Правительство Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет

Геологический факультет

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Кристаллогенезис

Crystallogenesis

Язык(и) обучения русский

Трудоёмкость зачётных единиц

1 Регистрационный номер рабочей программы:

11 код 86 код факультета или иного 00002 порядковый / / года утверждения структурного подразделения номер или шифр Санкт-Петербург Раздел 1. Характеристики, структура и содержание учебных занятий 1.1. Цели и задачи учебных занятий Основной целью курса «Кристаллогенезис» является формирование теоретических знаний об основных закономерностях кристаллообразования в природных и технологических процессах.

Поставленная цель достигается путём решения следующих задач курса:

• изучение основных разделов кристаллогенезиса; обеспечение базы для анализа природных процессов минералообразования и изучения методов синтеза кристаллических материалов.

• обучение методологии установления связей между условиями кристаллизации и морфологией, структурой и свойствами кристаллов и агрегатов;

• обеспечение базы для анализа природных процессов минералообразования и изучения методов синтеза кристаллических материалов.

1.2. Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебных занятий (пререквизиты) Для успешного освоения дисциплины студент должен иметь предварительную подготовку по кристаллографии, минералогии, оптической минералогии, физики и химии в пределах курсов, читаемых на геологическом факультете.

1.3. Перечень формируемых компетенций (результаты обучения) В процессе изучения курса у студентов должны быть сформированы компетенции:

• Способность анализировать природные процессы минералообразования с позиций кртсталогенезиса;

• Готовность и способность практически осваивать методы синтеза кристаллических материалов.

1.4. Знания, умения, навыки, осваиваемые обучающимся • представление о физико-химических основах образования кристаллического вещества;

• понимание условий и механизмов формирования морфологии, конституционных особенностей и реального строения кристаллов и структур кристаллических агрегатов.

• знакомство с основными методами выращивания монокристаллов и управления их качеством.

1.5. Перечень и объём активных и интерактивных форм учебных занятий Лекции - 15 часов, семинары - 16 часов, промежуточная аттестация - 1час, самостоятельная работа - 12 часов.

1.6. Организация учебных занятий Трудоёмкость, объёмы учебной работы и наполняемость групп обучающихся Аудиторная учебная работа обучающихся Самостоятельная работа Объём активных и интерактивных Трудоёмкость в т.ч. с использованием Код модуля в составе форм учебных занятий текущий контроль текущий контроль дисциплины, практики и студентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентовстудентов текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации Код модуля в составе дисциплины, практики и т.п.

предусмотрены 1.7. Структура и содержание учебных занятий Равновесие «кристалл-среда» и зарождение кристаллов Тема 1. Фазовое и химическое равновесие, химическое сродство. Смещение равновесия, управляющие параметры, термодинамическое пересыщение. Выражение термодинамического пересыщения через управляющие параметры.

Тема 2. Равновесие в дисперсных системах, фазовый и изоморфный размерные эффекты. Теории равновесных форм кристаллов. Смещение равновесия под действием механических напряжений.

Кристаллизационное давление.

Тема3. Устойчивость равновесия. Коэффициенты устойчивости и флуктуации. Флуктуационные фазовые переходы. Лабильное состояние и спинодальный распад. Устойчивость метастабильного состояния.

Термодинамика и кинетика зародышеобразования в газовой, жидкой и твердых фазах. Гетерогенное зарождение. Эпитаксия и топотаксия. Стеклование.

Рост и морфология кристаллов Тема 4. Связь морфологии со структурой кристаллов. Анизотропия скоростей роста, кинетический коэффициент. Уравнения тепло- и массопереноса. Стадии и режимы роста, лимитирующая стадия.

Тема 5. Теплоотвод и формы роста при кристаллизации из расплава. Эффект грани. Неустойчивость фронта роста, ячеистый рост. Диффузия и морфологическая неустойчивость при росте из раствора. Скелетный рост. Факторы, стабилизирующие фронт роста при кристаллизации из расплава и раствора. Конвективный перенос и гидродинамические режимы роста. Симметрия среды и морфология кристаллов.

Тема 6. Механизмы роста кристаллов. Кинетика роста при разных механизмах. Влияние дефектности на скорости роста и микроморфологию поверхности. Примесное отравление роста. Механизмы отравления и кинетика роста. Влияние примесей на габитус кристаллов и микроморфологию поверхности.

Адсорбционная морфологическая неустойчивость и аномальные формы роста.

Сегрегация примесей при росте кристаллов.

Тема 7. Равновесное распределение примесей, коэффициенты распределения при кристаллизации из расплавов и растворов. Термодинамика твердых растворов, их распад и упорядочение. Диффузионная сегрегация примесей. Концентрационная неоднородность в диффузионном пограничном слое.

Эффективный коэффициент распределения. Типы зональности. Распределение примесей при направленной кристаллизации. Зонная очистка и выравнивание. Адсорбционная сегрегация примесей. Коэффициент захвата. Статистический отбор и диффузионная релаксация при адсорбционном захвате. Секториальность и субсекториальность. Ростовое упорядочение изоморфных компонентов и диссимметризация.

Температурная и конституционная гетерометрия. Ростовые напряжения и автодеформации.

2.1. Методическое обеспечение 2.1.1. Методическое обеспечение аудиторной работы 2.1.2. Методическое обеспечение самостоятельной работы Учебно-научная экспозиция кафедры кристаллографии «Образование 2.1.3. Методика проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации и критерии оценивания 2.1.4. Методические материалы для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации (контрольно-измерительные 2.1.4.1. Не требуется 2.1.4.2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной - Выражение пересыщения через управляющие параметры.

- Влияние поверхностной энергии на равновесие.

- Влияние механических напряжений на равновесие.

- Условия устойчивости однородной фазы - Термодинамика зародышеобразования.

- Скорость зародышеобразования. Стеклование.

По темам 4 – 6:

- Потоки и силы при кристаллизации - Скорость встраивания и кинетический коэффициент. Стадии и режимы роста. Способы управления режимом роста.

- Тепло- и массоперенос при росте кристаллов.

- Рост в режимах естественной и вынужденной конвекции.

- Виды морфологической неустойчивости.

- Шероховатость поверхности. Нормальный механизм роста. Механизмы генерации ступеней роста - Влияние примесей на кинетику роста кристаллов.

- Факторы, определяющие огранку и габитус кристаллов.

По теме 7:

- Избирательная адсорбция примесей - Равновесный и неравновесный захват примесей кристаллом.

- Зональность и секториальность.

- Источники напряжений в кристаллах. Автодеформационные дефекты.

2.1.4.3. Примерный перечень вопросов к итоговому зачету по всем разделам • Способы создания пересыщения. Выражение пересыщения через управляющие параметры.

• Влияние поверхностной энергии на равновесие.

• Влияние напряжений на равновесие. Кристаллизационное давление.

• Термодинамика зародышеобразования.

•.Гетерогенное зародышеобразование и эпитаксия.

• Скорость зародышеобразования. Стеклование.

• Устойчивость равновесия. Спинодальный распад.

• Структура поверхности, кинетический коэффициент.

• Тепло- и массоперенос при росте кристаллов.

• Способы управления режимом роста.

• Диффузионная неустойчивость, скелетный рост.

• Концентрационное переохлаждение. Ячеистый рост.

• Рост в режимах вынужденной и естественной конвекции.

• Симметрия среды и морфология кристалла.

• Шероховатость поверхности. Нормальный рост.

• Механизмы генерации ступеней.

• Кинетика дислокационного роста.

• Влияние примесей на кинетику роста кристаллов.

• Торможение ступеней роста примесями. Образование усов.

• Факторы, определяющие огранку и габитус кристаллов.

• Равновесный коэффициент распределения • Распределение примесей между кристаллом и расплавом. Зонная плавка • Неравновесный захват примесей кристаллом.

• Диффузионная примесная неоднородность.

• Избирательная адсорбция примесей и адсорбционный захват примеси.

• Источники напряжений в кристаллах.

• Основные типы автодеформационных дефектов.

2.2. Кадровое обеспечение 2.2.1. Требования к образованию и (или) квалификации штатных преподавателей и иных лиц, допущенных к преподаванию дисциплины Преподаватели с высшим специальным образованием (специальность – 2.2.2. Требования к обеспеченности учебно-вспомогательным и (или) иным 2.2.3. Методические материалы для оценки обучающимися содержания и 2.3. Материально-техническое обеспечение 2.3.1. Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий 2.3.2. Требования к аудиторному оборудованию, в том числе к неспециализированному компьютерному оборудованию и программному обеспечению общего пользования 2.3.3. Требования к специализированному оборудованию 2.3.4. Требования к специализированному программному обеспечению 2.3.5. Требования к перечню и объёму расходных материалов 2.4. Информационное обеспечение 2.4.1. Список обязательной литературы 1. Петров Т.Г., Трейвус Е.Б., Пунин Ю.О., Касаткин А.П. Выращивание кристаллов из растворов. Л.: Недра, 1983. 200 с.

2. Современная кристаллография. Т.3. М.: Наука, 1980. 408 с.

3. Асхабов А.М. Процессы и механизмы кристаллизации. Л.: Наука, 1984.

2.4.2. Список дополнительной литературы 1. Рао Ч.Н.Р., Гопалакришнан Дж. Новые направления в химии твердого тела. Новосибирск: Наука. 1990. 520 с.

2. Урусов В.С., Таусон В.Л., Акимов В.В. Геохимия твердого тела. М.:

3. Штукенберг А.Г., Пунин Ю.О. Оптические аномалии в кристаллах. СПб.:

4. Пунин Ю.О., Штукенберг А.Г. Автодеформационные дефекты кристаллов. СПб.: Изд. СПбГУ. 2008. 316 с.

5. Краснова Н.И., Петров Т.Г. Генезис минеральных индивидов и агрегатов.

2.4.3. Перечень иных информационных источников Презентации лекций, опубликованные на сайте каф. кристаллографии Тематические статьи из периодических изданий Раздел 3. Процедура разработки и утверждения рабочей программы В соответствии с порядком организации внутренней и внешней экспертизы образовательных программ проведена двухуровневая экспертиза:

содержания рабочей программы и применяемых педагогических технологий) (соответствие целям подготовки и учебному плану образовательной программы) Экспертиза второго уровня выполнена в порядке, установленном приказом Уполномоченный орган Иные документы об оценке качества рабочей программы Уполномоченный орган (должностное лицо) Декан ………………… Уполномоченный орган