Crystallochemistry

Znajomość matematyki na poziomie S1 studiów chemicznych.

przedmiot obowiązkowy

1. 30h wykład, 30h laboratorium, tj. 60 godzin kontaktowych,

2. 80h praca indywidualna,

3. 40h czas wymagany do przygotowania w procesie oceniania.

K_W07: zna pojęcia pozwalające określać symetrię cząsteczki oraz układu krystalograficznego i wykorzystać ją do uzyskania informacji o badanej substancji - X2A_W02.

K_U01: potrafi korzystać z rozszerzonej wiedzy z podstawowych działów chemii oraz twórczo wykorzystać ją w zakresie swojej specjalności - X2A_U01; X2A_U02; X2A_U04

K_U09: rozpoznaje symetrię cząsteczek, sieci krystalicznej, potrafi zastosować techniki eksperymentalne do identyfikacji substancji i wyznaczenia parametrów sieci krystalicznej - X2A_U01; X2A_U02; X2A_U04

K_K01: zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego uczenia się przez całe życie; potrafi samodzielnie podjąć działania w celu poszerzania i pogłębiania wiedzy chemicznej - X2A_K01; X2A_U07

K_K02: potrafi współdziałać w zespole (przyjmując w nim różne role) i kreatywnie rozwiązywać problemy dotyczące badań naukowych w tym analizy strukturalnej syntezy chemicznej - X2A_K02; X2A_K03; X2A_K05; X2A_K06.

Metody podające: wykład informacyjny lub problemowy.

Laboratorium: aktywne ćwiczenia.

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa

Celem przedmiotu jest zaznajomienie studentów z podstawową wiedzą z zakresu krystalochemii. Wykład i laboratorium zapoznają studentów z podstawami krystalografii geometrycznej, zagadnieniami symetrii cząsteczek i sieci krystalicznej, częściowo w ujęciu teorii grup, zastosowaniem metod dyfrakcyjnych do identyfikacji substancji, określenia parametrów i symetrii sieci kryształu, oraz podstawowymi typami struktur krystalicznych. Omawiane są zagadnienia zależności właściwości chemicznych i fizycznych od wewnętrznej struktury kryształów.

Podstawowe pojęcia: budowa sieci krystalicznej, komórka elementarna, symbole punktów, prostych i płaszczyzn sieciowych, układy krystalograficzne, czworościan zasadniczy, prawo pasów. Elementy symetrii - operatory w ujęciu macierzowym. Kombinacje elementów symetrii, reguły składania. Symetria cząsteczki. Grupy punktowe, symbolika międzynarodowa i Schoenflisa. Rozpoznawanie elementów symetrii, grupy punktowej i układu krystalograficznego. Translacje: sieci Bravais i translacyjne elementy symetrii. Grupy przestrzenne a grupy punktowe. Punkty symetrycznie równoważne. Krystalografia rentgenowska. Równania Bragga i Lauego. Metoda Debye'a, Scherrera i Hulla - identyfikacja i wskaźnikowanie, stała sieciowa. Czynniki struktury a gęstość elektronowa. Prawo Friedla, grupy dyfrakcyjne Lauego. Grupa przestrzenna a wygaszenia systematyczne (typ sieci Bravais, translacyjne elementy symetrii). Problem fazowy. Funkcja Pattersona i metody bezpośrednie. Klasyfikacja struktur krystalicznych - elementy krystalochemii.

1. T. Penkala, Zarys Krystalografii, PWN Warszawa, 1977,

2. Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, Krystalografia, PWN, 1996,

3. Z. Bojarski [et al.]. Krystalografia: podręcznik wspomagany komputerowo Wydaw. Naukowe PWN, 2001,

4. Z. Trzaska-Durski, H. Trzaska-Durska, Podstawy Krystalografii Strukturalnej i Rentgenowskiej, PWN, 1994,

5. International Tables for X-ray Crystallography,

6. J.-J. Rousseau Basic Crystallography, Willey & Sons, 1999,

7. D. Schwarzenbach, Crystallography, Willey & Sons, 1996,

Zaliczenie laboratorium na podstawie obecności, krótkich sprawdzianów – W07, U01, U09 i ocena studenta w czasie zajęć – K01 i K02.

Egzamin pisemny oceniany w procentach. Blok przedmiotowy oceniany według algorytmu 80% oceny egzaminu + 20% oceny z ćwiczeń - W07, U01, U09.

Zagadnienia na egzamin:

1. Budowa sieci krystalicznej, układy krystalograficzne, operacje symetrii i operatory macierzowe, grupy translacyjne Bravais, grupy punktowe i przestrzenne, punkty równoważne symetrycznie.

2. Generowanie promieniowania rentgenowskiego, jego oddziaływanie z materią, dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego na kryształach – równanie Bragga i równanie Lauego.

3. Metoda Debye’a Scherrera Hulla, metoda Lauego, metoda obracanego kryształu. Identyfikacja substancji, wskaźnikowanie refleksów.

4. Atomowe czynniki rozpraszania i ich zależność od kąta wzmocnienia i czynnika temperaturowego. Wygaszenia systematyczne. Prawo Friedla, grupy dyfrakcyjne Lauego, określenie symetrii kryształu.

5. Problem fazowy, określania fazy metodą Pattersona. Normalizacja czynników struktury, skalowanie i czynnik temperaturowy metodą Wilsona, wartość fazy refleksów dla struktur niecentro- i centrosymetrycznych, metody bezpośrednie. Określenie możliwej symetrii cząsteczki na podstawie wygaszeń systematycznych, objętości komórki elementarnej i pomiaru gęstości kryształu. Odgadnięcie struktury na podstawie położeń szczególnych.

6. Elementy krystalochemii. Podstawowe typy struktur – Cu, Mg, W, diament i grafit, NaCl, CsCl, CaF2, sfaleryt i wurcyt. Rodzaj oddziaływań pomiędzy składnikami sieci, obliczanie długości wiązań i promieni składników sieci krystalicznej na podstawie znajomości położeń i stałej sieci, liczba koordynacyjna, stosunek promieni składników dla struktur typu AB i AB2, procent zapełnienia przestrzeni, związek między budową sieci krystalicznej a wybranymi właściwościami chemicznymi i fizycznymi.