Krystalochemia i rentgenografia

obowiązkowe

Student powinien przed rozpoczęciem nauki przedmiotu posiadać podstawową wiedzę z matematyki, chemii, fizyki i mineralogii, szczególnie w zakresie obejmującym: budowę atomu i cząsteczek, geometrię przestrzenną, trygonometrię, promieniowanie elektromagnetyczne, podstawy krystalografii geometrycznej.

Podstawy krystalografii strukturalnej (budowa wewnętrzna kryształów, podstawowe typy struktur krystalicznych, defekty kryształów), metody dyfrakcyjne i ich wykorzystanie w mineralogii, struktury minerałów z grupy SiO2. Przedmiot ten jest oparty na wybranych zagadnieniach z dziedziny fizyki, chemii i matematyki. Przedmiot ten jest powiązany z wieloma naukami przyrodniczymi i technicznymi. Wśród dziedzin związanych z omawianym przedmiotem należy wymienić mineralogię, petrologię, badania surowców mineralnych, badania ekologiczne, ceramikę, inżynierię materiałową, farmakologię.

Wykłady składają się z trzech części:

1. Podstawy krystalografii strukturalnej:

- budowa wewnętrzna kryształów, podstawowe typy struktur krystalicznych, defekty kryształów (warstwy atomowe, pozycje interstycjalne, struktury typu hcp, ccp, bcc, proste struktury jonowe i kowalentne, modele jedno- i dwuwymiarowe, elementy symetrii punktowej, elementy symetrii jedno- i dwuwymiarowej, elementy symetrii translacyjnej, inwersyjne elementy symetrii), układy krystalograficzne (sieć i komórki Bravaisa, grupy przestrzenne), przestrzeń odwrotna, sieć odwrotna, rodzaje wiązań w kryształach, wielościany koordynacyjne, podstawowe rodzaje struktur kryształów (struktury związków typu AB, AB2., AB2O4, itd.), defekty kryształów (defekty punktowe, defekty liniowe, dyslokacje, defekty powierzchniowe, bliźniaki, błędy ułożenia).

2. Metody dyfrakcyjne i ich wykorzystanie w mineralogii:

promieniowanie rentgenowskie, podstawy dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego: otrzymywanie i rodzaje promieniowania rentgenowskiego, oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego z materią, dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, interpretacja geometrii dyfrakcji przy pomocy sieci odwrotnej; wyidealizowane i rzeczywiste piki dyfrakcyjne (m. in. znaczenie domen koherentnie rozpraszających promieniowanie rentgenowskie), intensywność refleksów rentgenowskich (czynnik struktury, kąt fazowy, czynnik Lorentza-polaryzacji, czynnik orientacji), rodzaje badań rentgenodyfrakcyjnych: badania z zastosowaniem promieniowania białego i monochromatycznego, techniki monokrystaliczne (metoda obracanego kryształu, metoda precesji), proszkowe; metody dyfrakcyjne z ogniskowaniem promieniowania, schemat budowy dyfraktometru proszkowego, badania przy pomocy kamery Guiniera; rentgenodyfrakcyjna metoda proszkowa: badanie składu fazowego, błędy instrumentalne, przygotowanie próbek.

3. Struktury minerałów z grupy SiO2:

szczegółowa charakterystyka odmian polimorficznych SiO2: kwarc. trydymit, krystobalit, stishovit, coesyt: struktury, pola stabilności, występowanie; rodzaje przejść fazowych na przykładzie odmian polimorficznych SiO2 (przejścia ciągłe, przejścia nieciągłe, przebudowa (reconstructive), zastąpienie (displacive); "uszczelnione" odpowiedniki odmian polimorficznych SiO2; mikrokrystaliczne odmiany SiO2: chalcedon, odmiany strukturalne opalu (hialit - opal A, opal C, opal CT), odmiany barwne kwarcu i mikrokrystalicznych form SiO2; przejścia fazowe słabokrystalicznych odmian SiO2 w warunkach naturalnych i ich wykorzystanie jako wskaźników geologicznych.

Bloss F. D. 2000 - Crystallography and Crystal Chemistry; An Introduction, Mineralogical Society of America, Washighton D. C., wyd. II, 1-545

Bojarski Z., Łagiewka E. 1988 - Rentgenowska analiza strukturalna, PWN, Warszawa, 1-424

Bojarski Z., Gigla M., Stróż K., Surowiec M. 1996 - Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1-445

Chojnacki J. 1973 - Elementy krystalografii chemicznej i fizycznej, PWN, Warszawa, wyd. III, 1-463

Cullity B. D. 1978 - Elements of X-ray Diffraction (II wydanie), Addison-Wesley Publishing Co., Reading, MA, 1-555

Griffen D. T. 1992 - Silicate Crystal Chemistry, Oxford University Press New York - Oxford, 1-442

Hammond C. 1997 - The Basics of Crystallography and Diffraction, International Union of Crystallography, Oxford Science Publications, Oxford University Press Inc., New York, 1-249

Kelly A., Groves G. W. 1980 - Krystalografia i defekty kryształów, PWN, Warszawa, 1-414

Meersche M. van, Feneau-Dipont J. 1984 - Krystalografia i chemia strukturalna, PWN, 1-664

Putnis A. 1992 - Introduction to Mineral Sciences, Cambridge University Press, 1-437

Whittaker E. J. W. 1981 - Crystallography. An Introduction for Earth Science (and other Solid State) Students, Pergamon Press

Silica: Physical Behaviour, Geochemistry and Materials Applications, 1994, Reviews in Mineralogy, v. 29, eds. P. J. Heaney, C. T. Prewitt and G. V. Gibbs, Mineralogical Society of America

Na zajęciach student nabywa podstawowej wiedzy o strukturach krystalicznych i o sposobie oddziaływania substancji krystalicznych z promieniowaniem rentgenowskim. Student rozumie podstawowe prawa i zależności geometryczne rządzące zjawiskiem dyfrakcji.

Po zakończeniu cyklu zajęć student powinien posiadać wiedzę o przygotowaniu różnego rodzaju próbek do badań oraz o możliwych błędach i ograniczeniach wynikających m. in. z natury zjawiska dyfrakcji rentgenowskiej, konfiguracji sprzętu i sposobu przygotowania próbek. Ważną umiejętnością nabytą na zajęciach powinna być zdolność do poprawnego zaplanowania badania dyfrakcyjnego dla różnych celów (badań jakościowych, ilościowych, strukturalnych itp.) oraz dla różnych rodzajów materiałów geologicznych.

K_W01 – zna proste i zaawansowane instrumentalne metody analityczne stosowane w badaniach skał, minerałów i substancji pochodzenia organicznego

K_W02 – zna zasady działania i możliwości analityczne określonej aparatury badawczej

K_W10 – zna zastosowanie technik komputerowych do modelowania i rozwiązywania problemów geologicznych

K_W16 – zna budowę strukturalną minerałów i jej wpływ na właściwości substancji

K_W20 – zna przepisy i zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w szkole wyższej

K_U01 – umie zaplanować tok analityczny właściwy dla danego materiału badawczego i zinterpretować otrzymane wyniki

K_U02 – umie posługiwać się sprzętem laboratoryjnym i podstawową aparaturą badawczą

K_U05 – umie samodzielnie zanalizować zgromadzony materiał naukowy, zinterpretować wyniki i wyciągnąć stosowne wnioski

K_U10 – umie wybrać określone techniki komputerowe do rozwiązywania zagadnień w zakresie geologii

K_K04 – zdobywa wiedzę i umiejętności przydatne do podjęcia pracy w zawodzie

K_K05 – jest odpowiedzialny za bezpieczeństwo swoje i innych podczas prac laboratoryjnych i w czasie kursów terenowych

K_K10 – rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie

Efekty uczenia się studentów są oceniane na podstawie pisemnego egzaminu, ewentualnie egzaminu ustnego w sesji poprawkowej. Sprawdzana jest wiedza nabyta przez studenta zarówno podczas wykładów, jak i podczas ćwiczeń i zajęć laboratoryjnych. Egzamin polega na rozwiązaniu części testowej (test wyboru), która stanowi 60 % możliwych do zdobycia punktów. Pozostałe 40 % punktów można uzyskać rozwiązując dwa zadania: jedno dotyczące krystalografii strukturalnej i drugie dotyczące dyfrakcji rentgenowskiej.

brak