 - - 0-10
упаковки
3. Кристаллохимические
0-10 0-6 - - 0-16
радиусы
4. Изоморфизм и
0-2 - - - 0-2
полиморфизм
Всего 0-22 0-12 - - 0-34
Модуль 3
1. Кристаллохимия
0-4 0-2 - 0-10 0-16
простых веществ
2. Кристаллохимия
0-4 0-2 0-12 - 0-18
химических соединений
Всего 0-8 0-4 0-12 0-10 0-34
Итого 0-46 0-32 0-12 0-10 0-100
Планирование самостоятельной работы студентов
Таблица 3
Виды СРС Неделя
Объем Кол-во
№ Модули и темы дополнител семестр
обязательные часов баллов
ьные а
Модуль 1
1.1 Учение о Домашнее задание Работа с 1-5 4 0-1
симметрии учебными 2
моделями
1.2 Симметрия Домашнее задание Работа с 6-10 4 0-1
кристаллическо учебными 0
й решетки моделями
8. 1.3 Рентгенографи Работа с Работа с 11-12 16 0-1
я дифрактограммами учебной 0
литератур
ой
Всего по модулю 1: 24 0-3
2
Модуль 2
2.1 Химические Работа с учебными Работа с 13 8 0-6
связи в моделями учебной
кристаллах литератур
ой
2.2 Шаровые Домашнее задание Работа с 14 8 0-1
кладки и учебными 0
упаковки моделями
2.3 Кристаллохими Домашнее задание Работа с 15 8 0-1
ческие радиусы учебными 6
моделями
2.4 Изоморфизм и Работа с лекционным Работа с 16 8 0-2
полиморфизм материалом учебной
литератур
ой
Всего по модулю 2: 32 0-3
4
Модуль 3
3.1 Кристаллохими Работа с учебной Подготов 17 8 0-1
я простых литературой ка к 6
веществ коллокву
уму
3.2 Кристаллохими Работа с учебной Подготов 18 8 0-1
я химических литературой ка к 8
соединений контроль
ной
работе
Всего по модулю 3: 16 0-3
4
ИТОГО: 72 0-1
00
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Темы дисциплины необходимые для изучения
№ Наименование обеспечиваемых обеспечиваемых (последующих) дисциплин
п/п (последующих) дисциплин Моделирован Систематическая
Симметрия
ие кристаллохимия
9. 1 Наноструктуры + + +
Физико-химический
2 + + +
анализ
3 Дифрактометрия + + +
4 Химия твердого тела + + +
5 Рентгенография + + +
5. Содержание дисциплины
Модуль 1
Тема 1. Учение о симметрии
Предмет и история кристаллохимии. Общие свойства кристаллов.
Основной закон кристаллохимии (Гольдшмидт – Капустинский).
Учение о симметрии. Операции симметрии. Группы симметрии.
Закрытые операции и элементы симметрии. Поворот и поворот с
инверсией. Поворотные и инверсионные оси. Плоскости симметрии.
Свойства инверсионных осей. Проекции закрытых элементов симметрии.
Взаимосвязь между закрытыми элементами симметрии.
Оси высшего порядка. Точечные группы, категории, семейства.
Зеркальные повороты и зеркально-поворотные оси. Символика Шенфлиса.
Открытые операции и элементы симметрии. Винтовой поворот и
отражение со скольжением. Винтовые оси и плоскости скользящего
отражения. Сочетания элементов симметрии с трансляциями. Взаимосвязь
между элементами симметрии (симметричности). Пространственные группы.
Тема 2. Симметрия кристаллической решетки
Кристаллическая структура. Трансляция. Группы трансляций.
Кристаллическая решетка, базис. Параллелограммы и параллелепипеды
повторяемости.
Симметрия кристаллической решетки. Голоэдрические группы. Особые
направления в решетке. Кристаллографические системы координат, правила
выбора. Координатный крест. Параметры решетки. Элементарная ячейка,
проекция. Сингония. Кристаллографические точечные группы. Способы
размещения узлов в элементарной ячейке. Типы Бравэ. Основные
структурные типы кубических решеток. Число формульных единиц в
элементарной ячейке.
Индексы узлов, узловых рядов и плоскостей. Межплоскостные
расстояния. Вычисление параметров решетки.
10. Тема 3. Рентгенография
Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах (Лауэ). Понятие о
рентгенографии. Уравнение Брэгга-Вульфа. Порядок отражения.
Представление о рентгенофазовом анализе. Рентгенометрическая картотека
дифрактометрических данных. Рентгеновская плотность кристаллов.
Модуль 2
Тема 1. Химические связи в кристаллах
Химические связи в кристаллах: ковалентные, ионные,
металлические, вандерваальсовы. Координационное число и
координационный многогранник. Правило Юм-Розери. Гомо- и
гетеродесмические структуры. Типы гетеродесмических структур:
островные, цепочечные и ленточные, слоистые, каркасные. Символика
записи координационных структур и фрагментов.
Тема 2. Шаровые кладки и упаковки
Плотнейшие шаровые упаковки (ПШУ). Мотивы упаковки:
гексагональный и кубический. Пустоты в ПШУ: тетраэдрические и
октаэдрические. Многослойные ПШУ. Слойность ПШУ. Способы записи
ПШУ. Шаровые кладки и пустоты в них.
Тема 3. Кристаллохимические радиусы
Кристаллохимические радиусы, физический смысл, соотношение с
орбитальными, типы: ионные, металлические, ковалентные,
вандерваальсовы. Вычисление ионных радиусов: метод Ланде. Таблицы
кристаллохимических радиусов. Поправки Гольдшмидта.
Тема 4. Изоморфизм и полиморфизм
Изоморфизм и полиморфизм (Митчерлих). Аллотропия. Представление
о термодинамической теории фазовых равновесий. Фазовые превращения в
кристаллических системах. Фазы переменного состава. Твердые растворы,
типы: замещения, внедрения, вычитания. Параметры решетки твердых
растворов. Правило Вегарда. Условия проявления изоморфизма. Правило
Руайе – Юм-Розери. Антиизоморфизм. Морфотропия и автоморфотропия.
Политипия. Изотопная морфотропия. Изовалентный и гетеровалентный
изоморфизм. Закон диагональных рядов Ферсмана. Разрыв смешиваемости в
гетеровалентных изоморфных системах (Хлопин – Никитин). Изоморфизм с
заполнением пространства. Фазы внедрения.
Зависимость свойств кристаллов от их строения. Структурно-
чувствительные и структурно-нечувствительные физические свойства
кристаллов.
Строение реальных кристаллов. Точечные и пространственные
(дислокации) дефекты. Типы точечных дефектов (Шоттки, Френкель).
11. Движение дефектов. Типы дислокаций: линейные и винтовые. Обнаружение
дислокаций: методы травления и испарения.
Модуль 3
Тема 1. Кристаллохимия простых веществ
Кристаллохимия простых веществ. Металлы, основные структурные
типы и аномальные структуры. Неметаллы. Правило Юм-Розери.
Тема 2. Кристаллохимия химических соединений
Бинарные соединения. Структуры в рамках теории шаровых кладок и
упаковок. Ажурные структурные мотивы (АСМ): структуры островные,
цепочечные и ленточные, слоистые и координационные.
Трехэлементные соединения. Перовскит. Сегнетоэлектрики. ВТСП.
Шпинели (нормальные и обращенные). Коэффициент обращения в
шпинелях. Ферриты.
12. 6. Темы семинарских занятий
1. Общие свойства кристаллов. Формула Эйлера-Декарта.
2. Группы симметрии. Операции и элементы симметрии. Закрытые
операции и элементы симметрии. Инверсия. Поворотные и
инверсионные оси, свойства. Описание симметрии непериодических
объектов. Примеры.
3. Точечные группы, символы, принципы построения. Предельные
группы. Примеры.
4. Проекции элементов симметрии.
5. Символики Германа-Могена и Шенфлиса. Зеркальные повороты и
зеркально-поворотные оси, соотношения с инверсионными.
6. Симметрия решетки. Голоэдрические группы, их свойства. Особые
направления в решетке, их свойства.
7. Кристаллографические координатные системы, их выбор. Базис
кристаллографической координатной системы. Координатный крест.
Элементарная ячейка. Параметры решетки. Виды
кристаллографических координатных систем для разных типов
симметрии решетки. Сингония.
8. Способы размещения узлов в элементарной ячейке. Типы Бравэ.
Проекция элементарной ячейки.
9. Структурные типы. Изоструктурность. Описание простейших
кристаллических структур.
10.Основные структурные типы для кубической сингонии. Число
формульных единиц в элементарной ячейке. Рентгеновская плотность
кристалла.
11.Кристаллографические точечные группы. Симметрия
кристаллического многогранника. Примеры.
12.Метод порошка в рентгенографии. Индексы Миллера.
Межплоскостные расстояния. Уравнение Брэгга-Вульфа. Порядок
отражения.
13.Типы химических связей в кристаллах. Энергия связей. Гомо- и
гетеродесмические структуры. Характер структуры. Примеры.
14.ПШУ и ПШК. Описание кристаллических структур простых веществ в
рамках представлений о ПШУ и ПШК.
15. Пустоты в ПШУ и ПШК. Описание кристаллических структур
бинарных и трехэлементных соединений в рамках представлений о
ПШУ и ПШК. Примеры.
16.Кристаллохимические радиусы, соотношение с орбитальными. Ионные
радиусы. Метод Ланде. Металлические, ковалентные, вандерваальсовы
радиусы. Поправки Гольдшмидта.
17.Кристаллические структуры металлов.
18.Кристаллические структуры бинарных соединений, описываемые в
рамках представлений о ПШУ и ПШК.
13. 7. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
В качестве домашнего задания, для самостоятельной подготовки к
коллоквиуму, контрольной работе студенты получают индивидуальные
задания. Для итогового контроля проводится компьютерное тестирование по
программе Контрен Г.М. Можаева.
Вопросы для самоконтроля и типовые задачи
Модуль 1
Тема 1
1. Описать симметрию заданного объекта.
2. Перечислить подгруппы заданной точечной группы.
3. Записать символ точечной группы минимального порядка,
включающей заданные элементы симметрии в указанной взаимной
ориентации.
Тема 2
1. Что называется элементарной ячейкой?
2. Что называется кристаллической решеткой?
3. В атомной кристаллической структуре, содержащей атомы элементов
А и В, атом А располагается в начале кристаллографической
координатной системы. Известны тип решетки и координаты
нескольких атомов В. Нарисовать проекцию элементарной ячейки,
установить простейшую формулу соответствующего химического
соединения и число формульных единиц в элементарной ячейке.
4. Определить тип решетки по заданному виду примитивного
параллелепипеда повторяемости и нарисовать проекцию элементарной
ячейки.
5. Определить тип решетки, возникающей при растяжении заданной
структуры вдоль заданного направления, и нарисовать проекцию
элементарной ячейки.
6. По заданному кратчайшему межатомному (межионному) расстоянию в
заданной структуре данного вещества, кристаллизующегося в
кубической сингонии, вычислить плотность последнего.
7. По заданному параметру решетки данного вещества (кубическая
сингония, структурный тип известен) вычислить плотность последнего.
8. Известна плотность некоторого кристаллического соединения двух
заданных элементов, образующих между собой несколько соединений
с известной кристаллохимией (тип и параметры решетки, число
14. формульных единиц в элементарной ячейке). Установить, плотность
которого соединения дана.
9. Известны плотность данного кристаллического вещества и его
структурный тип (решетка кубическая). Вычислить параметр решетки.
Тема 3
1. Какое физическое явление лежит в основе рентгеноструктурного
анализа? Что представляет собой материальная субстанция,
рассеивающая рентгеновские лучи?
2. Кем и когда была открыта дифракция рентгеновских лучей на
кристаллах?
3. Какие характеристики кристалла можно получить с помощью
уравнения Брэгга-Вульфа?
4. Известен брэгговский угол данного рефлекса на рентгенограмме
некоторого кристаллического вещества, полученной на данном
излучении (длина волны известна). Чему равен этот угол, если
съемку вести на другом излучении (длина волны известна)?
5. Известен параметр решетки некоторого вещества,
кристаллизующегося в кубической сингонии. Вычислить
брэгговский угол, отвечающий отражению заданного порядка
рентгеновского излучения (длина волны известна) от серии
узловых плоскостей с заданными индексами Миллера.
Модуль 2
Тема 1
1. Приведите примеры островных кристаллических структур простых и
сложных веществ.
2. Приведите примеры цепочечных и ленточных кристаллических
структур простых и сложных веществ.
3. Приведите примеры слоистых кристаллических структур простых и
сложных веществ.
4. Приведите примеры гомодесмических (координационных)
ковалентных структур химических соединений.
5. Приведите примеры кристаллических структур АХ, где металл имеет
координационный многогранник в виде а) октаэдра, б) тригональной
призмы.
6. Приведите примеры кристаллических структур АХ, где атомы А
координированы а) по тетраэдру, б) по квадрату.
7. Опишите кристаллическую структуру гексахлороплатината (IV) калия.
8. В чем сходство и различие структур кальцита и арагонита?
9. Какие координационные числа и координационные многогранники
характерны для атомов неметаллических элементов?
10.Какие координационные числа и координационные многогранники
характерны для атомов металлических элементов?
15. 11.Какие координационные числа и координационные многогранники
характерны для атомов металлов, образующих ковалентные связи с
атомами неметаллов?
12.Какие виды координации (координационное число, координационный
многогранник) встречаются у атомов углерода и кремния?
13. Приведите примеры галогенидов АХ2, где Х=F, Cl, Br, I, имеющих
цепочечную, слоистую и гомодесмическую (координационную)
кристаллическую структуру.
14. Какой структурный тип получится, если из структуры CaTiO3 удалить
атомы Ca?
15. Какой структурный тип получится, если из структуры CaTiO3 удалить
атомы О?
16. Какой структурный тип получится, если из структуры CaTiO3 удалить
атомы Ti?
Тема 2
1. Приведите примеры металлов, структура которых представляет собой
двухслойную ПШУ.
2. Приведите примеры металлов, структура которых представляет собой
трехслойную ПШУ.
3. Определить слойность ПШУ по заданной комбинации мотивов
упаковки.
4. Известно описание кристаллических структур некоторого химического
соединения в рамках теории ПШУ. Установить формулу соединения.
5. Сколько пустот в ячейке заданного структурного типа?
6. Известны плотность и структурный тип данного металла. Вычислить
его металлический радиус.
7. Какая ПШУ отличается по симметрии от остальных?
1). АВАВА
2). АВСАВ
3). АВСВА
4). АВСВС
Тема 3
1. Кем и когда были изучены первые кристаллические структуры? Какие
это были структуры?
2. Кому принадлежат первые кристаллохимические обобщения? Когда
они были сделаны и в чем заключались?
Тема 4
1. Приведите примеры изоструктурных простых веществ (металлы и
неметаллы).
2. Приведите примеры бинарных химических соединений,
кристаллизующихся изоструктурно.
3. Приведите примеры изоструктурных кристаллов трехэлементных
химических соединений.
16. 4. Приведите примеры изовалентного изоморфизма.
5. Приведите примеры гетеровалентного изоморфизма.
6. Что такое твердые растворы замещения? Приведите пример.
7. Что такое твердые растворы внедрения? Приведите пример.
8. Что такое твердые растворы вычитания? Приведите пример.
9. Приведите примеры политипии.
10.Приведите примеры морфотропии.
Модуль 3
Тема 1
1. Приведите примеры металлов, кристаллизующихся в структурном типе
α-Fe.
2. Приведите примеры аномальных кристаллических структур металлов.
3. Какую структуру имеют кристаллы простых веществ, образуемых p-
элементами VIII группы периодической системы?
4. Как видоизменяется кристаллическая структура в ряду Cl2-Br2-I2?
5. Какое координационное число имеют атомы в кристаллах теллура,
мышьяка, кремния?
6. Опишите структурные особенности кристаллических модификаций
селена.
7. Опишите структурные особенности белого, черного и красного
фосфора.
8. Перечислите основные кристаллические модификации углерода.
9. Какова координация атома углерода в фуллерене?
10.Какова координация атома бора в кристалле простого вещества?
11. Чем структура интерметаллида CuAu отличается от структуры сплава
того же состава?
12.Приведите примеры кристаллических структур, в которых атом (или
ион) хлора имеет координационное число 1,2,3,6,8.
13.Приведите примеры кристаллических структур, в которых атом
кислорода имеет координационное число 1,2,4,6.
14.Назовите три неорганические кристаллические структуры, в которых
атом кислорода имеет координационное число 2.
Тема 2
1. Назовите основные структурные типы ионных кристаллов. Каковы
координационные числа ионов в этих кристаллах?
2. Чем различаются структуры вюрцита и сфалерита?
3. Назовите известные Вам кристаллические модификации SiO2. Укажите
сингонию и соотношение с модификациями углерода.
4. Чем различаются кристаллические структуры CO2 и SiO2?
5. Охарактеризуйте (число, расположение) водородные связи в структуре
льда.
17. 6. В чем сходство и различие структур графита и гексагонального
нитрида бора?
7. Изобразите характерные кремнекислородные мотивы островных
силикатов и укажите их составы.
8. Изобразите характерные кремнекислородные мотивы цепочечных
силикатов и укажите их составы.
9. Изобразите характерные кремнекислородные мотивы слоистых
силикатов и укажите их составы.
10.Какие структурные особенности характерны для цеолитов?
11.В чем состоит основное различие кристаллических структур силикатов
и карбонатов?
12.Которое из соединений имеет структуру обращенной шпинели?
1). Co3O4
2). FeCr2O4
3). Fe3O4
4). Mn3O4
13.Которое из соединений имеет структуру нормальной шпинели?
1). CuFe2O4
2). FeCr2O4
3). Fe3O4
4). NiFe2O4
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Предмет и задачи кристаллохимии. Кристаллохимия как часть химии и
как метод исследования химических веществ. Основной закон
кристаллохимии (Гольдшмидт, Капустинский). Общие свойства
кристаллов. Формула Эйлера-Декарта.
2. Основные этапы истории рентгеноструктурного анализа и
кристаллохимии.
3. Типы химических связей в кристаллах. Энергия связей. Гомо- и
гетеродесмические структуры. Характер структуры. Примеры.
4. Структурные типы. Изоструктурность. Описание простейших
кристаллических структур.
5. Изоморфизм. Структура твердых растворов.
6. Полиморфизм, политипия, морфотропия. Монотропные и
энантиотропные полиморфные превращения.
7. ПШУ и ПШК. Описание кристаллических структур простых веществ в
рамках представлений о ПШУ и ПШК.
8. Пустоты в ПШУ и ПШК. Описание кристаллических структур
бинарных и трехэлементных соединений в рамках представлений о
ПШУ и ПШК. Примеры.
9. Кристаллические структуры металлов.
10. Кристаллические структуры простых веществ, образованных p-
элементами VIII, VII и VI групп периодической системы.
18. 11. Кристаллические структуры простых веществ, образованных p-
элементами V, IV и III групп периодической системы.
12.Кристаллические структуры интерметаллидов.
13.Кристаллические структуры бинарных соединений, описываемые в
рамках представлений о ПШУ и ПШК.
14. Общая характеристика кристаллических структур бинарных
соединений. Примеры. Ажурные структурные мотивы (АСМ).
15.Общая характеристика кристаллических структур трехэлементных
соединений.
16.Структурный тип перовскита. Сегнетоэлектрики. ВТСП.
17.Структурный тип шпинели. Нормальная (прямая) и обращенная
шпинель. Коэффициент обращения. Ферриты и их свойства.
18.Структуры силикатов. Цеолиты.
19.Значение рентгеноструктурного анализа и кристаллохимии для химии
и молекулярной биологии. Базы структурных данных.
20.Понятие о рентгенографии. Автоматические дифрактометры.
21.Метод порошка в рентгенографии. Индексы Миллера.
Межплоскостные расстояния. Уравнение Брэгга-Вульфа. Порядок
отражения. Рентгенограмма. Представление о рентгенофазовом
анализе.
22.Сравнение разных дифракционных методов изучения кристаллической
структуры.
23.Группы симметрии. Операции и элементы симметрии. Закрытые
операции и элементы симметрии. Инверсия. Поворотные и
инверсионные оси, свойства. Описание симметрии непериодических
объектов. Примеры.
24.Точечные группы, символы, принципы их построения. Предельные
группы. Примеры.
25.Проекции элементов симметрии.
26.Символики Германа-Могена и Шенфлиса. Зеркальные повороты и
зеркально-поворотные оси, соотношения с инверсионными.
27.Трансляции, их дискретные группы. Кристаллическая решетка, ее
базис. Примитивные и непримитивные параллелограммы и
параллелепипеды повторяемости.
28.Симметрия решетки. Голоэдрические группы, их свойства. Особые
направления в решетке, их свойства.
29.Кристаллографические координатные системы, их выбор. Базис
кристаллографической координатной системы. Координатный крест.
Элементарная ячейка. Параметры решетки. Виды
кристаллографических координатных систем для разных типов
симметрии решетки. Сингония.
30.Способы размещения узлов в элементарной ячейке. Типы Бравэ.
Проекция элементарной ячейки.
31.Основные структурные типы для кубической сингонии. Число
формульных единиц в элементарной ячейке. Рентгеновская плотность
кристалла.
19. 32.Кристаллографические точечные группы. Симметрия
кристаллического многогранника. Примеры.
33.Открытые операции и элементы симметрии.
34.Пространственные группы симметрии (симморфные и несимморфные),
принцип их вывода.
35.Кристаллохимические радиусы, соотношение с орбитальными. Ионные
радиусы. Метод Ланде. Металлические, ковалентные, вандерваальсовы
радиусы. Поправки Гольдшмидта.
8. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных
видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Кристаллохимия»
используются следующие активные и интерактивные формы проведения
занятий:
• лекции;
• практические занятия;
• компьютерное тестирование по программе Контрен Г.М. Можаева.
Кроме того используются дополнительные формы обучения по
отдельным темам:
• текущая проверка знаний; взаимный контроль студентов по
разработанным ими тестам;
• отработка пройденного материала на практических задачах;
взаимообмен заданиями;
• обмен знаниями между студентами в малых группах.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
9.1 Основная литература
1. Зоркий П.М. Симметрия молекул и кристаллических структур. М.: Изд-во
МГУ. 1986. – 229 с.
2. Бокий Г.Б. Кристаллохимия. М.: Наука. 1971. – 400 с.
3. Хритохин Н.А., Кертман А.В., Андреев О.В. Рентгенография. Тюмень:
Изд-во ТюмГУ, 1993. – 71 с.
4. Зоркий П.М. Задачник по кристаллохимии и кристаллографии. М.: Изд-во
МГУ, 1981. – 39 с.
9.2 Дополнительная литература
1. Порай-Кошиц М.А., Ходашова Т.С. Методические разработки по
кристаллохимии. М.: Изд-во МГУ, 1974.
2. Ормонт Б.Ф.. Введение в физическую химию и кристаллохимию
полупроводников. – М.: Высшая школа. 1982.
20. 3. Порай-Кошиц М.А.. Основы структурного анализа химических
соединений. – М.: Высшая школа. 1982.
4. Вест А. Химия твердого тела. – М.. Мир. 1988.
5. Вайнштейн Б.К. (ред.), Современная кристаллография. – М.. Наука. 1979.
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины
Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, наглядные
пособия, многогранники, модели элементарных ячеек.
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
____________________ « »_______________2011 г.
Заведующий кафедрой ___________________/ Андреев О.В./
