для студентов химиков и биохимиков

1.      Введение.

 Основные понятия и определения. Монокристаллы, поликристаллы, аморфные вещества.

Элементарные трансляции, осевые векторы, узлы, пространственная решетка. Базис. Объем элементарной ячейки. Сечение кристалла плоскостью. Индексы Миллера. Символ серии плоских сеток. Межплоскостное расстояние. Ретикулярная плотность.

 2.      Точечные группы симметрии.

 Закрытые элементы симметрии. Теоремы о комбинации закрытых элементов симметрии. Семейства точечных групп низшей, средней и высшей категории. Обозначения Германа–Могена и Шенфлиса. Единичные и полярные направления. Полярность и хиральность молекул.

Симметрические преобразования и группы симметрии. Закрытые операции симметрии.

Начала теории групп.

 3.      Группы  трансляций.

 Трансляция, решетка и параллелепипеды повторяемости.

4.      Решетка и структура.

 Симметрия решетки. Типы решеток (типы Бравэ).

Число формульных единиц в ячейке.

Кристаллографические точечные группы. Сингонии. Высшая, средняя, низшая сингонии. Кубическая, гексагональная, тетрагональная, тригональная, ромбическая, моноклинная, триклинная, примитивная, объемно-, базо- и гранецентрированные решетки.

 5.      Пространственные группы симметрии.

 Открытые элементы симметрии. Сочетания элементов симметрии с трансляцией. Сочетания открытых элементов симметрии между собой и с закрытыми элементами симметрии. Федоровские группы симметрии. Интернациональные таблицы.

6.      Зависимость физических свойств кристаллов от симметрии.

 Тензоры физических свойств кристаллов. Пиро- и пьезоэффект. Двупреломление, оптическая активность и энантиоморфизм кристаллов.

 7.      Расширение и углубление понятия симметрии.

 Антисимметрия, цветная симметрия, гиперсимметрия, псевдосимметрия.

 8.      Химическая связь в кристаллах.

 Основные типы химической связи в кристаллах. Гомодесмические и гетеродесмические структуры. Критерий устойчивости структур.

Энергия кристаллической решетки. Межатомные расстояния. Ионное, ориентационное, индукционное, ориентационное взаимодействия. Энергия ионной решетки.  Борновская теория ионной решетки. Поляризация ионов и степень ионности решетки. Ковалентные структуры. Гибридизация. Основные представления теории металлического состояния. Металлические связи. Ван-дер-ваальсова связь в кристаллах.

 9.      Плотные и плотнейшие упаковки.

 Упаковки равновеликих шаров. Структуры чистых металлов. Неравновеликие шары. Описание структур в терминах плотнейших шаровых упаковок (ПШУ) и плотнейших шаровых кладок (ПШК). Координационные числа, координационные полиэдры и пустоты в ПШУ и ПШК. Слойность ПШУ.

 10.  Кристаллохимические радиусы атомов.

 Система металлических атомных радиусов. Система ионных радиусов. Полинговская система радиусов. Системы радиусов Брэгга, Гольдшмидта и рациональная. Ковалентные радиусы атомов. Формула Полинга. Нормальные, тетраэдрические, октаэдрические, квадратные и линейные ковалентные радиусы. Ван-дер-ваальсовы радиусы атомов.

 11.  Кристаллохимические явления.

 Изоструктурность. Изоморфизм. Типы изоморфизма. Твердые растворы замещения, внедрения и вычитаия. Полиморфизм, политипия. Монотропные и энантиотропные полиморфные переходы. Механизм полиморфных превращений. Морфотропия.

 12.  Реальные кристаллы.

 Степень несовершенства реальных кристаллов. Вакансии. Атом в междоузлии. Краевая и винтовая дислокации. Рост кристаллов.

       13.  Кристаллические структуры некоторых химических соединений (самостоятельное изучение).

 Простые вещества. Типичные и аномальные структуры металлов. Кристаллические структуры простых веществ — неметаллов. Изменение характера структуры в группах периодической таблицы элементов; сравнение структур, относящихся к разным группам.

Общая характеристика кристаллических структур бинарных соединений. Структуры АХ, описываемые в терминах ПШУ — ПШК (анионные упаковки и кладки). Примеры различных по характеру кристаллических структур АХ и XY, не описываемых в терминах ПШУ — ПШК. Особенности координации переходных и непереходных металлов.

Общая характеристика тернарных кристаллических структур.

Структуры интерметаллидов, гидридов, галогенидов, оксидов, халькогенидов и других бинарных и тернарных соединений.

Структурный тип перовскита. Структуры  смешанных  оксидов  с  высокотемпературной  сверхпроводимостью.

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

Структуры солей кислородных кислот (перхлораты, хлораты, сульфаты, нитраты, фосфаты, карбонаты и др.).

Основные особенности строения силикатов. Классификация структур силикатов. Изовалентный и гетеровалентный изоморфизм в силикатах. Зависимость физических свойств силикатов от их строения. Природные и синтетические цеолиты, их структура и применение.

Кристаллические структуры координационных соединений.

Общая характеристика молекулярных кристаллов. Особенности органических кристаллов.

 14.   Жидкие кристаллы.

 Конденсированные фазы с различной степенью упорядоченности. Корреляционная длина. Дальний и ближний порядок. Кристаллы и квазикристаллы. Несоразмерные структуры. Многообразие мезофаз.

Строение жидких кристаллов. Каламитические мезофазы (нематики, холестерики, смектики). Дискотические мезофазы. Мезоморфные переходы. Возвратный мезоморфизм.

Жидкокристаллические полимеры. Лиотропные мезофазы.

Кристаллы с частичной неупорядоченностью. Ротационно-кристаллическое состояние. Микродвойникование, полисинтетические сростки. Доменные структуры.

Элементы ближнего, среднего и дальнего порядка в жидкостях.

        15.  Экспериментальные методы исследования кристаллов (самостоятельное изучение).

Рентгеновская спектроскопия. Электронная микроскопия. ЭПР. ЯМР. Диффракционный и рентгеноструктурный анализы.