МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Химический

Кафедра неорганической химии

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

В.П. Гарькин «»_ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Кристаллохимия образовательная программа направления 020100.62 Химия профессиональный цикл Б3, вариативная часть Профиль подготовки Общий Квалификация выпускника Бакалавр химии Форма обучения Очная Курс 2 семестр Самара Рабочая программа составлена на основании Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 020100.62 Химия, утвержденного 19 мая 2010 г. и типовой (примерной) программы дисциплины «Кристаллохимия», одобренной Советом по химии УМО Составитель рабочей программы: В.Н. Сережкин, профессор, д.х.н.

Рецензент: Д.В. Пушкин, доцент, к.х.н.

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии (протокол № от «» _ 2011 г.) Заведующий кафедрой _ 2010 г. _ В.Н. Сережкин

СОГЛАСОВАНО

СОГЛАСОВАНО

Декан факультета 25 июня 2011 г. _ С.В. Курбатова

СОГЛАСОВАНО

Начальник методического отдела _ 2011 г. _ Н.В. Соловова

ОДОБРЕНО

Председатель методической комиссии факультета _ 2011 г. _ И.В. Лобачева 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины 1.1. Цели и задачи изучения дисциплины Цель дисциплины – изучение фундаментальных понятий, представлений и физико-химических моделей, используемых при описании структуры химических соединений в кристаллическом состоянии.

Задачи дисциплины:

раскрыть роль симметрии и трехмерной периодичности при описании структуры кристаллических веществ;

рассмотреть основные методы определения и количественного описания структуры кристаллов;

разъяснить суть фундаментальных понятий и представлений кристаллохимии.

1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:

Иметь представление:

о важнейших теоретических моделях, используемых в кристаллохимии для описания пространственного строения кристаллов и выявления зависимостей между их составом и строением;

о возможностях рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа;

о важнейших компьютерных базах кристаллоструктурных данных.

Знать:

фундаментальные понятия, терминологию и символику кристаллохимии;

систематику кристаллических структур важнейших классов простых и сложных неорганических и органических соединений;

суть основных методов кристаллохимического анализа.

использовать первичную кристаллоструктурную информацию для определения основных особенностей строения кристаллических веществ.

решать задачи по кристаллохимии;

осуществлять поиск необходимой кристаллоструктурной информации;

Быть способным:

использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области неорганической химии.

использовать полученные навыки работы для решения профессиональных и социальных Владеть компетенциями:

Использует основные законы естественнонаучных дисциплин, применяет методы экспериментального исследования Владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, ОК-9 переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством ОК-10 Способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях Способность применять основные законы кристаллохимии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз Владение методами регистрации и обработки результатов кристаллохимического 1.3.Связь с предшествующими дисциплинами Для усвоения курса «Кристаллохимия» студентам требуется владение основами высшей математики, физики, основными понятиями неорганической химии.

1.4.Связь с последующими дисциплинами Фундаментальные понятия и представления, введенные в курсе «Кристаллохимия», будут использоваться в курсах «Строение вещества», «Физическая химия», а также во всех спецкурсах, в которых необходимо учитывать сведения о строении кристаллических веществ.

2. Содержание дисциплины 2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах) Очная форма обучения, 4 семестр, зачет Лабораторные занятия Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку 18/0. 2.2. Разделы дисциплины и виды занятий 2.2.1.Тематический план и содержание учебной дисциплины Наименование Содержание учебного материала, лабораторные работы и разделов и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, Раздел 1 СИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ - лекции симметрии. Стереографические проекции.

1.4. Правильные системы точек. Сайт-симметрия. Координационное Раздел 2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КРИСТАЛЛОХИМИИ - лекции Заключается в теоретической подготовке к каждому практическому преподава-теля ОК-9/2 проверяются на Раздел 3 ОСНОВЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА 3.1.Межплоскостные расстояния. Миллеровские индексы. Число 4/0. формульных единиц и рентгеновская плотность. Структурные Заключается в теоретической подготовке к каждому практическому занятию в соответствии с программой курса.

Раздел

ОПИСАНИЕ И СИСТЕМАТИКА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ

физических свойств силикатов от их строения. Факторы, Заключается в теоретической подготовке к каждому практическому 14/0. занятию в соответствии с программой курса, а также в изучении тем, 2.2.2. Содержание лекционного курса *

ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи кристаллохимии. Кристаллохимия как часть химии и кристаллографии.

РАЗДЕЛ 1. СИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ

Закрытые операции и элементы симметрии. Теоремы о сочетаниях закрытых элементов симметрии. Кристаллографические точечные группы симметрии. Международные символы и символы Шенфлиса. Единичные и полярные направления. Стереографические проекции кристаллов. Трансляции. Кристаллографические системы координат. Сингонии. Элементарная ячейка. Кристаллическая решетка. Решетки Бравэ. Открытые операции и элементы симметрии.

Пространственные группы симметрии. Общие и частные правильные системы точек. Сайтсимметрия. Узловые ряды и узловые сетки. Межплоскостные расстояния. Миллеровские индексы. Число формульных единиц и рентгеновская плотность. Координационное число и координационный полиэдр. Собственная симметрия координационных полиэдров, молекул и сложных ионов.

РАЗДЕЛ 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КРИСТАЛЛОХИМИИ

Структурные типы. Изоточечность, изоструктурность, изотипность. Полиэдрический метод изображения структур. Представление о теории плотнейших шаровых упаковок.

Простейшие структурные типы и соотношения между ними. Описание структур в терминах шаровых упаковок и кладок. Семейства кристаллических структур. Островные, цепочечные, слоистые и каркасные структуры. Структуры с неоднородными фрагментами. Структуры со статистической и неполной упорядоченностью. Кристаллоструктурные характеристики атомов и химических связей. Общая теория межатомных взаимодействий. Межатомное расстояние и прочность связи. Валентное усилие связи. Основные типы кристаллохимических радиусов атомов (ионные, ковалентные, металлические, орбитальные, ван-дер-ваальсовы).

Систематика кристаллических структур по типу связи. Гомо- и гетеродесмические структуры. Разбиение пространства. Разбиение Вороного-Дирихле. Важнейшие характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Принцип плотнейшего заполнения пространства. Принцип равномерности.

РАЗДЕЛ 3. ОСНОВЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА

Дифракция рентгеновских лучей. Уравнение Брэгга-Вульфа. Основные методы рентгенографии. Основы рентгенофазового анализа. Основные этапы анализа структуры кристалла. Представление о методах определения координат атомов. Структурные амплитуды.

Распределение электронной плотности. Фактор расходимости. Современные источники кристаллоструктурной информации: Важнейшие компьютерные базы кристаллоструктурных данных: Кембриджская база кристаллоструктурных данных о строении органических, металлоорганических и координационных соединений, Боннская база кристаллоструктурных данных о строении неорганических соединений. Комплекс структурно-топологических программ ТОPOS. Возможности компьютерных методов поиска и анализа кристаллоструктурной информации.

РАЗДЕЛ 4. ОПИСАНИЕ И СИСТЕМАТИКА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР

Структуры простых веществ. Координация атомов. Правило Юм-Розери. Изменение характера структуры по группам периодической таблицы. Типы изоморфизма. Твердые растворы. Предел изоморфной заместимости и морфотропия. Изоморфизм с заполнением пространства. Типы полиморфизма. Политипия. Термодинамика полиморфных превращений.

Механизм полиморфных превращений.

Структуры бинарных соединений. Интерметаллиды. Сплавы. Фазы Лавеса. Фазы ЮмРозери. Структуры соединений металлов с неметаллами (АХ). Структуры, описываемые в терминах шаровых упаковок и кладок. Факторы, определяющие выбор структурного типа. Роль типа химической связи. Особенности координации переходных и непереходных металлов.

Кластеры.

Важнейшие структурные типы тернарных соединений. Правило Полинга о валентных усилиях связей. Структурный тип перовскита. Сегнето- и антисегнетоэлектрические свойства веществ с искаженной структурой перовскита. Строение высокотемпературных проводников.

Структурный тип шпинели. Нормальные и обращенные шпинели. Ферриты и их техническое значение. Связь строения и магнитных свойств соединений, кристаллизующихся по типу шпинели.

Островные структуры солей кислородсодержащих кислот. Структуры фосфатов и силикатов. Классификация структур силикатов. Зависимость физических свойств силикатов от их строения. Изовалентный и гетеровалентный изоморфизм в силикатах. Природные и синтетические цеолиты, их структура и применение.

Строение координационных соединений. Особенности строения - и -комплексов.

Основные черты строения комплексонатов. Основные факторы, влияющие на структуру кристаллов.

Органическая кристаллохимия Стереохимия органических молекул. Соотношение собственной симметрии молекулы и симметрии позиции. Теория плотной упаковки молекул.

Молекулярное координационное число. Упаковка по принципу “выступ к впадине”.

Специфические межмолекулярные контакты. Межмолекулярные водородные связи. Клатраты.

Структуры полимеров и биополимеров. Белки и полинуклеотиды.

Строение реальных кристаллов. Важнейшие типы дефектов. Точечные дефекты.

Дислокации. Мозаичность. Влияние дефектов кристаллов на их свойства. Доменные структуры.

Квазикристаллы и несоразмерные структуры. Ротационно-кристаллическое состояние.

Особенности структуры твердых электролитов.

* Курсивом и подчеркиванием отмечены темы, вынесенные на самостоятельную проработку студентом.

3.Организация входного, текущего и промежуточного контроля обучения 3.1. Организация контроля:

Входное тестирование - не используется;

Текущий контроль – использована балльно-рейтинговая система;

Промежуточная и итоговая аттестация выставляется на основании балльно-рейтинговой системы.

3.2. Бально-рейтинговая система опирается на результаты индивидуальных контрольных работ продолжительностью 10 мин., которые проводятся на всех без исключения практических занятиях, а также на результаты итоговой контрольной работы, которая проводится на заключительном занятии.

Максимальная возможная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине «Кристаллохимия», закрываемой семестровой (итоговой) аттестацией, равна 200. На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками:

«зачтено» и «не зачтено».

- «Зачтено» – от 120 до 200 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены.

- «Не зачтено» – менее 120 баллов - теоретическое содержание ряда разделов курса не освоено, необходимые практические навыки работы и компетенции не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки.

Студентам, получившим оценку «Не зачтено» предлагается провести дополнительную самостоятельную работу над материалом лекционного курса и практических занятий, по темам, по которым выявлены грубые ошибки, после чего с ними проводится дополнительная 100балльная контрольная с использованием новых комплектов тестовых заданий. На этом этапе для получения оценки «Зачтено» студенту достаточно набрать не менее 60 из 100 возможных баллов.

3.3. Комплекты тестовых заданий Для всех контрольных работ разработано от 4 до 6 вариантов заданий, которые содержат вопросы и задачи, аналогичные тем, которые решались и подробно рассматривались на практических занятиях.

3.4. Самостоятельная работа 3.4.1. Организация самостоятельной работы Для проведения самостоятельной работы студенты обеспечены необходимой учебной и учебно-методической литературой, которая содержит перечень вопросов и задач с ответами по разделам курса. После каждой контрольной работы студенты имеют возможность получить индивидуальную консультацию преподавателя с подробным объяснением всех сделанных ошибок.

3.4.2. Тематика рефератов, проектов, творческих заданий, эссе Не предусмотрено 3.5. Курсовая работа, её характеристика; примерная тематика Не предусмотрена 3.6. Итоговый контроль проводится в виде письменной контрольной работы, продолжительностью 30 мин., которая проходит на заключительном занятии и позволяет студенту получить максимум 100 баллов, которые совместно с баллами, полученными в процессе текущего контроля в семестре, позволяют получить оценку зачтено (критерии оценки указаны в разделе 3.2.

4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины № Наименование оборудованных Перечень оборудования и технических средств 1 Лекционная аудитория Мультимедийное оборудование, кодоскоп Для обеспечения лекционных и практических занятий имеются также:

Модели кристаллических многогранников.

Модели важнейших структурных типов кристаллов.

5. Литература 5.1. Основная (каждая указанная книга имеется в количестве 50 экземпляров в библиотеке СамГУ; количество студентов одновременно изучающих дисциплину – не более50) 1. Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия. Гриф Минобрнауки. М.:Изд.

КДУ. 2005. 592 с.

2. Чупрунов Е.В., Хохлов А.Ф., Фаддеев М.А. Основы кристаллографии. М.: Физматлит. 2006.

3. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б. Точечные группы симметрии. Гриф УМО.

Самара: Самарский университет, 2007. 51 с.

4. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов. Гриф УМО. Учебное пособие. Самара: Универс-групп. 2005. 63 с.

5.2. Дополнительная 1. Колебательная спектроскопия неорганических соединений. Под общ. ред. Л.Б. Сережкиной.

Самара : Самарский университет, 2009. 132 с.

2. Кристаллография: лабораторный практикум. / Под ред. Е.В. Чупрунова. М.: Физикоматематическая литература, 2005. 412 с.

3. Бутягин П.Ю. Химическая физика твердого тела. М. : Изд-во МГУ, 2006. 272 с.

4. Кнотько А.В., Пресняков И.А., Третьяков Ю.Д. Химия твердого тела. М. : Академия, 2006.

5. Скопенко В.В. и др. Координационная химия. М.: ИКЦ "Академкнига", 2007. 487 с.

5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов 1. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В., Сережкина Л.Б. Точечные группы симметрии. Гриф УМО.

Самара: Самарский университет, 2007. 51 с.

2. Сережкин В.Н., Пушкин Д.В. Кристаллохимические радиусы и координационные числа атомов. Гриф УМО. Учебное пособие. Самара: Универс-групп. 2005. 63 с.

3. Сережкин В.Н. Пространственные группы симметрии. Самара.:СамГУ, 1992. 28 с.

4. Сережкин В.Н., Блатов В.А., Шевченко А.П. Структура металлов. Методические указания для самостоятельной работы по курсу “Кристаллохимия”. Самара.: СамГУ, 1997. 32с.

5. Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. Методы компьютерной кристаллохимии и комплекс программ TOPOS. (в 2 частях). Самара.:СамГУ, 2001. 138 с.

6. www.iucr.org Обучающие ресурсы Международного Союза по Кристаллографии 7. www.springerlink.com - электронные ресурсы издательства Springer 8. www.sciencedirect.com - электронные ресурсы издательства Elsevier 9. www.chem.msu.ru - обучающие ресурсы Химического факультета МГУ