|
Prof. Dr hab. Mirosław Handke
|
Osoby prowadzące zajęcia pomocnicze
|
|
|
|
Krystalografia i Krystalochemia
|
|
|
Kierunek / stopień studiów
|
Inżynieria Materiałowa/Technologia chemiczna
|
Semestr studiów, rodzaje zajęć, liczby godzin, liczba punktów kredytowych
|
Semestr - III, łącznie godzin - 90: wykład - 45,
seminarium - 45, ECTS - 6
|
Adres strony internetowej przedmiotu
|
http://kckizw.ceramika.agh.edu.pl/
|
|
|
|
Celem tego przedmiotu jest przekazanie podstawowej wiedzy o strukturze kryształów o idealnym porządku translacyjnym, stanowi on przygotowanie do innych przedmiotów związanych z ciałem stałym np. chemią ciała stałego, nauką o materiałach itp. Ponad 15-lat naszych doświadczeń ukształtowało zasadniczy program obejmujący: podstawy krystalografii geometrycznej, symetrię w kryształach, podstawy rentgenografii oraz krystalochemię opartą o krystalografię. Tą zasadniczą strukturę przedmiotu, uzupełniona została o omówienie o przykładów struktur krystalicznych ważnych z punktu widzenia ceramiki. Na zajęciach seminaryjnych rozwiązywane będą zadania i ćwiczenia pozwalające w praktyce zastosować zdobytą wiedzę i utrwalić nabyte umiejętności.
|
|
Wprowadzenie do krystalografii
Krystalografia gemetryczna
Przekształcenia izometryczne
Otwarte i wtórne operacje symetrii
Symetria w sieci przestrzennej
Dyfraktometria rentgenowska (XRD)
Zastosowanie metod rentgenowskich
Wprowadzenie do krystalochemii
Przykłady struktur jonowych
Struktury metaliczne i kryształy molekularne
|
Tytuły i treści pozostałych zajęć (ćwiczenia, laboratoria, projekty, seminaria)
|
Program seminariów z krystalografii i krystalochemii
Kryształ w ujęciu makro i mikroskopowym;krawędź kryształu i ściana kryształu a prosta i płaszczyzna sieciowa
Wprowadzenie pojęcia komórki elementarnej
Układ osi krystalograficznych i współrzędne w komórce elementarnej
Wskaźniki [uvw] prostych sieciowych i (hkl) płaszczyzn sieciowych w komórce elementarnej
Określanie wskaźników krawędzi i ścian kryształów o wybranych kształtach
Podstawowe prawa krystalografii
Prawo pasowe. Wyznaczanie metodą algebraiczną i geometryczną wskaźników wspólnej krawędzi dwóch płaszczyzn (osi pasa płaszczyzn) oraz płaszczyzny należącej równocześnie do dwóch pasów płaszczyzn
Płaszczyzny sieciowe w rzucie na płaszczyznę XY, YZ lub XZ
Projekcja stereograficzna pośrednia ścian kryształu; ćwiczenia indywidualne z wykorzystaniem baz danych i modeli kryształów
Elementy symetrii kryształu - centrum symetrii, płaszczyzny symetrii, osie symetrii (ćwiczenia na modelach)
Przekształcenia izometryczne
Symbolika międzynarodowa i graficzna elementów symetrii
Projekcja stereograficzna bezpośrednia elementów symetrii kryształu
Zapis macierzy przekształceń izometrycznych
Analiza macierzy przekształceń
Rozpoznawanie macierzy przekształceń izometrycznych, rozpoznawanie macierzy osi właściwych i inwersyjnych, określanie kąta obrotu osi na podstawie charakteru macierzy
Mnożenie macierzy przekształceń
Generowanie grup punktowych metodą analityczną - ćwiczenia indywidualne
Rozpoznawanie układów krystalograficznych na podstawie elementów symetrii
Projekcja elementów symetrii kryształów - ćwiczenia indywidualne z wykorzystaniem modeli kryształów
Grupy symetrii punktowej (klasy symetrii) - zapis międzynarodowy
Rozpoznawanie klas symetrii kryształów - ćwiczenia z modelami oraz z wykorzystaniem baz danych
Klasy symetrii punktowej w zapisie Schoenfliesa
Generatory grup punktowych
14 typów komórek Bravais - omówienie w oparciu o kryteria wyboru komórki elementarnej
Opis elementów symetrii związanych z translacją - osi śrubowych i płaszczyzn ślizgowych
Grupy przestrzenne; symbolika międzynarodowa grup przestrzennych, opis elementów symetrii w poszczególnych grupach przestrzennych (ćwiczenia indywidualne z wykorzystaniem baz danych)
Pojęcie odległości międzypłaszczyznowej, kąta odbłysku i kąta ugięcia
Zadania z wykorzystaniem wzoru na odległości międzypłaszczyznowe i wzoru Braggów - Wulfa
Aparatura do badań XRD (pracownia)
Przygotowanie próbek do pomiaru
Rentgenowska analiza fazowa jakościowa - obliczenia, wykorzystanie baz danych oraz oprogramowania (pracownia)
Intensywność refleksów na rentgenogramie
Reguły wygaszeń systematycznych
Wskaźnikowanie rentgenogramów
Pojęcie symetrii lokalnej, liczebności i pozycji Wyckoff'a
Położenia atomów/jonów w komórce elementarnej
Praca indywidualna z wykorzystaniem tablic Wyckoff'a i baz danych
Elektroujemność a wiązanie chemiczne w krysztale
Model kryształów kowalencyjnych, jonowych, metalicznych i molekularnych
Kryształy jonowo-kowalencyjne
Struktury izo-, anizo- i mezodesmiczne
Zapoznanie się z programem do wizualizacji struktur krystalicznych
Komputerowe generowanie struktur krystalicznych
Płaszczyzny sieciowe w wybranych strukturach krystalicznych
Rozmiary i kształty komórek elementarnych
Ile atomów/jonów przypada na komórkę elementarną? - ćwiczenia na podstawie wygenerowanych struktur
Komputerowe generowanie struktur krystalicznych
Określanie typów wiązań w kryształach
Różnicowanie graficznego przedstawiania struktur krystalicznych w zależności od rodzajów występujących wiązań
Wyznaczanie LK jonów na podstawie wygenerowanych struktur
Zajęcia przeglądowe - podsumowanie całości materiału
|
|
Cały szereg materiałów, wykorzystywanych w inżynierii materiałowej, a w ceramice w szczególności, wykazuje specyficzne właściwości, w zależności od swej budowy wewnętrznej. Znajomość budowy materiałów krystalicznych oraz możliwość opisu i analizy tejże budowy, stwarza szansę przewidywania właściwości i projektowania materiałów spełniających określone wymogi. Pozwala również na planowy dobór warunków procesów technologicznych. Uzasadnionym wydaje się więc stwierdzenie, że nowoczesna edukacja w dziedzinie inżynierii materiałowej nie może zaniedbać nauki o strukturze ciał stałych (materiałów) - krystalografii. Ceramik studiujący wnikliwie krystalografię może ją wykorzystać w rozmaity sposób - bądź to do planowania lub wręcz „wymyślania” materiałów o nowych, pożądanych właściwościach, projektowania materiałów kompozytowych, usprawniania procesów technologicznych, czy wreszcie pośrednio - do badania i kontroli jakości gotowych produktów. Zauważyć należy również, że jedna z najpowszechniej stosowanych metod badawczych - metoda dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) i towarzysząca jej dziedzina nauki - rentgenografia są niejako praktyczną kontynuacją krystalografii. Sprzężenie pomiędzy tymi dyscyplinami jest tak ścisłe, że niemożliwe jest stosowanie i wykorzystywanie rentgenografii bez znajomości pojęć i prawidłowości stosowanych w krystalografii. Rentgenografia natomiast stanowi znakomitą egzemplifikację, wręcz ilustrację dla nauki teoretycznej, jaką jest krystalografia.
Translacyjny porządek w budowie oraz rodzaj oddziaływań między atomami, jonami lub/i cząsteczkami (wiązanie chemiczne) stanowią o specyficznych właściwościach stanu stałego krystalicznego, dlatego w treści przedmiotu skupiono się na sposobie opisu porządku translacyjnego w kryształach, podstawowej metodzie jego badań (dyfrakcja rentgenowska) oraz na charakterystyce kryształów w oparciu o rodzaj wiązań chemicznych występujących w kryształach. Właściwości ciał stałych (materiałów) determinuje nie tylko ich budowa geometryczna (rozmieszczenie atomów, jonów lub cząsteczek w przestrzeni), ale również siły decydujące o ich łączeniu w sieć czyli wiązanie chemiczne, czym z kolei zajmuje się przede wszystkim krystalochemia
|
|
Handke M., Rokita M., Adamczyk A., “ Krystalografia i Krystalochemia dla Ceramików”, Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2008.
Chojnacki J. „Elementy krystalografii chemicznej i fizycznej” PWN, Warszawa 1973
Bojarski Z. i in. „Krystalografia” Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 2007
Penkala T. „Zarys krystalografii” PWN wyd. 3, Warszawa 1983
Trzaska-Durski Z., Trzaska-Durska H. „Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej” PWN, Warszawa 1994
Kreutz S., Zaręba S. „Krystalografja: wskazówki metodyczne dla studentów” Wydawnictwo A. Heflicha i St. Michalskiego, Warszawa 1924
Bojarski Z., Łągiewka F. „Rentgenowska analiza strukturalna” PWN, Warszawa 1988
|
Warunki uczestnictwa w przedmiocie
|
Zaliczenie 1-do roku studiów
|
Forma zaliczenia przedmiotu
|
E (Zaliczenie seminarium i zdanie egzaminu)
|
Zasada wystawiania oceny końcowej
|
Średnia ważona z ocen zaliczenia(1/3) i egzaminu(2/3).
|
|
krystalografia, symetria w kryształach, rentgenografia, struktura kryształów, krystalochemia, podstawowe rodzaje struktur krystalicznych
|