Робоча навчальна програма з дисципліни Кристалографія



Скачати 175.69 Kb.
Дата конвертації11.05.2017
Розмір175.69 Kb.
Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Геологічний факультет

Кафедра мінералогії, геохімії та петрографії
Доктор геологічних наук, професор Грінченко В.Ф.


Робоча навчальна програма
З дисципліни Кристалографія

Напрям - геологія

Спеціалізація - геологія

Курс, група - 1 (1)


Семестр - 1


Навчальний рік 2007 – 2008

Затверджено


Вченою Радою геологічного факультету


Протокол № ____________

«____» _________________ 2007 р.

Зав.кафедри

____________________ Шнюков С.Є

Декан факультету

_____________________Вижва С.А.


Київ – 2007

Робоча навчальна програма з дисципліни “Кристалографія”
Укладач: доктор геологічних наук, професор Грінченко Віктор Федорович
Лектор: доктор геол. наук, професор Грінченко В. Ф.

Викладач: професор Грінченко В. Ф.



Погоджено

з науково-методичною комісією


«___» _____________ 200__р.
_______________________________

підпис голови НМК факультету



Вступ

Курс “Кристалографія” для студентів геологічного факультету спеціальності 6.040103 – геологія має на меті ознайомлення студентів з основними поняттями кристалографії, зв’язок її з іншими природничими науками, висвітлення питань анатомії та морфології кристалів. За умови успішного опанування дисципліни студенту присвоюється 2 кредити ESTC.

До завдань курсу належить навчитись розпізнавати стан твердої речовини, особливостей анатомії та морфології і процесів, що обумовлюють плоскогранну форму багатогранників.

Предметом вивчення є кристалічна речовина, особливості її просторової гратки, вплив її на морфологію багатогранника. Курс забезпечує набуття знань відносно загальних питань зародження, росту та розчинення кристалів, особливостей мінералоутворюючого середовища і його впливу на морфологію кристалів. Надається характеристика різноманітних методів та методик вивчення анатомії та морфології кристалів і за результатами досліджень відтворення умов росту кристалів.

Протягом курсу студент повинен набути наступних знань та вмінь:


  • володіти теоретичним матеріалом в обсязі всього курсу “Кристалографія”, що передбачається навчальною програмою дисципліни;

  • вміти визначати стан мінеральної речовини, прості форми, що виникають на кристалах різних сингоній, і по особливостях їх морфології – тип просторової гратки;

  • познайомитись з найпростішими прийомами вирощування кристалів легкорозчинних солей;

Курс “Кристалографія” займає базове місце у структурно-логічній схемі підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем “бакалавр з геології” оскільки є дисципліною, що формує світогляд студента, визначає важливі взаємозв’язки між особливостями кристалічної речовини та зовнішніми факторами впливу на неї.

Для студентів спеціальності “геологія” на розгляд виносяться наступні теми: “симетрія кристалів”, “прості форми та їх комбінації”, “будова реальних кристалів”.

Контроль знань здійснюється за модульно-рейтинговою системою та передбачає проведення двох модульніх контрольних робіт на протязі всього періоду навчання і завершується іспитом. Підсумковий семестровий контроль у формі іспиту передбачає врахування кількості балів, отриманих за модульні контрольні роботи. Можлива максимальна кількість балів складає 100 балів. Для відмінної оцінки необхідно отримати 90-100 балів, “добре” – 75-89, “задовільно” – 60-74 бала. При отриманні кількості балів до 59 виставляється оцінка “незадовільно”. Якщо студент за два змістовних модуля набрав менше 20 балів, то він не допускається до іспиту.
Контроль знань
Поточний:


  • усна відповідь – 8 балів

  • доповнення – 2 бали

  • письмова контрольна робота ( 2 контрольні роботи на семестр) – 16 балів

  • письмова самостійна робота ( 4 самостійні роботи на семестр) – 4 бали

Підсумковий контроль у формі іспиту - 40 балів

Нижче наводиться таблиця розрахунку підсумкової оцінки за накопичувальною системою.


Таблиця 1





Змістовний модуль №1

Змістовний модуль №2

Комплексний підсумковий модуль

Підсумкова оцінка

Максимальна кількість балів

30

30

40

100

Змістовний модуль 1. Симетрія кристалів.

Максимальна кількість балів – 30.

Термін – перша декада листопада.

Студент повинен вміти:


  • визначати на моделях кристалів елементи симетрії – центр симетрії, площини симетрії, поворотні осі симетрії;

  • за сукупністю елементів симетрії віднести конкретну модель коисталу до виду симетрії, сингонії та категорії.

Змістовний модуль 2. Будова реальних кристалів.

Максимальна кількість балів – 30.

Термін – перша декада грудня.

Студент повинен вміти:


  • готувати насичений розчин різних легкорозчинних солей;

  • розпізнавати вплив симетрії мінералогічного середовища та домішок на морфологію.


Тематичний план лекцій і лабораторних занять



№ лекції

Назва лекції




Лекції

Лабораторні заняття

Самостійна робота

Контр.-мод робота

Консуль

тації


Змістовний модуль №1

2

2










1

Предмет та завдання кристалографії, елементи симетрії кристалів

2

2










2

Сингонії та категорії


2

2










3

Прості форми кристалів нижчої категорії

2

2




2

1

4

Прості форми кристалів середньої категорії

2

2

1

2

1

5

Прості форми кристалів вищої категорії


2

2

1

2




Змістовний модуль №2

6

Типи дефектів просторової гратки


2

2










7

Виникнення та ріст кристалів


2

2







1

8

Анатомія кристалів


2

2




4

1

9

Фактори, що зумовлюють еволюцію морфології кристалів

2

2

2

3

1




Всього

18

18

4


13

6

Загальний обсяг - 85 год., в тому числі :

Лекції – 18 год.

Лабораторні – 36 год.

Самостійна робота – 4 год.

Контроль самостійної роботи – 13 год.

Консультації – 6 год.

Іспити – 8 год.



Змістовний модуль 1

Тема 1. Симетрія кристалів.
Лекція 1 Предмет та завдання кристалографії, елементи симетрії кристалів – 2 год

Кристалографія – важлива галузь знань, якою займаються науковці різних спеціальностей – геологи, фізики, радіофізики, хіміки та інші з метою вивчення законів будови твердих тіл. Кристалічна речовина характеризується закономірною геометрично правильною внутрішньою будовою. Саме такий стан є типовим для більшості дійсно твердих тіл, які володіють, внаслідок цього, низкою зовнішніх ознак (однорідність, анізотропія, симетрія, здатність до самоогранення), що дозволяє відрізнити їх від аморфного твердого тіла. Окрім того, існують деякі органічні сполуки, які є перехідними між кристалічною та рідинною фазами і мають назву «рідинні кристали», або мезоморфні фази.

Симетричне перетворення геометричної фігури самої в себе може бути здійснено за допомогою операції симетрії. Симетричні перетворювання, які здійснюються за допомогою трансляції та повороту називають операціями першого роду, в той час як перетворення, що містять відбиття в площині – операціями другого роду. Операції симетрії здійснюються за допомогою деяких геометричних образів: точок, прямих, або площин. Запропоновані геометричні образи звуться елементами симетрії. Рекомендована література: 1,9.

Лекція 2 Сингонії та категорії – 2 год

Будь-яка симетрична фігура може мати один або декілька елементів симетрії. Математично доведено, що кількість таких сукупностей обмежена і нараховує всього 32 комбінації, які називаються видами симетрії. Визначені сукупності елементів симетрії можуть бути подібні між собою за одним або декількома елементами симетрії, що дозволяє виділити серед них декілька груп, які називають сингоніями. Сингонії, в свою чергу, об’єднуються в категорії. Рекомендована література: 1, 2, 3, 5, 10.



Тема 1.2. Прості форми та їх комбінації.
Лекція 3 Прості форми кристалів нижчої категорії - 2 год

З урахуванням зовнішнього вигляду, всі без винятку, багатогранники поділяються на два типи. Багатогранники першого типу сформовані гранями однаковими за формою і розмірами. Вони називаються простими формами. До другого типу віднесені багатогранники утворені гранями різної форми, їх називають комбінаціями простих форм. В кристалографії налічується всього 47 простих форм.

Прості форми нижчої категорії подані сімома відмінами: моноедр, пінакоїд, діедр, ромбічна призма, ромбічна піраміда, ромбічна дипіраміда, ромбічний тетраедр. Рекомендована література: 1, 2, 3, 5, 10.

Лекція 4 Прості форми кристалів середньої категорії – 2 год

На кристалах середньої категорії можуть утворюватись 25 нових простих форм, а саме : серія призм, серія пірамід, серія дипірамід, серія трапецоедрів, ромбоедр, тетрагональний тетраедр та тригональний і тетрагональний скаленоедри. Із раніше розглянутих простих форм до середньої категорії переходять лише дві з них: моноедр та пінакоїд. Рекомендована література: 1, 2, 3, 5, 10.



Лекція 5 Прості форми кристалів вищої категорії – 2 год

Ні одна з раніше розглянутих простих форм у вищу категорію не переходять. В ній налічується 15 власних форм. До власне простих форм відносяться: тетраедр, гексаедр, октаедр, ромбододекаедр та пентагондодекаедр. Інші 10 простих форм кубічної сингонії виводимо шляхом поділу граней деяких розглянутих вище простих форм. Рекомендована література: ???


Змістовний модуль 2

Тема 2.1. Будова реальних кристалів
Лекція 6 Типи дефектів просторової гратки – 2 год

Під час кристалізації мінералу неодноразово відбувається зміна температури, тиску, хімізму розчину чи розплаву, що не може не відбиватись на морфології кінцевого продукту – кристалі. Навіть в умовах ідеальної термодинамічної рівноваги у кристалі спостерігаються відхилення від ідеальної форми кристалічної гратки, які в кристалографічній літературі називаються дефектами гратки. Завдяки малій швидкості переміщення та великому відрізку часу існування, дефектам можемо приписати певні геометричні образи, що дозволяє класифікувати дефекти за чисто геометричними ознаками. Виходячи з цього дефекти поділяються на чотири типи – нульмірні, одномірні, двомірні та тримірні. Рекомендована література: 2, 6, 7, 8, 11.



Лекція 7 Виникнення та ріст кристалів – 2 год

Переважна більшість речовин при низьких температурах переводяться в кристалічний стан, а при нагріванні переходять спочатку в рідинний, а вже потім – у газоподібний. Існують ще й інші схеми виникнення кристалів, коли вони формуються безпосередньо з газу, минаючи рідинну фазу, або утворення нових кристалів відбувається в кристалічній речовині.

Історія окремо взятого кристалу розпочинається з акту його зародження. Розрізняються чотири основні шляхи утворення зародків кристалів: самозародження, зародження на межі поділу середовища, зародження на готових затравках, зародження за участю організмів.

Розрізняють два механізми росту граней: тангенційний та нормальний. При тангенційному механізмі ріст граней розпочинається від центру кристалізації і може реалізуватись або плоскими шарами, або закрученими у вигляді спіралі плоскими сітками. Нормальний механізм росту граней багатогранника реалізується завдяки існуванню в розплаві відокремлених один від одного «острівців структурної впорядкованості», розташування атомів в яких підкоряється законам кристалічної гратки. Такі «острівці впорядкованості» не мають чітких фазових границь і можуть досить легко вбудовуватись у структуру кристала. Встановлено, що ріст граней за законами нормального механізму росту практично не залежить від забруднення середовища сторонніми домішками. Тангенційний ріст майже не залежить від перенасичення, але істотно уповільнюється в забрудненому сторонніми домішками середовищі. В умовах недонасиченості розчину кристал починає розчинюватися. Найбільш інтенсивно процес розчинення проявляється на вершинах та ребрах кристала. Рекомендована література: 3, 4, 6, 7, 8.



Лекція 8 Анатомія кристалів – 2 год

Кристал здатен з одного боку зберігати в собі у матеріалізованому вигляді найтонкіші деталі взаємодії його з мінералоутворюючим середовищем під час свого росту, а з іншого – внутрішня анатомія кристала є чутливою до найменших змін фізико-хімічних умов його існування, які мали місце вже по завершенні процесу кристалізації. Виникнення в кристалі різноманітних неоднорідностей зумовлено захопленням кристалом домішок у вигляді атомів іонів, колоїдних або мікроскопічних твердих часток. Розрізняють три типи таких неоднорідностей : структурні, секторіальні, зональні. Рекомендована література: 3, 4, 6, 7.



Лекція 9 Фактори, що зумовлюють еволюцію морфології кристалів – 2 год

Основними факторами, які визначають форму багатогранника, з одного боку, є структурні його особливості, а з іншого – фізико-хімічні умови в яких він кристалізувався. Тобто на морфологію кристала, окрім особливостей його кристалічної структури, впливають температура, тиск, концентрація в середовищі мінералоутворюючих компонентів, хімізм середовища, положення кристала в просторі, тощо. Рекомендована література: 3, 4, 6, 8.



Лабораторна робота 1 Визначення елементів симетрії на моделях кристалів – 2 год

Приступаючи до визначення елементів симетрії багатогранника, студент повинен чітко уявляти собі, що це геометричні образи, за допомогою яких встановлюємо ступінь симетричності тієї чи іншої моделі кристалу. При визначенні присутності чи відсутності центру симетрії в конкретному багатограннику, слід пам’ятати, що це особлива точка в середині кристалу, і всі прямі які проходять через неї на рівних відстанях зустрічають відповідні точки. Всі ж прямі (ребра) і площини (грані), що не проходять через центр симетрії, відбиваючись в ньому, зустрічають рівні, оберненопаралельні прямі та площини. Звідси приходимо до важливого практичного висновку, що в присутності центру симетрії кожній грані кристалу відповідає рівна, однакова за формою оберненопаралельна грань. Якщо ж хоча б одна грань не має собі рівної і оберненопаралельної, то центр симетрії в багатограннику відсутній. В попарній паралельності граней багатогранника легко переконатись, поклавши його на горизонтальну площину, наприклад, на площину столу. Слід також звернути увагу на ті обставини, що початківець досить часто плутає поняття центр ваги з поняттям центр симетрії багатогранника. Тому важливо акцентувати увагу початківця на тому, що центр ваги і центр симетрії співпадають, але останній присутній лише в тому багатограннику, всі грані якого попарнопаралельні.

Приступаючи до визначення площин симетрії слід пам’ятати , що це така площина, яка ділить багатогранник не лише на дві рівні частини, а на дві дзеркально-рівні частини, які відносяться одна до одної як предмет та його дзеркальне відображення. З метою надбання початківцем навичок по визначенню площин симетрії, слід порадити йому розташовувати модель кристала на рівні очей, зорієнтувавши його таким чином, щоб площина симетрії розташовувалась вертикально і перпендикулярно до спостерігача.

При визначення осей симетрії слід акцентувати увагу початківця на тому, що вісь може проходити через дві вершини, через середини двох ребер, через середини граней, через середини ребра та грані, чи через вершину і середину грані. З метою надбання студентом певних навичок, слід порадити йому зорієнтувати напрямок, з яким співпадає уявна вісь, вертикально.



Лабораторна робота 2 Визначення за набором елементів симетрії, виду симетрії, сингонії та категорії – 2 год

Сутність роботи – навчити студентів правильно визначати кількість елементів симетрії на тій чи іншій моделі багатогранника. Тому вони повинні навчитись правильно застосовувати наслідки, які випливають з теорем про додавання елементів симетрії. Отримавши сукупність елементів симетрії, початківець, спираючись на дані таблиці видів симетрії, визначає вид симетрії, сингонію, категорію, пам’ятаючи, що в кристалах нижчої категорії зустрічаються осі симетрії не вище другого порядку, в сингоніях середньої категорії обов’язково присутня одна вісь вищого порядку, в багатогранниках вищої категорії слід шукати чотири осі третього порядку. Для додаткової перевірки правильності віднесення багатогранника до тієї чи іншої сингонії і категорії початківцю слід звертати увагу на загальну зовнішню форму. Кристали вищої категорії завжди ізометричні, тобто розвинені в усі боки однаково, кристали середньої категорії витягнуті або сплющені в одному напрямку, що ж стосується кристалів нижчої категорії, то вони розвинені по трьом осям координат неоднаково.


Лабораторна робота 3 Побудова стереографічних проекцій кристалів –

2 год

Перш, ніж розпочати побудову проекцій елементів симетрії, чи окремих граней багатогранника, студент повинен познайомитися з правилами побудови на кресленні ортогональних, аксонометричних, стереографічних та гномостереографічних проекцій, пам’ятаючи, що перші дві використовуються для зображення зовнішньої форми багатогранника, а третя та четверта – для визначення кутів між елементами симетрії та гранями.

Особливістю графічного (стереографічного та гномостереографічного) проектування є те, що пряма на площину проекції проектується у вигляді точки, а площина – у вигляді лінії. Розташування проекцій прямої або площини залежить від їх положення в просторі. Так, вертикальні прямі проектуються одним виходом в центрі проекції, горизонтальні – двома виходами на колі проекції, прямі з нахилом – одним виходом в колі проекції. Що ж стосується площин, то вертикальні площини проектуються прямими, що проходять через центр проекції, горизонтальні – проектуються додатковим колом, що описується навколо кола проекції, площини з нахилом проектуються у вигляді дуг кола проекції.

Лабораторна робота 4 Визначення простих форм та їх комбінацій на моделях кристалів нижчої, середньої та вищої категорій – 10 год

Серед розмаїття багатогранників чітко розрізняються два типи. Перший тип формується гранями однієї форми та розміру, другий – огранений гранями різними як за формою, так і за розмірами. Слід наголосити, що в кожній сингонії зустрічається певна кількість простих форм. Тому, розпочинаючи роботу по визначенню простих форм, обов’язковим є визначення сингонії досліджуваного багатогранника. Другим кроком є визначення геометричної форми граней та підрахунок їх кількості. Завершується робота по встановленню назви простої форми визначенням геометричної форми її перетину. З цією метою ми, подумки, розділяємо багатогранник навпіл уявною горизонтальною площиною.



При визначенні комбінацій простих форм того чи іншого багатогранника робота набагато ускладнюється, тому що при утворенні комбінацій, грані різних простих форм ріжуть одна одну, формуючи випуклий багатогранник. Внаслідок цього первісна форма граней тієї чи іншої простої форми набуває форми багатокутника, кількість кутів в якому зростає зі збільшенням кількості простих форм в комбінації. Тому, перш ніж визначити назву тієї чи іншої простої форми, слід встановити кількість простих форм, що утворюють випуклий багатогранник. З цією метою підраховуємо кількість граней в комбінації різних за формою та розмірами. Це й визначить кількість простих форм, грані яких формують багатогранник. Після цього приступаємо до встановлення назви простої форми. Спочатку підраховуємо кількість граней однакової конфігурації та розміру. Внаслідок того, що грані цієї простої форми ріжуться гранями інших простих форм, подовжуємо їх подумки, до перетину з аналогічними по формі гранями і встановлюємо їх дійсну форму. Нарешті, встановлюємо форму багатокутника, який отримаємо якщо розітнемо досліджувану просту форму уявною горизонтально розташованою площиною. Такі ж операції і в тій же послідовності виконуємо і з іншими за формою гранями.

Самостійна робота 1 Елементи симетрії, сингонії та категорії – 2 год

Контрольні запитання:

  1. Що таке центр симетрії, чим він відрізняється від центру ваги?

  2. Яка різниця між площиною симетрії та площиною яка ділить багатогранник на дві рівні частини?

  3. Перерахуйте якого порядку осі зустрічаються на кристалічних багатогранниках?

  4. Чим відрізняються прості поворотні осі від інверсійних осей?

  5. Назвіть число сингоній, чим вони відрізняються одна від одної?

  6. Як відрізнити морфологічно кристали нижчої, середньої та вищої категорій?

  7. Присутність яких елементів симетрії вказує на приналежність кристалу до тієї чи іншої сингонії?

Самостійна робота 2 Принципи виведення простих форм – 3 год

Контрольні запитання:

  1. Які прості форми ми називаємо закритими, відкритими, загальними та частковими?

  2. Назвіть, яка форма грані у ромбічної піраміди, тетрагональної дипіраміди та октаедра?

  3. Визначте, яким багатогранникам за формою відповідають грані ромбічної призми, тетрагональної призми та кубу?

  4. Яку форму багатокутника мають перетини ромбічної, тетрагональної та гексагональної призм?

  5. Чим відрізняється перетин у вигляді тригона від дітригона, тетрагона від дітетрагона, гексагона від дігексагона?

  6. Назвіть яку форму грані має тригональна діпіраміда, тригональний трапецоедр, тригональний скаленоедр.

Самостійна робота 3 Будова реальних кристалів – 2 год

Контрольні запитання:

  1. За якими ознаками поділяються дефекти просторової гратки?

  2. Назвіть які причини обумовлюють виникнення точкових дефектів?

  3. Чим обумовлено мікроблокування кристалів?

  4. Як відрізнити крайову дислокацію від гвинтової?

  5. Назвіть головні відміни двійника від епітаксичного зростку?

Самостійна робота 4 Виникнення і ріст кристалів – 3 год

Контрольні запитання:

  1. Назвіть ймовірні шляхи виникнення зародків кристалів?

  2. В чому різниця між тангенційним та нормальним механізмами росту?

  3. Назвіть тип середовища в якому відбувається розчинення чи регенерація кристала?

  4. Які причини приводять до виникнення в кристалі неоднорідностей?

  5. Чим обумовлено виникнення в кристалі зональності та секторіальності?

  6. До яких змін в морфології кристала призводить перенасичення розчину, або присутність сторонніх домішок?

  7. Як впливає на морфологію кристала симетрія середовища?


Проблемна тема 1 Просторова гратка та зв'язок її зі станом твердої речовини.

Проблемна тема 2 Фактори, що впливають на морфологію кристалу.

Рекомендована література:


  1. Грінченко В.Ф. «Кристалографія». Частина 1. К.: Вид-во «Київський університет», 1996 р.

  2. Грінченко В.Ф., Митрохин О.В., Грінченко О.В. «Кристалографія». Частина 2. К.: Вид-во «Київський університет», 1999 р.

  3. «Современная кристаллография». М.: Изд-во «Наука», т.2., 1981 г.



Рекомендована література:
Основна:

  1. Бакуменко І.Т. Кристалографія, 2000, 76 с.

  2. Грінченко В.Ф. «Кристалографія», частина 1. К.: Вид-во «Київський університет», 1996, 96 с.

  3. Грінченко В.Ф., Митрохин О.В., Грінченко О.В. «Кристалографія», частина 2. К.: Вид-во «Київський університет», 1999, 48с.

  4. Павлишин В.І. Основи морфології і анатомії мінералів, 2000, 186 с.


Додаткова:

  1. Современная кристаллография, т.1, 1978, 384 с.

  2. Современная кристаллография, т.3, 1980, 408 с.

  3. ??? Б.З. Минерал рассказывает о себе, 1985, 135 с.

  4. Мокиевский В.А. Морфология кристаллов, 1983, 295 с.

  5. Шафрановский И.И. История кристаллографии, 1978, 294 с.

  6. Шафрановский И.И., Алявдин В.Ф. Краткий курс кристаллографии, 1984, 206 с.

  7. Шафрановский И.И. Симметрия в природе, 1985, 168 с.

Викладач_________________


Завідувач кафедрою___________________
Розглянуто на засіданні кафедри _____ ____________2007

Протокол №____


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка