Кристаллография и кристаллохимия входят в число

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии»
для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника подготовки
бакалавра
Автор программы: Новоселова Е.Г., к.ф.-м.н., [email protected]
Одобрена на заседании кафедры «Микросистемная техника, материаловедение и
технологии» «___»____________ 2012 г
Зав. кафедрой Кулагин В.П.
Рекомендована секцией УМС [Введите название секции УМС] «___»____________ 20 г
Председатель [Введите И.О. Фамилия]
Утверждена УС факультета [Введите название факультета] «___»_____________20 г.
Ученый секретарь [Введите И.О. Фамилия] ________________________ [подпись]
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные
требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных
занятий и отчетности.
Программа разработана в соответствии с :
- Федеральным государственным образовательным стандартом высшего
профессионального образования по направлению 222900.62 «Нанотехнологии и
микросистемная техника» (профиль «Материалы микро- и наносистемной техники)
подготовки бакалавра;
- Рабочим учебным планом
университета по направлению 222900.62
«Нанотехнологии и микросистемная техника» подготовки бакалавра, утвержденным в
2012 г.
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии»
являются:
- получение систематизированного представления о закономерностях атомного
строения кристаллов, их симметрии, структурных типах кристаллических веществ;
- знание элементов и операций симметрии кристаллов;
- знание основных структурных типов кристаллических веществ;
- овладение навыками кристаллографических расчетов.
Компетенции обучающегося,
формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии»
студент должен:
- владеть основными понятиями и категориями кристаллографии и
кристаллохимии, навыками использования полученных знаний и умений
для
интерпретации структуры и прогноза свойств материалов
знать терминологию и символику кристаллографии и кристаллохимии,
систематику кристалллографических групп симметрии, основные закономерности роста
кристаллов и их морфологии; основные характеристики кристаллических структур; связь
между характером кристаллической структуры и типом химической связи в ней; наиболее
распространенные структурные типы;
уметь
описывать
симметрию
периодических
объектов,
проводить
кристаллографические расчеты, работать с моделями идеальных кристаллических
структур и их элементарных ячеек, устанавливать связь между характером
кристаллической структуры и типом химической связи в ней.
В результате освоения дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии»
студент осваивает следующие компетенции
Компетенция
Код
по
ФГОС
Дескрипторы- основные
признаки освоения
(показатели
достижения результата)
Способность
владеть
культурой
мышления,
способностью
к
обобщению,
анализу,
восприятию
информации, постановке цели и выбору
путей ее достижения (формируется
частично)
Способность использовать основные
законы естественнонаучных дисциплин
ОК-1
Написание
реферата,
выступления на семинарах,
способность решать типовые
задачи , сдача экзамена
ОК-10
Способность решать типовые
задачи, написание реферата,
Формы и методы
обучения,
способствующие
формированию и
развитию компетенции
Посещений лекций и
практических занятий,
подготовка
реферата,
подготовка
к
выступлению
на
семинаре
Посещений
лекций,
подготовка
реферата,
в профессиональной деятельности,
применять методы математического
анализа
и
моделирования,
теоретического и экспериментального
исследования (формируется частично)
Способность представить адекватную
современному уровню знаний научную
картину мира на основе знания
основных положений, законов и
методов
естественных
наук
и
математики (формируется частично)
Готовность
проводить
экспериментальные исследования по
синтезу и анализу материалов и
компонентов нано- и микросистемной
техники (формируется частично)
Готовность
рассчитывать
и
моделировать основные параметры
наноструктурных материалов, изделий
и устройств на их основе, исходя из
требуемых характеристик и условий
эксплуатации (формируется частично)
Готовность применять знания о
фундаментальных
основах
технологических процессов получения
материалов и компонентов нано- и
микросистемной техники (формируется
частично)
сдача экзамена
подготовка
к
практическим занятиям,
подготовка к экзамену
ПК-1
Выполнение
контрольных
работ и домашних заданий,
решение задач, написание
реферата
Подготовка
к
практическим занятиям,
подготовка реферата
ПК-10
Самостоятельно
проводит
экспериментальное
исследование (лабораторную
работу),
анализирует
результаты,
участвует
в
дискуссии по их обсуждению
Самостоятельное написание
реферата, решение задач на
практических
занятиях,
выполнение
контрольных
работ
Подготовка
и
выполнение
лабораторных
работ,
защита результатов
Самостоятельно
проводит
экспериментальное
исследование (лабораторную
работу),
анализирует
результаты,
участвует
в
дискуссии по их обсуждению
Подготовка
и
выполнение
лабораторных
работ,
защита результатов
ПК-14
ПК-18
Посещений лекций и
практических занятий,
подготовка реферата,
подготовка
к
практическим занятиям
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемрная техника» (профиль
«Материалы нано- и микросистемной техники) подготовки бакалавров дисциплина
«Основы кристаллографии и кристаллохимии» является обязательной.
Изучение дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии» базируется на
следующих дисциплинах:
«Математика», «Химия»
Основные положения дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии»
используются в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: «Кристаллофизика»,
«Физика
конденсированного
состояния»,
«Методы
анализа
и
контроля
наноструктурированных материалов и систем»
Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Вид итогового контроля
216
126
72
54
18
72
экзамен
Семестры
2
108
54
36
18
18
36
зачет
3
108
72
36
36
36
экзамен
4.Содержание дисциплины.
4.1.Разделы дисциплины и виды занятий
Раздел дисциплины
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Геометрия кристаллического пространства
Точечная симметрия кристаллов
Рост кристаллов
Пространственная симметрия кристаллических
структур
Типы химической связи в кристаллах
Плотнейшие шаровые упаковки в кристаллах
Кристаллохимические радиусы
Структурные типы кристаллов
Основные категории кристаллохимии
ВСЕГО
Лекции
ауд.час.
16
14
8
8
Практические
занятия , ауд.час
14
16
6
8
4
10
3
7
4
72
4
10
4
6
4
54
4.2. Содержание разделов дисциплины.
Раздел 1. Геометрия кристаллического пространства. (16 часов)
Введение Предмет и разделы кристаллографии . Исторические сведения. Задачи,
решаемые кристаллографией. Кристаллическое вещество. Понятие пространственной
решетки. Индексы узлов решетки, узловых рядов и узловых плоскостей. Методы
проецирования кристаллов. Сферические проекции. Стереографические проекции.
Гномостереографические проекции. Сетка Вульфа. Примеры задач, решаемых с помощью
сетки Вульфа. Некоторые расчетные формулы аналитической геометрии
кристаллического пространства. Условие параллельности узлового ряда и узловой
плоскости. Закон зон. Преобразование координат точек и индексов узловых рядов и
плоскостей при изменении базиса кристаллографической системы координат.
Раздел 2. Точечная симметрия кристаллов. (14 часов)
Понятие о симметрии. Операции и элементы симметрии кристаллов. Матричный метод
описания операций симметрии. Элементы симметрии I и II рода. Взаимодействие
элементов симметрии. Кристаллографические группы симметрии. Обозначения групп
симметрии по А.Шенфлису. Кристаллографические координатные системы,
кристаллографические категории, сингонии. Международные обозначения классов
симметрии (символика Германа-Могена). Символы групп низшей, средней и высшей
категорий. Описание множества неподвижных точек кристаллического пространства,
отвечающих элементам симметрии. Кристаллические многогранники. Простые формы
кристаллов.
Раздел 3. Рост кристаллов. (8 часов)
Общие сведения об образовании кристаллов. Причины и условия образования кристаллов.
Механизмы роста кристаллов. Структурные дефекты в кристаллах. Факторы, влияющие
на внешний облик кристаллов. Краткие сведения о методах выращивания кристаллов.
Раздел 4. Пространственная симметрия кристаллических структур (8 часов)
Решетки Бравэ. Решетки Бравэ в гексагональной сингонии. Соотношения между
примитивными и центрированными элементарными ячейками. Операции симметрии
атомных структур кристаллов. Понятие о пространственных группах кристаллов.
Принципы вычерчивания графиков пространственных групп симметрии. Выбор начала
координат. Правильные системы точек и их характеристики.
Раздел 5. Типы химической связи в кристаллах. (4 часа)
Ионная связь. Ковалентная связь. Связи, промежуточные между ионными и
ковалентными. Степень ионности связи. Металлическая связь. Ван-дер-Ваальсова связь.
Водородная связь.
Раздел 6 Плотнейшие шаровые упаковки в кристаллах. (10 часов)
Теория плотнейших упаковок. Симметрия плотноупакованного слоя. Симметрия
двухслойной гексагональной плотнейшей упаковки. Симметрия трехслойной
(кубической) плотнейшей упаковки. Координаты шаров и пустот в двухслойной и
трехслойной плотнейших упаковках . Многослойные плотнейшие упаковки одинаковых
шаров. Плотнейшие упаковки шаров двух сортов. Полиэдрический методы изображения
кристаллических структур (метод Полинга – Белова).
Раздел 7 Системы кристаллохимических радиусов (3 часа)
Металлические радиусы. Ионные радиусы. Геометрические пределы устойчивости
кристаллических структур. Ковалентные радиусы.
Раздел 8 Структурные типы кристаллов (7 часов)
Понятие о структурном типе. Структурные типы кристаллов химических элементов.
Структурные типы соединений с общей формулой АХ. Структурные типы соединений с
формулами А2Х и АХ2. Некоторые структурные типы соединений АmBnCk.
Раздел 9 Основные категории кристаллохимии (4 часа)
Полиморфизм. Кристаллические структуры аллотропных модификаций углерода.
Фуллерены, фуллериты, фуллериды.
Изоморфизм. Морфотропия. Твердые растворы.
5. Лабораторный практикум.
5.1. Компьютерная лабораторная работа «Кристаллографические построения на сетке
Вульфа»
5.2. Лабораторная работа «Выращивание кристаллов АДР из водного раствора»
5.3. Компьютерная лабораторная работа «Анализ простых форм кристаллов»
6. Курсовая работа .
Курсовая работа не предусмотрена
7. Самостоятельная работа студентов.
Самостоятельная работа студентов объемом 72 часов должна быть направлена на
выполнение расчетно-графических работ по темам «Методы проецирования кристаллов.
Стеореографические проекции. Сетка Вульфа», «Точечные группы симметрии»,
«Определение правильных систем точек и координат атомов кристаллических структур»,
а также подготовку к контрольным работам.
8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
8.1. Рекомендуемая литература.
Основная
1. Чупрунов Е.В., Хохлов А.В., Фадеев М.А. Основы кристаллографии. – М.: Физматлит,
2004, 500 с.
2. Ю.К.Егоров-Тисменко. Кристаллография и кристаллохимия.- М.:КДУ, 2005, 592 с.
3. Розин К.М. Практическая кристаллография. –М.: МИСиС, 2005 г., 486 с.
4. Задачи по кристаллографии. Под ред. Е.В.Чупрунова, А.Ф.Хохловва. М., Физматлит,
2003, 208 с.
5. Кристаллография. Лабораторный практикум. Под.ред. Е.В.Чупрунова М.:Физматлит,
2005, 412 с.
Дополнительная
1. В.С.Урусов Теоретическая кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ, 1987, 275 с.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Комплект моделей кристаллических структур – 78 шт. Учебная аудитория, оснащенная
проекционным экраном. Дисплейный класс .