Prowadzący przedmiot	Prof. Dr hab. Mirosław Handke
Osoby prowadzące zajęcia pomocnicze	Dr inż. Anna Adamczyk Dr Bartosz Handke Dr Witold Jastrzębski Dr inż. Magdalena Rokita
Kod Nazwa przedmiotu	C3	Krystalografia i Krystalochemia
Rodzaj przedmiotu	obowiązkowy
Kierunek / stopień studiów	Inżynieria Materiałowa/Technologia chemiczna studia I-go stopnia
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/
Forma nauczania	tradycyjna
Cel przedmiotu
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.
Tytuły wykładów
Wprowadzenie do krystalografii Krystalografia gemetryczna Przekształcenia izometryczne Symetria punktowa Otwarte i wtórne operacje symetrii Symetria w sieci przestrzennej Struktury kryształów. Dyfraktometria rentgenowska (XRD) Zastosowanie metod rentgenowskich Wprowadzenie do krystalochemii Kryształy kowalencyjne Kryształy jonowe Przykłady struktur jonowych Struktury metaliczne i kryształy molekularne Ciekłe kryształy i szkło
Tytuły i treści pozostałych zajęć (ćwiczenia, laboratoria, projekty, seminaria)
Program seminariów z krystalografii i krystalochemii 1. 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 Parametry pomiarowe Rentgenowska analiza fazowa jakościowa - obliczenia, wykorzystanie baz danych oraz oprogramowania (pracownia)   Intensywność refleksów na rentgenogramie Czynnik powtarzalności 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   Kryształ a cząsteczka Elektroujemność a wiązanie chemiczne w krysztale Model kryształów kowalencyjnych, jonowych, metalicznych i molekularnych Kryształy jonowo-kowalencyjne Reguły Paulinga 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 zaliczeniowe Zajęcia przeglądowe - podsumowanie całości materiału
Streszczenie przedmiotu
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
Bibliografia
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).
Słowa kluczowe	krystalografia, symetria w kryształach, rentgenografia, struktura kryształów, krystalochemia, podstawowe rodzaje struktur krystalicznych

ECTS - Arkusz przedmiotu