Кристаллохимия как наука - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Кристаллохимия как наука. Доклад-сообщение содержит 65 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Введение

Слайд 2

Описание слайда:

1. Предмет и задачи кристаллохимии Кристаллохимия – раздел кристаллографии

Слайд 3

Описание слайда:

Кристаллография как наука Кристаллография – наука о кристаллах, изучающая их возникновение и рост, внешнюю форму, внутреннее строение и свойства Кристалл – от гр.  – холод и  – застывать; «застывший на холоду»  – горный хрусталь (греки, Н. Стенсен)

Слайд 4

Описание слайда:

Разделы кристаллографии геометрическая кристаллография физическая кристаллография (кристаллофизика), в т. ч. кристаллооптика химическая кристаллография (кристаллохимия, структурная химия)

Слайд 5

Описание слайда:

Предмет кристаллохимии. Задачи, решаемые кристаллохимией

Слайд 6

Описание слайда:

Кристаллохимия – раздел химии, изучающий… пространственное расположение и химические связи атомов в кристаллах зависимость физических и химических свойств кристаллических веществ от их строения наука о кристаллических структурах

Слайд 7

Описание слайда:

Центральное понятие кристаллохимии кристаллическая структура 425000 кристаллических структур (на 01.03.2017) > 200000 органических соединений остальные – неорганические от простых веществ до белков, нуклеиновых кислот и вирусов На 01.02.2019 в The Cambridge Structural Database (CSD) – 991050 записей

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Предмет кристаллохимии Изучение кристаллических структур и их связи со свойствами веществ

Слайд 11

Описание слайда:

Объекты изучения кристаллохимии Простые вещества Бинарные (двойные) соединения Тернарные (тройные) соединения Органические кристаллы Биополимеры Другие атомные образования (жидкие кристаллы, квазикристаллы, аморфные вещества и стекла, фрактальные агрегаты и др.)

Слайд 12

Описание слайда:

Источник экспериментальных данных дифракционные методы исследования рентгеновский структурный анализ электронография нейтронография

Слайд 13

Описание слайда:

Аппарат кристаллохимии Теория групп симметрии (точечные группы симметрии, пространственные группы симметрии) Теория химической связи Понятия классической кристаллохимии (важнейшие: кристаллическая структура, структурный тип, координационное число, координационный полиэдр) Кристаллохимические явления (категории) (основные: морфотропия, изоморфизм, полиморфизм, политипия) Кристаллохимические соотношения, правила, закономерности и принципы

Слайд 14

Описание слайда:

Аппарат кристаллохимии Причины образования той или иной кристаллической структуры определяются общим принципом термодинамики наиболее устойчива структура, которая при данных р и Т имеет минимальную свободную энергию

Слайд 15

Описание слайда:

Основные задачи кристаллохимии как построены кристаллические вещества? чем определяется структура каждого конкретного кристаллического вещества? как влияет кристаллическая структура вещества на его свойства?

Слайд 16

Описание слайда:

Аспекты кристаллохимии Стереохимический аспект длины связей, валентные углы, координационные числа, координационные полиэдры Кристаллоструктурный аспект анализ относительного расположения атомов, молекул и других фрагментов структуры (слоев, цепей) в пространстве кристаллического вещества

Слайд 17

Описание слайда:

Связь кристаллохимии с другими науками и практикой

Слайд 18

Описание слайда:

Связь кристаллохимии с другими науками и практикой использование монокристаллов с различными свойствами (лазерные, люминесцентные, полупроводниковые и др. материалы) техническое материаловедение (неорганические материалы, металлы, сплавы, цементы, бетоны, композиты, полимеры и др.) зависимость свойств кристаллических веществ от их структуры влияние кристаллической структуры на химические реакции в твердом теле биохимия, медицина и биотехнология ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Слайд 19

Описание слайда:

Исторические сведения Возникновению кристаллохимии предшествовало полуторавековое развитие кристаллографии Были установлены многие черты внутреннего строения кристаллов (Р. Гаюи, Э. Митчерлих, О. Браве)

Слайд 20

Описание слайда:

Исторические сведения Важнейшее достижение этого периода – вывод пространственных групп симметрии (Е. С. Федоров, 1890 г., А. Шёнфлис)

Слайд 21

Описание слайда:

Исторические сведения В 1884 г. В. Парлоу на основе представлений о плотных шаровых упаковках предсказал некоторые простейшие кристаллические структуры – NaCl, CsCl, ZnS (сфалерит)

Слайд 22

Описание слайда:

Исторические сведения Как наука кристаллохимия сформировалась вскоре после 1912 г., когда М. Лауэ, В. Фридрих и П. Книппинг открыли дифракцию рентгеновских лучей, быстро превратившуюся в мощный метод исследования строения твердых веществ – рентгеновский структурный анализ

Слайд 23

Описание слайда:

Исторические сведения В последние десятилетия ХХ в. У. Г. Брэгг, У. Л. Брэгг и др. изучили кристаллические структуры многих металлов, галогенидов, оксидов, сульфидов, алмаза

Слайд 24

Описание слайда:

Исторические сведения Первое существенное достижение теоретической кристаллохимии – расчет энергии ионных кристаллов, выполненный в 1918–1919 гг. М. Борном и А. Ланде

Слайд 25

Описание слайда:

Исторические сведения В 1926–1927 гг. созданы системы кристаллохимических ионных и атомных радиусов (В. Гольдшмидт, Л. Полинг) На основе концепции ионных радиусов В. Гольдшмидт в 1925–1932 гг. объяснил явления морфотропии, изоморфизма и полиморфизма В 1927–1932 гг. Л. Полинг сформулировал основные принципы строения ионных кристаллов, ввел представления о балансе валентных усилий связей, понятия атомных орбиталей и гибридизации, развил теорию плотной упаковки атомов в кристаллах

Слайд 26

Описание слайда:

2. Кристаллическое состояние вещества

Слайд 27

Описание слайда:

Кристаллическое состояние вещества (КС) Дальний порядок в расположении частиц (?) Кристаллическая (пространственная) решетка – упорядоченное, закономерное расположение этих частиц Ближний порядок – постоянные КЧ, валентные углы, длины химических связей трехмерная периодичность структуры Минимальная внутренняя энергия Термодинамически равновесное состояние при данных р, Т, составе и др.

Слайд 28

Описание слайда:

Приближение к полностью упорядоченному КС – при Т  0 К (идеальный кристалл) Приближение к полностью упорядоченному КС – при Т  0 К (идеальный кристалл) Реальные тела в КС всегда содержат дефекты Особенно много – в твердых растворах

Слайд 29

Описание слайда:

Основные признаки кристаллов Однородность любые участки кристалла одинаковой формы и одинаково ориентированные, характеризуются одними и теми же свойствами

Слайд 30

Описание слайда:

Основные признаки кристаллов Анизотропия (анизотропность, векториальность) большинство физических свойств кристаллических веществ являются одинаковыми по параллельным направлениям и различаются по непараллельным проявление неодинаковых физических свойств кристалла по его разным направлениям

Слайд 31

Описание слайда:

Пример – графит Пример – графит Есв(в слое) ~168 Дж/моль Есв(между слоями) ~17 Дж/моль

Слайд 32

Описание слайда:

Основные признаки кристаллов Симметрия при определенных условиях образования кристаллы приобретают форму многогранников Способность самоогранятся выражается в образовании правильных многогранников – кристаллов – при благоприятных условиях роста

Слайд 33

Описание слайда:

Кристаллы отражают кристаллическое строение вещества, т. е. закономерное, упорядоченное расположение мельчайших частиц материи (?) Кристаллы отражают кристаллическое строение вещества, т. е. закономерное, упорядоченное расположение мельчайших частиц материи (?) В настоящее время в строении, свойствах и процессах образования кристаллов открыты строгие закономерности

Слайд 34

Описание слайда:

Гипс – в форме ласточкина хвоста Гипс – в форме ласточкина хвоста Горный хрусталь – шестигранные призмы в сочетании с дипирамидой или ромбоэдром Каменная соль, пирит и флюорит – кубические формы

Слайд 35

Описание слайда:

Кальцит – в виде ромбоэдров, скаленоэдров, таблитчатых кристаллов Кальцит – в виде ромбоэдров, скаленоэдров, таблитчатых кристаллов

Слайд 36

Описание слайда:

В природных условиях: В природных условиях: не полностью развившиеся формы величина и форма граней могут значительно меняться Часто – не целые кристаллы, а их обломки

Слайд 37

Описание слайда:

Закон постоянства углов углы между соответствующими гранями (и ребрами) кристаллов различных форм одного и того же минерала при одинаковых физико-химических условиях остаются постоянными один из основных законов кристаллографии

Слайд 38

Описание слайда:

Закон постоянства углов справедлив для одинаковых физико-химических условий (Т, р…) Н. Стенсен – в общей форме (1669) М. В. Ломоносов (1749) – связал закон с внутренним строением селитры Ж. Б. Л. Роме де Лилль (1772) – сформулировал закон для всех кристаллов

Слайд 39

Описание слайда:

Значение закона постоянства углов Измерение двугранных углов – для точной диагностики минерала Гониометры Закон дал возможность: точно охарактеризовать всякое кристаллическое вещество отличать различные кристаллические вещества создать первую теорию строения кристаллического вещества Метод гониометрии – основа кристаллохимического анализа

Слайд 40

Описание слайда:

Некоторые свойства вещества на поверхности кристалла и вблизи от нее существенно отличны от этих свойств внутри кристалла (?) Некоторые свойства вещества на поверхности кристалла и вблизи от нее существенно отличны от этих свойств внутри кристалла (?) неизбежное изменение состава среды по мере роста кристалла Таким образом, однородность свойств так же, как и наличие дальнего порядка, относится к характеристикам "идеального" кристаллического состояния

Слайд 41

Описание слайда:

Большинство тел в КС – поликристаллические, сростки большого числа мелких кристаллитов (зерен) неправильной формы и различно ориентированных Большинство тел в КС – поликристаллические, сростки большого числа мелких кристаллитов (зерен) неправильной формы и различно ориентированных Межкристаллитные слои, в них нарушен порядок расположения частиц концентрируются примеси в процессе кристаллизации Поликристаллическое тело в целом может быть изотропным НО обычно в процессе кристаллизации и пластической деформации возникает текстура – преимущественная ориентация кристаллических зерен в определенном направлении, приводящая к анизотропии свойств

Слайд 42

Описание слайда:

На диаграмме состояния однокомпонентной системы может быть несколько полей КС (полиморфизм) На диаграмме состояния однокомпонентной системы может быть несколько полей КС (полиморфизм) 1 поле КС и вещество химически не разлагается при повышении Т КС не может находиться в поле жидкости или пара Мезогены при нагреве переходят в жидкокристаллическое состояние (жидкие кристаллы)

Слайд 43

Описание слайда:

2 и более полей КС 2 и более полей КС граничат по линии полиморфных превращений Кристаллическое вещество можно перегреть или переохладить ниже температуры полиморфного превращения Тогда рассматриваемое КС может находиться в поле другой кристаллической модификации и является метастабильным

Слайд 44

Описание слайда:

Вещество из КС можно перевести в неупорядоченное состояние (аморфное или стеклообразное), не отвечающее минимуму свободной энергии Вещество из КС можно перевести в неупорядоченное состояние (аморфное или стеклообразное), не отвечающее минимуму свободной энергии изменением параметров состояния (р, Т, состава) воздействием ионизирующего излучения тонким измельчением Критический размер частиц 1 нм (~размер элементарной ячейки) КС отличают от других разновидностей твердого состояния по рентгенограммам вещества

Слайд 45

Описание слайда:

3. Методы вычисления кристаллов

Слайд 46

Описание слайда:

Вычисление кристаллов… система математической обработки результатов измерения кристаллов на гониометре Е. С. Федоров Г. В. Вульф

Слайд 47

Описание слайда:

Получение сферической проекции кристалла Центр кристалла – в центр сферы – сферы проекций Из центра кристалла –перпендикуляры на все грани, продолжающися до пересечения со сферой После этого кристалл «отбрасывают» – его заменяют пучки прямых

Слайд 48

Описание слайда:

Получение сферической проекции кристалла Кристаллический пучок характеризует набор углов между гранями кристалла – наиболее важную его характеристику, соответствующую закону постоянства углов Угол между прямыми в пучке –дополнительный до 180 к углу между гранями

Слайд 49

Описание слайда:

Получение сферической проекции кристалла После отметки точек на сфере кристаллический пучок можно «отбросить», т. к. сферический угол между точками на сфере отвечает углу между соответственными прямыми кристаллического пучка

Слайд 50

Описание слайда:

Построение стереографической проекции Точки со сферы проектируются на ее экваториальную плоскость Стереографическая проекция кристалла Трехмерный образ заменен двумерным

Слайд 51

Описание слайда:

Сетка Вульфа Определение по проекции углов между гранями

Слайд 52

Описание слайда:

Сетка Вульфа Проекция делается на кальке, под которую подкладывается транспарант – сетка Вульфа Для измерения угла между двумя точками на стереографической проекции совмещают центр кальки с центром сетки и вращают первую относительно второй, пока точки не попадут на один из меридианов По меридиану отсчитывают угол Деления – через 2 Диаметр сетки 20 см

Слайд 53

Описание слайда:

4. Кристаллическая структура и способы ее моделирования

Слайд 54

Описание слайда:

Кристаллическая структура… расположение атомов кристаллического вещества в пространстве Трехмерная периодичность Модели кристаллической структуры Статическая модель – среднее во времени расположение атомных ядер Динамическая модель включает сведения об амплитудах и частотах колебаний атомов Модель распределения электронной плотности в межъядерном пространстве

Слайд 55

Описание слайда:

Методы исследования кристаллической структуры Дифракционные методы исследования рентгеноструктурный анализ нейтронография электронография находят: геометрические характеристики кристаллической структуры данные о распределении электронной плотности амплитуды колебаний атомов (среднеквадратичные смещения от положений равновесия) Методы спектроскопии ИК комбинационного рассеяния неупругого рассеяния нейтронов находят частоты колебаний

Слайд 56

Описание слайда:

Моделирование кристаллической структуры Идеальная кристаллическая структура характеризуется бесконечной пространственной решеткой, т. е. состоит из идентичных элементарных ячеек Пространственная решетка – геометрический образ, отражающий трехмерную периодичность распределения атомов в структуре кристалла

Слайд 57

Описание слайда:

Элементарные ячейки Элементарные ячейки Параллелепипеды стороны а, b, с; углы , ,  – параметры решетки соприкасаются целыми гранями

Слайд 58

Описание слайда:

1. Статическая модель кристаллической структуры Указываются: Симметрия кристаллической структуры, выражаемая одной из пространственных (федоровских) групп Параметры решетки Координаты атомных ядер в ячейке Эти данные позволяют вычислить межатомные расстояния и валентные углы

Слайд 59

Описание слайда:

1. Статическая модель кристаллической структуры При наличии между атомами ковалентных связей – атомы соединяют валентными штрихами в соответствии с классической теорией химического строения Межатомные расстояния указывают правильный способ проведения валентных штрихов

Слайд 60

Описание слайда:

1. Статическая модель кристаллической структуры Если преобладают ионные, металлические или ван-дер-ваальсовы взаимодействия, модель представляют в виде плотной упаковки, образованной шарами одного или нескольких сортов

Слайд 61

Описание слайда:

2. Модель распределения электронной плотности атомные ядра "погружены" в непрерывно распределенный с плотностью  электронный заряд Современный рентгеноструктурный анализ позволяет: экспериментально изучать особенности функции (х, у, z) определять изменение электронной плотности атомов в кристалле в сравнении с электронной плотностью 0 валентно не связанных атомов, получаемой в результате квантовохимических расчетов Эти данные могут быть полезны для установления областей локализации валентных и неподеленных электронных пар для обнаружения переноса заряда и др.

Слайд 62

3. Динамическая модель Атомы изображают в виде «тепловых эллипсоидов» Физический смысл «тепловых эллипсоидов» – с фиксированной вероятностью р в...

Описание слайда:

Слайд 63

Описание слайда:

Слайд 64

Описание слайда:

3. Динамическая модель Атомы изображают в виде «тепловых эллипсоидов» Физический смысл «тепловых эллипсоидов» – с фиксированной вероятностью р в любой момент времени атомное ядро находится внутри или на поверхности такого эллипсоида не дает сведений о мгновенной структуре кристалла и о последовательной смене мгновенных структур Эту информацию можно получить из спектров неупругого рассеяния нейтронов

Слайд 65

Описание слайда:

Литература Бокий Г. Б. Кристаллохимия. – М.: Наука, 1971 Бондарев В. П. Основы минералогии и кристаллографии с элементами петрографии. – М.: Высшая школа, 1986 Егоров-Тисменко Ю. К. Кристаллография и кристаллохимия / Под ред. В. С. Урусова. – М.: КДУ, 2005 Зоркий П. М. Кристаллическая структура // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) [и др.]. – Т. 2. – М.: Сов. энцикл., 1990. – С. 531–533 Зоркий П. М. Кристаллохимия // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) [и др.]. – Т. 2. – М.: Сов. энцикл., 1990. – С. 536 Зоркий П. М. Симметрия молекул и кристаллических структур. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986 Кузьмичева Г. М. Основные кристаллохимические понятия. – М.: МИТХТ, 2000 Федоров П. И. Кристаллическое состояние вещества // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: И. Л. Кнунянц (гл. ред.) [и др.]. – Т. 2. – М.: Сов. энцикл., 1990. – С. 534

Теги Кристаллохимия наука

Похожие презентации