WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


 

Директор института,

академик

Н.С. Бортников

«_» _2013 г.

ОДОБРЕНО

Учёным советом института

Протокол № 5 от 27.03. 2013 г.

Председатель Учёного совета академик Н.С. Бортников Рабочая программа дисциплины ОД.А.04 - Физическая и теоретическая кристаллохимия «Дисциплины по выбору аспиранта»

по специальности 25.00.05 – Минералогия, кристаллография Москва 2013 г.

Составили д.г.-м.н. А.В. Мохов и д.г.-м.н. А.Н. Перцев Дисциплина «Физическая и теоретическая кристаллохимия» входит в блок «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы аспирантуры Федерального бюджетного учреждения науки Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии наук (далее ИГЕМ РАН) по специальности «Минералогия, кристаллография».

Освоение дисциплины «Физическая и теоретическая кристаллохимия» на современном уровне предоставляет возможность профессионального овладения прогрессивными методами исследования, комплексной обработки и интерпретации экспериментального и теоретического материала в области кристаллохимии, рентгеноструктурного анализа, физики и химии твёрдого тела, квантовой химии.

Освоение данной дисциплины необходимо для получения современных знаний об атомарном строении кристаллов, являющегося фундаментом для всестороннего изучения минералов, горных пород и руд; для понимания процессов минералообразования, для осуществления направленного синтеза кристаллов с заранее заданными свойствами;

- получение современных представлений о правилах организации кристаллического вещества;

- изучение взаимосвязи кристаллической структуры с физико-химическими свойствами кристаллов.

В курсе «Консервирующие матрицы для радиоактивных отходов» сформулирован комплексный подход к методам классификации и кондиционирования РАО, охарактеризованы существующие типы таких материалов, даются знания и представления о методах для разработки и исследования свойств новых типов консервирующих матриц и технологиям их изготовления и использования для иммобилизации РАО.

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели курса:

- овладение современными знаниями об атомарном строении кристаллов, являющегося фундаментом для всестороннего изучения минералов, горных пород и руд; для понимания процессов минералообразования, для осуществления направленного синтеза кристаллов с заранее заданными свойствами;

- получение современных представлений о правилах организации кристаллического вещества;

- изучение взаимосвязи кристаллической структуры с физико-химическими свойствами кристаллов.

Задачи курса:

- обучение студентов приёмам грамотной кристаллохимической интерпретации минералообразующих и геохимических процессов;

- изучение принципов современных методов моделирования и предсказания кристаллических структур и их физических свойств на основе знаний, полученных в курсах, кристаллография, кристаллохимия, петрология и геохимия.

2. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы Всего часов Общая трудоемкость дисциплины Лекции Практические занятия (семинары) Самостоятельная работа Курсовая работа Промежуточная аттестация 3. РАЗДЕЛЫ (ТЕМЫ) ДИСЦИПЛИНЫ № Раздел (тема) дисциплины Лекции Семинары Самостоятельная (часы) (часы) работа (часы) 1. Принципы выделения кристаллохимии как 12 науки об атомном строении кристаллов из наук о твёрдом веществе. Связь кристаллохимии с родственными науками. Центральная проблема кристаллохимии – предсказание структуры кристалла для заданного химического состава. Иерархия методов предсказания и уточнения пробной структуры.

Причины ограниченности числа неорганических соединений и особенно минеральных видов. Неравномерность распределения минералов и неорганических соединений по классам симметрии и пространственным группам. Принцип минимальной диссимметризации.

2. Конструирование топологических моделей 12 кристаллов. Принципы плотнейшей упаковки, табулирование структурных типов неорганических веществ и их производных, использование полиэдров Полинга-Белова и Вороного-Дирехле, параллелоэдры и сфеноиды Федорова.

Пустоты в плотнейших упаковках и мотивы их заселения. Основные структурные типы на основе координационных полиэдров катионов. Анионо-центрированные полиэдры и соответствующие структурные типы. Связь между координационными числами катионов и анионов в нормальновалентных структурах.

Вторичные структурные единицы и структуры каркасных силикатов, в частности, цеолитов. Конструирование островных кремнекислородных радикалов из SiO4тетраэдров. Принципы топологического конструирования слоистых силикатов из тетраэдрических и октаэдрических сеток.

3. Структурный тип кристаллов и родствен- 8 ные понятия и концепции кристаллохимии.

Изотипизм и изоструктурность. Структурный класс. Изотипизм и пространственные группы симметрии. Структурные деформации и псевдосимметрия. Принцип толерантности и структурные дескрипторы.

Предоставления о структурной гомологии кристаллов. Производные и вырожденные структуры. Упорядочение атомов и сверхструктуры. Основные структурные прототипы (NaCl-MgO-PbS, сфалерит, флюорит и др.) и их гомологические ряды. Понятие о полисоматических сериях минералов и неорганических веществ.

Радиусы ионов и атомов. Принципы их вывода и соотношения между ними. Зависимость величин радиусов от валентности, координационных чисел и спинового состояния переходных элементов. Современные представления о переменных радиусов Структурные сортировочные диаграммы.

Принципы их построения и возможности практического использования.

4. Правила строения ионных кристаллов. 8 Критерий Магнуса-Гольдшмидта и его ограничения. Понятия о втором, третьем и четвертом правилах Полинга. Современное понимание общего значения пятого правила Полинга (правила экономичности).

Правила строения ковалентных и существенно ковалентных кристаллов. Правило октета. Понятие электронных концентраций. Направленные связи и гибридизация.

Правила Грима-Зоммерфельда, правила Пирсона, Партэ и др. для кристаллов с неполновалентными элементами (неподелёнными парами электронов).

5. Современное состояние второго правила 8 Полинга. Локальный баланс валентностей в варианте Полинга и его современная форма. Значение отклонений от локального баланса для кристаллохимического анализа.

Качество баланса. Минералогически вероятные структуры.

Метод валентности связи. Правило сумм валентности связей, контуры связей. Решение систем линейных уравнений для отыскания значений валентности связей.

«Закон» частности координационных чисел (КЧ). Простые и составные КЧ и соответствующие координационные полиэдры. Автодуальное многообразие Платоновых тел.

Автодуальные многообразия F=V (число граней равно числу вершин).

Теоремы дисторсии координационных дисторсии. Экспериментальная проверка теорем дисторсии.

6. Конструирование вероятных кристалличе- 12 ских структур из тетраэдров Tn+O4 на примере модификаций кремнезема. Конструирование вероятных кристаллических структур из октаэдров Mn+O6: случаи M2+O, M23+O3, M4+O2, M6+O3. Конструирование вероятных кристаллических структур из полиэдрических кластеров (тетраэдры и октаэдры). Применение правил минимальной дисторсии при сравнении топологических моделей структур. Теорема Шубникова и правила заселения точечных конфигураций. Шубниковские кристаллохимические формулы. Методы уточнения топологических моделей. Методы DLS, VLS, DVLS. Связь свойств кристаллов с характеристиками химических связей. Основы уточнения кристаллических структур и свойств кристаллов методами минимизации энергии межатомного взаимодействия.

Всего часов: 5 ЗЕ или 180 часов

4. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Принципы выделения кристаллохимии как науки об атомном строении кристаллов из наук о твёрдом веществе.
Связь кристаллохимии с родственными науками. Центральная проблема кристаллохимии – предсказание структуры кристалла для заданного химического состава. Иерархия методов предсказания и уточнения пробной структуры. Причины ограниченности числа неорганических соединений и особенно минеральных видов. Неравномерность распределения минералов и неорганических соединений по классам симметрии и пространственным группам. Принцип минимальной диссимметризации. Конструирование топологических моделей кристаллов. Принципы плотнейшей упаковки, табулирование структурных типов неорганических веществ и их производных, использование полиэдров Полинга-Белова и Вороного -Дирехле, параллелоэдры и сфероиды Федорова. Пустоты в плотнейших упаковках и мотивы их заселения.

Основные структурные типы на основе координационных полиэдров катионов. Анионоцентрированные полиэдры и соответствующие структурные типы. Связь между координационными числами катионов и анионов в нормально-валентных структурах. Вторичные структурные единицы и структуры каркасных силикатов, в частности, цеолитов. Конструирование островных кремнекислородных радикалов из SiO4-тетраэдров. Принципы топологического конструирования слоистых силикатов из тетраэдрических и октаэдрических сеток. Структурный тип кристаллов и родственные понятия и концепции кристаллохимии. Изотипизм и изоструктурность. Структурный класс. Изотипизм и пространственные группы симметрии. Структурные деформации и псевдосимметрия. Принцип толерантности и структурные дескрипторы. Представления о структурной гомологии кристаллов. Производные и вырожденные структуры. Упорядочение атомов и сверхструктуры.

Основные структурные прототипы (NaCl-MgO-PbS, сфалерит, флюорит и др.) и их гомологические ряды. Понятие о полисоматических сериях минералов и неорганических веществ. Радиусы ионов и атомов. Принципы их вывода и соотношения между ними. Зависимость величин радиусов от валентности, координационных чисел и спинового состояния переходных элементов. Современные представления о переменных радиусов ионов.

Структурные сортировочные диаграммы. Принципы их построения и возможности практического использования. Правила строения ионных кристаллов. Критерий МагнусаГольдшмидта и его ограничения. Понятия о втором, третьем и четвёртом правилах Полинга. Современное понимание общего значения пятого правила Полинга (правила экономичности). Правила строения ковалентных и существенно ковалентных кристаллов.

Правило октета. Понятие электронных концентраций. Направленные связи и гибридизация. Правила Грима-Зоммерфельда, правила Пирсона, Партэ и др. для кристаллов с неполновалентными элементами (неподелёнными парами электронов). Современное состояние второго правила Полинга. Локальный баланс валентностей в варианте Полинга и его современная форма. Значение отклонений от локального баланса для кристаллохимического анализа. Качество баланса. Минералогически вероятные структуры.

Метод валентности связи. Правило сумм валентности связей, контуры связей. Решение систем линейных уравнений для отыскания значений валентности связей. «Закон» частности координационных чисел (КЧ). Простые и составные КЧ и соответствующие координационные полиэдры. Автодуальное многообразие Платоновых тел. Автодуальные многообразия F=V (число граней равно числу вершин). Теоремы дисторсии координационных полиэдров. Геометрический и аналитический выводы теоремы дисторсии. Экспериментальная проверка теорем дисторсии. Конструирование вероятных кристаллических структур из тетраэдров Tn+O4 на примере модификаций кремнезема. КонстM2+O, M23+O3, M4+O2, руирование вероятных кристаллических структур из октаэдров M6+O3. Конструирование вероятных кристаллических структур из полиэдрических кластеров (тетраэдры и октаэдры). Применение правил минимальной дисторсии при сравнении топологических моделей структур. Теорема Шубникова и правила заселения точечных конфигураций. Шубниковские кристаллохимические формулы. Методы уточнения топологических моделей. Методы DLS, VLS, DVLS. Связь свойств кристаллов с характеристиками химических связей. Основы уточнения кристаллических структур и свойств кристаллов методами минимизации энергии межатомного взаимодействия.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

АСПИРАНТОВ

Основная литература 1) Урусов В.С. Теоретическая кристаллохимия. М., МГУ, 2) Урусов В.С., Еремин Н.Н. «Кристаллохимия. Краткий курс» М., Изд-во МГУ, 2010, стр.

3) Бокий Г.Б. Кристаллохимия. М., Наука, 1973.

Дополнительная литература 1) Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. М., Недра, 1976.

2) Ворошилов Ю.В. Павлишин В.И. «Основы кристаллографии и кристаллохимии. Рентгенография кристаллов» Киев, КНТ, 2011. 568 стр.

3) Урусов В.С. Еремин Н.Н. Атомистическое моделирование кристаллических структур минералов их дефектов и твердых растворов. М, ГЕОС, 2011.

4) Урусов В.С., Дубровинский Л.С. Конструирование вероятных кристаллических структур минералов. МГУ, 1990 г.

Рекомендуемые периодические издания Записки Всероссийского минералогического общества Журнал Кристаллография American Mineralogist Canadian Mineralogist European Journal of Mineralogy Mineralogical Magazine Mineralogical Record 6. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ Основными формами контроля являются зачет на втором курсе обучения и кандидатский экзамен на третьем курсе обучения.

7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ТЕКУЩЕЙ УСПЕВАЕМОСТИ

Перечень вопросов к экзамену 1. Принципы выделения кристаллохимии как науки об атомном строении кристаллов из наук о твёрдом веществе.

2. Связь кристаллохимии с родственными науками.

3. Центральная проблема кристаллохимии – предсказание структуры кристалла для заданного химического состава.

4. Иерархия методов предсказания и уточнения пробной структуры.

5. Причины ограниченности числа неорганических соединений и особенно минеральных видов. Неравномерность распределения минералов и неорганических соединений по классам симметрии и пространственным группам.

6. Принцип минимальной диссимметризации.

7. Конструирование топологических моделей кристаллов. Принципы плотнейшей упаковки, табулирование структурных типов неорганических веществ и их производных, использование полиэдров Полинга-Белова и Вороного-Дирехле, параллелоэдры и сфеноиды Федорова.

8. Пустоты в плотнейших упаковках и мотивы их заселения. Основные структурные типы на основе координационных полиэдров катионов.

9. Анионоцентрированные полиэдры и соответствующие структурные типы.

10. Связь между координационными числами катионов и анионов в нормально-валентных структурах.

11. Вторичные структурные единицы и структуры каркасных силикатов, в частности, цеолитов.

12. Конструирование островных кремнекислородных радикалов из SiO4-тетраэдров.

13. Принципы топологического конструирования слоистых силикатов из тетраэдрических и октаэдрических сеток.

14. Структурный тип кристаллов и родственные понятия и концепции кристаллохимии.

Изотипизм и изоструктурность. Структурный класс.

15. Изотипизм и пространственные группы симметрии. 16. Структурные деформации и псевдосимметрия.

17. Принцип толерантности и структурные дескрипторы. 18. Предаставления о структурной гомологии кристаллов. 19. Производные и вырожденные структуры.

20. Упорядочение атомов и сверхструктуры.

21. Основные структурные прототипы (NaCl-MgO-PbS, сфалерит, флюорит и др.) и их гомологические ряды.

22. Понятие о полисоматических сериях минералов и неорганических веществ 23. Радиусы ионов и атомов. Принципы их вывода и соотношения между ними.

Зависимость величин радиусов от валентности, координационных чисел и спинового состояния переходных элементов.

24. Современные представления о переменных радиусов ионов.

25. Структурные сортировочные диаграммы. Принципы их построения и возможности практического использования.

26. Правила строения ионных кристаллов. Критерий Магнуса-Гольдшмидта и его ограничения.

27. Понятия о втором, третьем и четвертом правилах Полинга. Современное понимание общего значения пятого правила Полинга (правила экономичности).

28. Правила строения ковалентных и существенно ковалентных кристаллов. Правило октета. Понятие электронных концентраций. Направленные связи и гибридизация.

29. Правила Грима-Зоммерфельда, правила Пирсона, Партэ и др. для кристаллов с неполновалентными элементами (неподеленными парами электронов).

30. Современное состояние второго правила Полинга. Локальный баланс валентностей в варианте Полинга и его современная форма.

31. Современное состояние второго правила Полинга. Значение отклонений от локального баланса для кристаллохимического анализа. Качество баланса. Минералогически вероятные структуры.

32. Метод валентности связи. Правило сумм валентности связей, контуры связей. Решение систем линейных уравнений для отыскания значений валентности связей.

33. «Закон» частности координационных чисел (КЧ). Простые и составные КЧ и соответствующие координационные полиэдры.

34. Автодуальное многообразие Платоновых тел. Автодуальные многообразия F=V (число граней равно числу вершин).

35. Теоремы дисторсии координационных полиэдров. Геометрический и аналитический выводы теоремы дисторсии. Экспериментальная проверка теорем дисторсии.

36. Конструирование вероятных кристаллических структур из тетраэдров Tn+O4 на примере модификаций кремнезема.

37. Конструирование вероятных кристаллических структур из октаэдров M2+O, M23+O3, M4+O2, M6+O3.

38. Конструирование вероятных кристаллических структур из полиэдрических кластеров (тетраэдры и октаэдры).

39. Применение правил минимальной дисторсии при сравнении топологических моделей структур.

40. Теорема Шубникова и правила заселения точечных конфигураций. Шубниковские кристаллохимические формулы.

41. Методы уточнения топологических моделей. Методы DLS, VLS, DVLS. 43. Связь свойств кристаллов с характеристиками химических связей.

42. Основы уточнения кристаллических структур и свойств кристаллов методами минимизации энергии межатомного взаимодействия.



 


Похожие работы:

«Программа краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы по направлению Нанотехнологии на базе учебного курса Лазерная технология синтеза тонких наноразмерных пленок Цель: изучение физических принципов и применений лазерной нанотехнологии Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: _24 часа_ Форма обучения: _с частичным отрывом от работы Режим занятий: _8 часов в день_ Целью учебного курса является изучение...»

«1 Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине ЕН.Ф.9 Биологическая химия (индекс и наименование дисциплины) Специальность 110501.65 Ветеринарно-санитарная экспертиза Квалификация (степень) выпускника Ветеринарно-санитарный врач Факультет Ветеринарной медицины Кафедра-разработчик Кафедра биотехнологии, биохимии и...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Физический факультет Программа рассмотрена и утверждена на заседании Учёного совета физического факультета 2012 г. Декан физического факультета, доц. _К.А.Марков ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА Физика электроники твердого тела направление 210100 – Электроника и наноэлектроника (бакалавры)...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ: Проректор-директор ИПР _ А.Ю. Дмитриев Проректор-директор ИФВТ _ А.Н. Яковлев ПРОГРАММА вступительного испытания (междисциплинарного экзамена) для поступающих в магистратуру по направлению 240100 Химическая технология Институт природных ресурсов Институт физики...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Квантовая физика конденсированных сред Программа фундаментальных исследований Президиума РАН Сборник результатов, полученных в 2009 г. АНДРЕЕВ Александр Федорович, вице-президент Российской Председатель академии наук, директор Института физических проблем Научного совета им. П.Л. Капицы РАН ГАНТМАХЕР Всеволод Феликсович, член-корреспондент Заместители Российской академии наук, заведующий отделом Института Председателя физики твердого тела РАН Научного совета ПАРШИН...»







 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.