Кристаллохимия и минерология

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный технический университет

Кафедра металлургии и литейного производства

КРИСТАЛЛОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Машиностроительно – технологический институт Специальность 150104.65 - литейное производство черных и цветных металлов Специализация

150104.65-09 - литейное производство и экономика металлургии

150104.65-05-художественное и прецизионное литьё Направление подготовки бакалавра 150100.62-металлургия

Санкт-Петербург Издательство СЗТУ

2008

2

Утверждено редакционно - издательским советом университета

УДК 548/549

Кристаллохимия и минералогия: учебно – методический комплекс

/ сост. И.В.Шергин, Т.В.Неверова. - СПб.: Изд – во СЗТУ, 2008. – 72 с.

Учебно – методический комплекс разработан в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Дисциплина охватывает основные разделы кристаллографиикристалломорфологию, структурную кристаллографию, кристаллохимию, физическую кристаллографию, а также систематическую минералогию.

Рассмотрено на заседании кафедры металлургии и литейного производства 17.09.2007 г. (протокол № 1), одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 17.09.2007 г. (протокол № 4).

Рецензенты: кафедра металлургии и литейного производства СЗТУ (зав. кафедрой М.А. Иоффе, д–р техн. наук, проф.), кафедра технологии художественной обработки материалов СЗТУ (О.Н.Магницкий, д–р техн. наук,проф.).

Составители: Шергин И.В., канд. геолого-минералог. наук, доц., Неверова Т.В., доцент

Издательством осуществлено литературное и техническое редактирование рукописи

© Северо – Западный государственный заочный технический университет, 2008

© Шергин И.В., Неверова Т.В., 2008

3

1. ИНФОРМАЦИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ

1.1. ПРЕДИСЛОВИЕ

Целью преподавания дисциплины является изучение современных классификаций минералов, закономерностей зарождения, роста и изменения минеральных индивидов как в природных условиях, так и при синтезе, освоение методов минералогических исследований, а также овладение методиками расчета кристаллографических параметров и идентификации минералов, природных или искусственных.

Задачи дисциплины- изучить главные положения теории симметрии

ивыделять на её основе виды симметрии, сингоний, категорий и пространственных групп симметрии; овладеть кристаллографическими и минералогическими методами исследований, изучив основные понятия

ипринципы кристаллохимии, усвоить кристаллохимическую классификацию минералов, особенности их строения, физические и химические свойства.

Это - общеобразовательная дисциплина. Она использует сведения из физики, химии, математики и необходима как для формирования общего научного мировоззрения студентов, так и для овладения такими дисциплинами как «Основы производства и обработки металлов», «Физические методы исследования материалов в литейном производстве», «Материаловедение», «Теория литейных процессов» и др.

На основе полученных знаний специалист должен уметь: применять законы кристаллохимии к исследованию конкретных технологических объектов, осуществлять синтез кристаллов, идентифицировать получаемые продукты, находить способы наиболее эффективной обработки природного минерального сырья с целью извлечения полного комплекса полезных элементов, создавать новые технологические процессы, направленные на улучшение качества продуктов и интенсификацию производства.

4

Чтобы закрепить навыки умения решать задачи по данной дисциплине предусмотрен лабораторный практикум и выполнение одной контрольной работы. Соответствующие разделы настоящего учебно - методического руководства снабжены тематикой лабораторных занятий, заданиями на контрольную работу, ссылкамии на методическими указания к выполнению как лабораторного практикума, так и контрольной работы.

С целью проверки степени овладения знаниями по каждой теме дисциплины даны вопросы для самопроверки,тесты, а также – список вопросов к зачёту.

1.2. Содержание дисциплины и виды учебной

работы

		Таблица 1
	Всего часов
Вид учебной работы	Форма обучения
	очно-заочная	заочная
Общая трудоёмкость дисциплины	90	90
Работа под руководством
преподавателя (включая ДОТ),	54	54
в т.ч. аудиторные занятия:
лекции	6	6
практические занятия (ПЗ)
лабораторные работы (ЛР)	16	6
самостоятельная работа студента	36	36
промежуточный контроль	2	2
контрольная работа	1	1
зачет	1	1

Закончив изучение каждой темы, студент обязан самостоятельно осуществить текущий контроль качества освоения учебного материала с помощью вопросов для самопроверки, приведённых на с.43 и 50.При

5

затруднении ответить на тот или иной вопрос рекомендуется вновь обратиться к учебным материалам и с их помощью найти искомый ответ.

Студенты очно – заочной и заочной форм обучения выполняют контрольную работу,состоящую из 2 заданий. Варианты заданий и методические указания к выполнению контрольной работы даны в литерату-

ре [ 4 ].

Студенты выполняют аудиторные лабораторные работы, которые включают в себя:

-Определение элементов симметрии, класса симметрии, сингонии, категории простых форм в многогранниках.

-Построение стереографических и гномостереографических проекций.

-Обозначение граней и ребер кристаллов индексами.

-Определение твердости кристаллов.

-Определение минералов по макроскопическим признакам.

-Определение минералов под микроскопом по оптическим свойствам. Для выполнения лабораторных работ используются указания [3].

Итоговый контроль уровня знаний студента по данной дисциплине производится по результатам зачета. На зачете студенту предлагается два вопроса из списка, данного на с.67.

2. РАБОЧИЕ УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

6

2.1.РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

( объем дисциплины 90 ч )

ВВЕДЕНИЕ

(4 ч)

[1], с. 5 … 12

Кристаллическое состояние вещества. Распространенность кристаллов. Общие свойства кристаллов. Анизотропия и симметрия кристаллов. Конечные и бесконечные фигуры. Формы кристаллов. Структура кристаллов и пространственная решетка. Закон постоянства углов кристаллов. Уравнение Вульфа-Брэгга. Синтез кристаллов.

Раздел 1. КРИСТАЛЛОХИМИЯ

(54 ч)

1.1. Классификация кристаллов и методы кристаллографического индицирования

(14 ч) [1], с.15 … 46

Понятие о симметрии как одно из наиболее обобщающих фундаментальных понятий физики и естествознания в целом. Элементы симметрии конечных и бесконечных фигур. Центр симметрии. Плоскость симметрии. Оси симметрии (простые, поворотные, инверсионные, винтовые). Симметрические преобразования.

7

Условия образования выпуклых многогранников и скелетных форм. Идеальные и реальные формы многогранников. Симметрия многогранников и классификация кристаллов на основе симметрии. Геометрические константы кристаллов. Соотношение геометрических констант в кристаллах различных сингоний. Единичные направления как основа для выделения категорий кристаллов. Закон рациональности отношения параметров и закон целых чисел. Закон поясов. Зарождение и рост кристаллов. Принцип Бравэ-Кюри. Многогранные и скелетные формы. Простые и комбинационные формы. Общие и частные формы. Установка кристаллов различных сингоний. Кристаллографические индексы. Точные методы обозначения индексов. Построение проекций и решение кристаллографических задач на проекциях.

1.2.Структура кристаллов. Пространственные группы симметрии

( 14 ч)

[1], с.97 … 131

Элементы симметрии пространственных решеток. Вывод элементов симметрии на основе сочетания нескольких плоскостей симметрии. Трансляция как элемент симметрии. Элементы симметрии, содержащие трансляцию. Четырнадцать решеток Браве. Пространственные группы Е.С.Федорова. Закон кристаллографических пределов. Понятие об обратной решетке. Основные методы определения структуры кристаллов и формулы структурной кристаллографии.

1.3. Систематическая кристаллохимия

( 14 ч)

[1], с.136 … 150

8

Основные группы кристаллических веществ. Понятие об атомных и ионных радиусах. Поляризующая способность и поляризуемость частиц. Координационные группы. Пределы устойчивости и типы координационных структур. Координационные числа, их зависимость от соотношений ионных радиусов и валентности элементов. Первый и второй принципы кристаллохимии. Теория плотнейших упаковок. Структурные типы простых веществ. Структурные типы ионных кристаллов. Полиморфизм и политипия. Образование и распад твердых растворов в кристаллах. Дефекты структуры и их влияние на рост и свойства кристаллов. Особенности строения жидких кристаллов и аморфных веществ. Кристаллохимия огнеупорных и формовочных материалов.

1.4.Физические свойства кристаллов и их зависимость от симметрии структуры

( 12 ч)

[1], с.180 … 188,202-217

Предельные группы симметрии. Основной закон кристаллофизики. Принцип суперпозиции Кюри. Указательные поверхности физических свойств кристаллов. Кристаллофизические системы координат. Матричные представления преобразований симметрии. Скалярные и векторнотензорные свойства кристаллов. Механические, электрические, тепловые, оптические свойства кристаллов. Кристаллы оптически одноосные и двуосные. Их различия под оптическим поляризационным микроскопом. Использование оптических свойств для идентификации кристалли-

9

ческих веществ. Физические свойства огнеупорных и формовочных материалов. Основные разновидности огнеупоров.

Раздел 2. МИНЕРАЛОГИЯ

( 32 ч )

2.1. Общие замечания

( 4 ч ) [2], с.6 … 17

Краткая история развития минералогии. Классификация минералов. Понятие о минеральных индивидах, разновидностях и видах. Химический состав и формулы минералов. Формы минеральных агрегатов. Процессы минералообразования и минеральные парагенезисы.

2.2. Кристаллохимическая классификация

минеральных видов

( 28ч)

[2], с.290 … 351

Тип 1. Гомоатомные и близкие к ним гетероатомные соединения: 1-ый класс – простые вещества (самородные металлы,полуметаллы

и неметаллы); 2-ой класс – карбиды, нитриды, фосфиды. Тип 11. Сульфиды и аналогичные соединения:

1-ый класс – арсениды, антимониды и висмутиды; 2-ой класстел- луриды,

3-ий класссульфиды и селениды.

Тип 111. Кислородные соединения. Классы: 1- оксиды, 2-гидроксиды и оксигидраты, 3- силикаты, боросиликаты, алюмосиликаиы, 4- бораты, 5- ванадаты, 6-арсениты, 7-фосфаты, 8- селениты и теллуриты, 9-

10

вольфраматы и молибдаты, 10хроматы и селенаты, 11сульфаты, 12карбонаты, 13иодаты , 14нитраты.

Тип 1У. Галлоидные соединения. Классы: 1- хлориды, бромиды, иодиды, 2- оксихлориды и оксифториды, 3- фториды.

Кристаллохимические подклассы минералов: 1) координационные, 2) каркасные, 3) кольцевые, 4) островные, 5) цепные, 6) слоистые.

2.2. ТЕМАТИЧЕСКИЕ ПЛАНЫ ДИСЦИПЛИНЫ Тематический план дисциплины

для студентов очно - заочной формы обучения