Politechnika GdańskaWydział ChemicznyKatedra Chemii Nieorganicznej Copyright © 2017 by KChN WCh PG – Andrzej Okuniewski | |

← Wróć

Chemia

Krystalografia
Semestr I (2°)

Osoba odpowiedzialna za przedmiot: dr hab. inż. Jarosław Chojnacki.

Wykład



Program

Krystalografia geometryczna

  • Podstawowe pojęcia: Kryształ, komórka elementarna, układ krystalograficzny, wspólrzędne atomów, symbole prostych sieciowych, wskaźniki płaszczyzn i ścian w krysztale.
  • Symetria punktowa: Izometria, grupy symetrii punktowej, klasy krystalograficzne, symbolika grup.
  • Symetria struktury kryształu. Sieci Bravais. Grupy przestrzenne i ich symbolika: Połączenie translacji z operacjami symetrii punktowej. Symbole grup przestrzennych Hermanna-Mauguin'a pełne i skrócone. Macierzowy zapis operacji symetrii.
  • Graficzna prezentacja symetrii grup przestrzennych na podstawie symbolu, Tablice Krystalograficzne: Symbolika elementów symetrii w grupach przestrzennych, posługiwanie sie diagramami zawartymi w Tablicach Miedzynarodowej Unii Krystalograficznej (IUCr) oraz programem Mercury.

Krystalografia rentgenowska

  • Zjawisko dyfrakcji: Dyfrakcja promieni rentgenowskich, dyfrakcja neutronów, źródła promieniowania X, sieć odwrotna, klasy Lauego, sfera Ewalda. Budowa dyfraktometru czterokołowego.
  • Dyfrakcja na monokrysztalach. Analiza dyfraktogramów: Wyznaczanie klasy Lauego, typu sieci Bravais i parametrów sieci na podstawie warstwic hk0 i hk1.
  • Wyznaczanie grupy przestrzennej oraz konfiguracji absolutnej metodą rentgenografii monokryształów: Wygaszenia systematyczne i ich powiązanie z elementami symetrii kryształu. Prawo Friedla i wykorzystanie odstępstw od niego przy wyznaczaniu konfiguracji absolutnej.

Krystalochemia i fizyka kryształów

  • Opis typowych struktur: Struktura pierwiastków. Struktura związków o składzie AB, AB2 i AB3.
  • Otrzymywanie monokryształów: Krystalizacja ze stopu, z fazy gazowej, krystalizacja z roztworów. Czynniki wpływające na proces krystalizacji.
  • Analiza wyników rentgenowskiej analizy strukturalnej i sposób ich prezentacji: Opis geometrii cząsteczek: długości wiązań, kąty walencyjne i torsyjne, katy dwuścienne, kontakty międzycząsteczkowe i wiązania wodorowe, elipsoidy termiczne. Interpretacja parametrów pomiarowych oraz wskaźników jakości rozwiązania.
  • Właściwości fizyczne kryształów a ich symetria: Grupy graniczne. Właściwości optyczne, piroelektryczność i piezoelektryczność.

Prezentacje do wykładu

  • Wykład 1: Pojęcia podstawowe. Kryształ. Układy krystalograficzne. Wskaźnikowanie.
  • Wykład 2: Symetria brył skończonych. Grupy symetrii punktowej.
  • Wykład 3: Symetria sieci translacyjnej. Grupy przestrzenne.
  • Wykład 4: Symbolika grup przestrzennych. Tablice Krystalograficzne.
  • Wykład 5: Znaczenie znajomości grupy przestrzennej.
  • Wykład 6: Zjawisko dyfrakcji. Sieć odwrotna. Sfera Ewalda.
  • Wykład 7: Dyfrakcja na monokryształach. Analiza dyfraktogramów.
  • Wykład 8: Budowa dyfraktometru czterokołowego. Przebieg pomiaru dyfraktometrycznego.
  • Wykład 9: Wyznaczanie grupy przestrzennej na podstawie pomiarów dyfrakcyjnych.
  • Wykład 10: Zarys teorii rozwiązywania struktur.
  • Wykład 11: Typowe struktury pierwiastków i związków.
  • Wykład 12: Otrzymywanie kryształów.
  • Wykład 13: Analiza wyników analizy strukturalnej i sposób ich prezentacji.
  • Wykład 14: Symetria a właściwości fizyczne kryształów.

Literatura

  • Z. Kosturkiewicz: Metody krystalografii. Wydawnictwo UAM 2000.
  • Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec: Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo. PWN 1996.
  • Z. Trzaska-Durski, H. Trzaska-Durska: Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej. PWN 1994.
  • Muzeum Geologiczne Wydziału Nauk Geograficznych UŁ: Kryształy w przyrodzie i technice. Wydawnictwo UŁ 2005.
  • P. Luger: Rentgenografia strukturalna monokrysztalów. PWN 1989.

Materiały pomocnicze

Przykładowe pliki CIF ilustrujące symetrię w grupach przestrzennych:

Wyznaczanie konfiguracji absolutnej:

Pliki CIF ilustrujące symetrię punktowa cząsteczek w grupach przestrzennych:

Laboratorium

Program

  • Ćwiczenie 1: Wyznaczanie gęstości teoretycznej kryształów. Stechiometria w komórce elementarnej. Zamiana baz w układach współrzędnych
  • Ćwiczenie 2: Wskaźnikowanie kierunków i płaszczyzn sieciowych.
  • Ćwiczenie 3: Grupy punktowe. Tabela działań w grupie. Przypisywanie grupy punktowej zadanym obiektom.
  • Ćwiczenie 4: Grupy przestrzenne i ich międzynarodowe symbole. Symbole H-M pełne i skrócone.
  • Ćwiczenie 5: Wpływ warunków na wzrost kryształów. Krystalizacja z żelu. Opis morfologii kryształów.
  • Ćwiczenie 6: Krystalizacja przez sublimację. Hodowla monokryształów ze stopu.
  • Ćwiczenie 7: Proces krystalizacji. Roztwór nasycony i przesycony. Zarodkowanie.
  • Ćwiczenie 8: Właściwości optyczne monokryształów, wykorzystanie mikroskopu polaryzacyjnego.
  • Ćwiczenie 9: Równanie Braggów. Dyfrakcja światła laserowego na tkaninach oraz promieni X na krysztale.
  • Ćwiczenie 10: Określanie sieci Bravais, klasy Lauego i grupy przestrzennej na podstawie warstwic hk0 i hk1.
  • Ćwiczenie 11: Pokaz pomiaru dyfrakcyjnego na dyfraktometrze czterokołowym z detektorem CCD.
  • Ćwiczenie 12: Opis struktury na podstawie pliku CIF przy wykorzystaniu programów komputerowych i tablic.

Materiały pomocnicze

Struktury związków w formacie CIF, można je oglądać tekstowo lub w programie Mercury:

Dane strukturalne (PDF):

Techniki krystalizacji:

Pozostałe: