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.