Elementy krystalochemii

Znajomość matematyki i fizyki na poziomie szkoły średniej, znajomość chemii na poziomie absolwenta S1

przedmiot obowiązkowy

1. 20 wykład, tj. 20 kontaktowych,

2. 25 laboratorium, tj. 25 kontaktowych,

3. 20 praca indywidualna,

4. 35 czas wymagany do przygotowania w procesie oceniania,

5. całkowity czas nakładu pracy studenta to 100 h/25 = 4 ECTS.

W1: zna podstawowe pojęcia z zakresu krystalochemii, K_W06

W2: zna pojęcia pozwalające określać symetrię cząsteczki oraz układu krystalograficznego, K_W06

W3: zna zagadnienia grup przestrzennych symetrii oraz wygaszeń systematycznych (typ sieci Bravais, translacyjne elementy symetrii), K_W06

W4: zna podstawy teoretyczne metod dyfrakcyjnych i ich zastosowanie do badań związków chemicznych i biomateriałów - K_W06

U1: potrafi korzystać z dotychczasowej wiedzy z chemii oraz wykorzystuje ją w krystalochemii - K_U01

U2: potrafi rozpoznać symetrię cząsteczek, sieci krystalicznej, potrafi zastosować metody dyfrakcyjne do identyfikacji substancji, określenia parametrów i symetrii sieci - K_U06

K1: rozumie potrzebę poszerzania własnej wiedzy o zagadnienia związane z krystalochemią - K_K01

K2: potrafi pracować w grupie, rozwiązywać problemy dotyczące symetrii cząsteczek i ich struktury - K_K02.

Wykład: wykład informacyjny lub problemowy.

Laboratorium: metoda ćwiczeniowa i laboratoryjna

- 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, metodami badań strukturalnych związków chemicznych i biomateriałów 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.

Metody oceniania

Wykład: Egzamin pisemny oceniany w procentach

Kryteria oceniania: Sprawdzenie W1-W4, U1, U2, K1, K2

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 – metale, diament i grafit, typu AB i AB2. 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.

Laboratorium: zaliczenie na ocenę

Kryteria oceniania: Sprawdzenie W1-W4, U1, U2, K1, K2

wymagany próg na ocenę dostateczną 51-60%, dostateczny plus 61-65%, dobry 66-75%, dobry plus 76-80%, bardzo dobry 81%.

nie dotyczy