МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
з дисципліни
«Кристалографія, кристалохімія та мінералогія»
для студентів напряму
6.050403 - інженерне матеріалознавство
Дніпропетровськ НМетАУ 2014
КАФЕДРА МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. Ю.М. ТАРАНА-ЖОВНІРА
«Кристалографія, кристалохімія та мінералогія»
6.050403 – Інженерне матеріалознавство
Укладач: професор кафедри матеріалознавства Узлов К.І.
Лекційні заняття – 32 год.
Лабораторні роботи – 16 год.
Модуль І – тест-контроль;
Модуль ІІ – оцінка розрахункових завдань;
Модуль ІІІ – підсумковий тест-контроль.
РЕКОМЕНДОВАНІ ЛІТЕРАТУРНІ ДЖЕРЕЛА
Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1984. – 376 с.
Бокий Г.Б. Кристаллохимия. М.: Наука, 1971. – 400 с.
Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решётки. М.: Металлургия, 1990. – 336 с.
Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Г., Федорченко И.Н. Кристаллография, минералогия, петрография и рентгенография. М.: Металлургия, 1990. – 262 с.
Минералогическая энциклопедия. Л.: Недра, 1985. – 512 с.
Шуман В. Мир камня. Т.1 «Горные породы и минералы». М.: Мир, 1986. – 215 с.
Кривуша Л.С., Большаков В.И. Кристаллография, кристаллохимия и минералогия. Дн-вск: Gaudeamus, 2002. – 223 с.
Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: Металлургия, 1970. – 366 с.
Гладких Л.І. Методичні вказівки до практичних занять по курсу «Кристалографія, кристалохімія та мінералогія» (розділ «Геометрична кристалографія»). Харків: НТУ ХПІ, 2002. – 60 с.
Розин К.М., Гусев Э.Б. Практическое руководство по кристаллографии и кристаллохимии. Методы описания кристаллических многогранников. М.: Металлургия, 1982. – 168 с.
Розин К.М., Гусев Э.Б. Практическое руководство по кристаллографии и кристаллохимии. Методы описания кристаллических структур. М.: Металлургия, 1985. – 168 с.
ЗМІСТ
|
Стор. |
||
|
ВСТУП………………………………………………………. |
6 |
|
|
РОЗДІЛ 1 КРИСТАЛОГРАФІЯ………………………….. |
7 |
|
Лекція 1 |
Основні визначення, предмет та задачі кристалографії |
7 |
|
|
1.1 Коротка історична довідка……………………………… |
7 |
|
|
1.2 Визначення, предмет та задачі кристалографії……….. |
8 |
|
|
1.2.1 Предмет та задачі кристалографії………………… |
8 |
|
|
1.2.2 Поняття про кристал та кристалічну речовину….. |
9 |
|
Лекція 2 |
Найважливіші властивості кристалів…………………... |
9 |
|
|
1.2.3 Найважливіші властивості кристалів…………….. |
9 |
|
|
1.2.4 Види твердої речовини та рідкі кристали………… |
10 |
|
Лекція 3 |
Симетрія кристалів. Формули симетрії…………………. |
12 |
|
|
1.3 Геометрична кристалографія…………………………… |
12 |
|
|
1.3.1 Симетрія кристалів…………………………………. |
12 |
|
|
1.3.2 Елементи симетрії кристалічних багатогранників. |
13 |
|
|
1.3.3 Класи симетрії ……………………………………... |
15 |
|
Лекція 4 |
Кристалографічні категорії. Сингонії. Типи простих форм…………………………………………………………. |
17 |
|
|
1.3.4 Кристалографічні категорії, сингонії…………….. |
17 |
|
|
1.3.5 Прості форми кристалів та їх комбінації…………. |
19 |
|
Лекція 5 |
Закони та елементи геометричної кристалографії……. |
23 |
|
|
1.4 Закони геометричної кристалографії………………….. |
23 |
|
|
1.5 Кристалографічні параметри Вейса та індекси площин Міллера. Міжплощинні відстані……………………………. |
24 |
|
Лекція 6 |
Кристалографічні індекси площин та напрямків…….. |
26 |
|
|
1.5.1 Кристалографічні індекси площин та напрямків… |
26 |
|
Лекція 7 |
Умови дифракції Лауе. Пряма та зворотна гратки…… |
29 |
|
|
1.5.2 Умови дифракції Лауе. Пряма та зворотна гратки |
29 |
|
Лекція 8 |
Принцип побудови стереографічної проекції………….. |
31 |
|
|
1.5.3 Принцип побудови стереографічної проекції……. |
31 |
|
|
РОЗДІЛ 2 КРИСТАЛОХІМІЯ……………………………. |
34 |
|
Лекція 9 |
Основні визначення, предмет та задачі кристалохімії... |
34 |
|
|
2.1 Визначення, предмет та задачі кристалохімії…………. |
34 |
|
|
2.2 Просторова гратка та її елементи………………………. |
34 |
|
Лекція 10 |
Гратки Браве. Атомні та іонні радіуси………………….. |
37 |
|
|
2.3 Гратки Браве……………………………………………... |
37 |
|
|
2.4 Атомні та іонні радіуси…………………………………. |
39 |
|
Лекція 11 |
Координаційні числа. Координаційні сфери. Типи зв’язків……………………………………………………… |
40 |
|
|
2.5 Координаційні числа та практичне застосування методу симетрії……………………………………………… |
40 |
|
|
2.5.1 Координація, координаційні число, сфера, поліедр …………………………………………………… |
40 |
|
|
2.5.2 Приклад практичного застосування методу симетрії для аналізу мікроструктур промислових сплавів…………………………………………………….. |
42 |
|
|
2.6 Типи зв’язків у кристалах………………………………. |
43 |
|
Лекція 12 |
Принцип щільного пакування часток у структурах. Політипізм ………………………………………………….. |
45 |
|
|
2.7 Принцип щільнішої пакування часток у структурах. Політипізм …………………………………………………... |
45 |
|
Лекція 13 |
Типи кристалічних структур. Ізоморфізм та поліморфізм…………………………………………………. |
47 |
|
|
2.8 Типи кристалічних структур…………………………… |
47 |
|
|
2.9 Ізоморфізм та поліморфізм…………………………….. |
50 |
|
Лекція 14 |
Дефекти структури кристалів. Зародження та зростання кристалів……………………………………….. |
52 |
|
|
2.10 Атомні порушення структури кристалів……………... |
52 |
|
|
2.10.1 Точкові дефекти ………………………………….. |
53 |
|
|
2.10.2 Дислокації крайові та гвинтові ………………….. |
54 |
|
|
2.11 Зародження та зростання кристалів…………………... |
56 |
|
|
РОЗДІЛ 3 МІНЕРАЛОГІЯ………………………………... |
63 |
|
Лекція 15 |
Визначення, предмет та завдання мінералогії…………. |
63 |
|
|
3.1 Визначення, предмет та задачі мінералогії……………. |
63 |
|
|
3.2 Генезис мінералів……………………………………….. |
63 |
|
Лекція 16 |
Властивості мінералів та їх класифікація……………… |
65 |
|
|
3.3 Властивості мінералів…………………………………… |
65 |
|
|
3.3.1 Хімічний склад…………………………………….. |
67 |
|
|
3.3.2 Форма кристалів та агрегатів……………………… |
67 |
|
|
3.3.3 Колір мінералу та колір риски……………………. |
67 |
|
|
3.3.4 Блиск мінералу…………………………………….. |
68 |
|
|
3.3.5 Спайність та злам…………………………………... |
68 |
|
|
3.3.6 Твердість……………………………………………. |
69 |
|
|
3.3.7 Щільність…………………………………………… |
78 |
|
|
3.4 Класифікація мінералів………………………………… |
78 |
|
|
3.4.1 Самородні елементи……………………………….. |
78 |
|
|
3.4.2 Сульфіди……………………………………………. |
78 |
|
|
3.4.3 Галоїдні сполуки…………………………………… |
78 |
|
|
3.4.4 Оксиди……………………………………………… |
78 |
|
|
3.4.5 Карбонати, сульфати, вольфрамати, фосфати…… |
79 |
|
|
3.4.6 Силікати та алюмосилікати……………………….. |
79 |
|
ВСТУП
Навчальна дисципліна «Кристалографія, кристалохімія та мінералогія» є нормативною і входить до циклу дисциплін професійно-практичної підготовки.
Мета вивчення дисципліни - засвоєння знань та отримання навичок, необхідних для аналізу кристалічної структури та кристалохімічних властивостей об’єктів досліджень сучасного матеріалознавства, а також під час вивчення властивостей металів та сплавів, процесів структуроутворення, та під час експлуатації виробів з різних матеріалів.
В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:
- основні поняття про симетрію кристалів,
- метрику кристалу та типи сингоній,
- закони та елементи геометричної кристалографії,
- основні поняття про кристалографічну зону та умови зональності,
- основні кристалохімічні поняття про просторову гратку та її елементи,
- зв’язок кристалографічних сингоній з гратками Браве
- типи кристалічних структур та типи хімічних зв’язків у кристалах,
- дефекти структури кристалів,
- основні поняття про будову літосфери та генезис мінералів,
- властивості мінералів та їх класифікацію.
вміти:
- визначати елементи та форми простих і складних багатогранників,
- ідентифікувати просторові багатогранники за сингоніями,
- визначати кристалографічні індекси площин та напрямків,
- побудувати стереографічну проекцію простої форми кристалу.
Критерії успішності - отримання позитивної оцінки при складанні контрольних робіт у тестовій формі та екзамену.
Засоби діагностики успішності навчання - комплект тестових завдань.
Зв’язок з іншими дисциплінами - дисципліна є однією з основоположних у підготовці бакалаврів, спеціалістів та магістрів напрямку «Інженерне матеріалознавство». Їй передує вивчення дисциплін «Фізика», «Хімія», «Нарисна геометрія та інженерна графіка».
Набуті знання і вміння використовуються при вивченні дисциплін «Матеріалознавство», «Механічні властивості матеріалів» та інш.