Krystalografia 
Semestr I (2°)

Osoba odpowiedzialna za przedmiot: dr hab. inż. Jarosław Chojnacki.

Zaliczenie przedmiotu

Ocena końcowa za przedmiot zawiera 51% z oceny z laboratorium i 49% oceny z egzaminu z wykładów.

Wykład

Program

  • Krystalografia geometryczna
    • Podstawowe pojęcia: Kryształ, komórka elementarna, układ krystalograficzny, wspólrzędne atomów, symbole prostych sieciowych, wskaźniki płaszczyzn i ścian w krysztale.
    • Symetria punktowa: Izometria, grupy symetrii punktowej, klasy krystalograficzne, symbolika grup.
    • Symetria struktury kryształu. Sieci Bravais. Grupy przestrzenne i ich symbolika: Połączenie translacji z operacjami symetrii punktowej. Symbole grup przestrzennych Hermanna-Mauguin'a pełne i skrócone. Macierzowy zapis operacji symetrii.
    • Graficzna prezentacja symetrii grup przestrzennych na podstawie symbolu, Tablice Krystalograficzne: Symbolika elementów symetrii w grupach przestrzennych, posługiwanie sie diagramami zawartymi w Tablicach Miedzynarodowej Unii Krystalograficznej (IUCr) oraz programem Mercury.
  • Krystalografia rentgenowska
    • Zjawisko dyfrakcji: Dyfrakcja promieni rentgenowskich, dyfrakcja neutronów, źródła promieniowania X, sieć odwrotna, klasy Lauego, sfera Ewalda. Budowa dyfraktometru czterokołowego.
    • Dyfrakcja na monokrysztalach. Analiza dyfraktogramów: Wyznaczanie klasy Lauego, typu sieci Bravais i parametrów sieci na podstawie warstwic hk0 i hk1.
    • Wyznaczanie grupy przestrzennej oraz konfiguracji absolutnej metodą rentgenografii monokryształów: Wygaszenia systematyczne i ich powiązanie z elementami symetrii kryształu. Prawo Friedla i wykorzystanie odstępstw od niego przy wyznaczaniu konfiguracji absolutnej.
  • Krystalochemia i fizyka kryształów
    • Opis typowych struktur: Struktura pierwiastków. Struktura związków o składzie AB, AB2 i AB3.
    • Otrzymywanie monokryształów: Krystalizacja ze stopu, z fazy gazowej, krystalizacja z roztworów. Czynniki wpływające na proces krystalizacji.
    • Analiza wyników rentgenowskiej analizy strukturalnej i sposób ich prezentacji: Opis geometrii cząsteczek: długości wiązań, kąty walencyjne i torsyjne, katy dwuścienne, kontakty międzycząsteczkowe i wiązania wodorowe, elipsoidy termiczne. Interpretacja parametrów pomiarowych oraz wskaźników jakości rozwiązania.
    • Właściwości fizyczne kryształów a ich symetria: Grupy graniczne. Właściwości optyczne, piroelektryczność i piezoelektryczność.

Zasady zaliczenia

Zaliczenie wykładu polega na napisaniu egzaminu pisemnego w sesji egzaminacyjnej. Do egzaminu dopuszczeni są studenci mający zaliczenie części laboratoryjnej.

Literatura

  • Z. Kosturkiewicz: Metody krystalografii. Wydawnictwo UAM 2000.
  • Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec: Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo. PWN 1996.
  • Z. Trzaska-Durski, H. Trzaska-Durska: Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej. PWN 1994.
  • Muzeum Geologiczne Wydziału Nauk Geograficznych UŁ: Kryształy w przyrodzie i technice. Wydawnictwo UŁ 2005.
  • P. Luger: Rentgenografia strukturalna monokrysztalów. PWN 1989.

Materiały pomocnicze

Laboratorium

Program

Zajęcia składają się z trzech części:

  • audytoryjna
  • laboratoryjna
  • pokazowa

Pierwsze cztery zajęcia obejmują ćwiczenia audytoryjne poświęcone praktycznemu zastosowaniu pojęć wprowadzonych na wykładzie.

  • Ćwiczenie 1: Wyznaczanie gęstości teoretycznej kryształów. Stechiometria w komórce elementarnej. Zamiana baz w układach współrzędnych.
  • Ćwiczenie 2: Wskaźnikowanie kierunków i płaszczyzn sieciowych.
  • Ćwiczenie 3: Grupy punktowe. Tabela działań w grupie. Przypisywanie grupy punktowej zadanym obiektom.
  • Ćwiczenie 4: Grupy przestrzenne i ich międzynarodowe symbole. Symbole H-M pełne i skrócone.

Na piątych zajęciach przeprowadzone będzie kolokwium pisemne, oceniane na 32 punkty.

Od szóstego tygodnia, kolejne cztery zajęcia odbywają się w laboratorium i polegają na wykonaniu zadań praktycznych zgodnie z instrukcjami umieszczonymi w Internecie. Zajęcia wymagają odzieży ochronnej (fartuchy i okulary). Każde ćwiczenie będzie poprzedzone kartkówką. Ocena za te ćwiczenia składa się z indywidualnej oceny za kartkówkę oraz oceny za sprawozdanie – jedno sprawozdanie na grupę. Studenci dzielą się na cztery grupy A, B, C i D i wykonują ćwiczenia cyklicznie. W pierwszym tygodniu grupa A wykonuje ćw. 5, grupa B ćw. 6, grupa C ćw. 7 a grupa D ćw. 8. Potem grupa A ćw. nr 6, B nr 7, C nr 8, D nr 6 itp. Sprawozdanie powinno być dostarczone najpóźniej w ciągu 2 tygodni od wykonania części praktycznej. Za tę część można otrzymać łącznie 24 punkty: 8 pkt. za kartkówki i 16 punktów za sprawozdania.

  • Ćwiczenie 5: Wpływ warunków na wzrost kryształów. Krystalizacja z żelu. Opis morfologii kryształów.
  • Ćwiczenie 6: Krystalizacja przez sublimację. Hodowla monokryształów ze stopu.
  • Ćwiczenie 7: Proces krystalizacji. Roztwór nasycony i przesycony. Zarodkowanie.
  • Ćwiczenie 8: Właściwości optyczne monokryształów, wykorzystanie mikroskopu polaryzacyjnego.

Kolejne ćwiczenia polegają na pokazach i będą wykonywane dwutorowo. Grupy A i B łącznie zaliczają po kolei ćwiczenia nr 9, 10, 11 i 12, a grupy C i D odrabiają ćwiczenia w kolejności 10, 9, 12 i 11. Każde z ćwiczeń będzie poprzedzone kartkówką, ocenianą na 2 punkty. Ćwiczenia nr 9 i 10 wymagają sporządzenia sprawozdania (każde za 2 pkt.). Cwiczenia nr 11 i 12 nie wymagają sporządzenia sprawozdań grupowych. Na zajęciach nr 12 każdy student dostaje indywidualny plik CIF na podstawie którego ma sporządzić opis struktury. Zadanie to będzie oceniane na 12 pkt. Ta część dostarcza więc maksymalnie 24 punkty.

  • Ćwiczenie 9: Równanie Braggów. Dyfrakcja światła laserowego na tkaninach oraz promieni X na krysztale.
  • Ćwiczenie 10: Określanie sieci Bravais, klasy Lauego i grupy przestrzennej na podstawie warstwic hk0 i hk1.
  • Ćwiczenie 11: Pokaz wyznaczania struktury monokryształu na dyfraktometrze automatycznym
  • Ćwiczenie 12: Opis struktury na podstawie pliku CIF przy wykorzystaniu programów komputerowych i tablic.

Zasady zaliczenia

Ocena końcowa z laboratorium jest wystawiana pod warunkiem odbycia wszystkich zajęć i odpowiada ilości zgromadzonych punktów, zgodnie z poniżej podaną skalą:

< 46 46-52 53-59 60-66 67-73 74-80
2,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

W przypadku nieobecności usprawiedliwionej (zwolnienie lekarskie bądź inne równoważne) za dane ćwiczenie przyznana zostanie liczba punktów odpowiadająca procentowo średniej z pozostałych ćwiczeń.

Materiały pomocnicze