Геологический факультет МГУ, кафедра кристаллографии и кристаллохимии, тел. 939-49-74.

Автор - доц. Егоров-Тисменко Юрий Клавдиевич.

Курс читается в 1 семестре для студентов специальностей 011100 - геология, 011400 - гидрогеология и инженерная геология, 011500 - геология и геохимия горючих ископаемых.

Объем курса -54 часа; для специальностей 011100 и 011500 лекции - 18 часов, лабораторные занятия - 36 часов; для специальности 011400 лекции - 36 часов, лабораторные занятия - 18 часов.

Форма контроля. Проверка домашних заданий, контрольные работы и коллоквиум по завершенным темам; для специальностей 011100 и 011400 курс завершается экзаменом, для специальности 011500 - зачетом.

Аннотация. Цель курса - краткое изложение основ кристаллографии - науки о вещественном составе земной коры, являющейся базисом для изучения минералогии, петрографии, геохимии, курса полезных ископаемых, литологии.; раскрытие кристаллической сущности минералов и вытекающих из этого особенностей физических свойств, условий образования и поведения в земной коре, путей поисков полезных ископаемых и создания синтетических материалов с нужными физическими свойствами; обучение студентов практическим навыкам работы с кристаллами, овладение приемами грамотного описания внешней формы и внутреннего (атомного) строения кристаллов, необходимых для правильной интерпретации результатов самостоятельной научной работы и понимания специальной литературы; знакомство с методами исследования кристаллического вещества.

1. Введение в науку. Предмет кристаллографии, ее место среди других естественных наук. Сущность понятий "симметрия", "кристалл". Основные характеристики кристаллического вещества: однородность, анизотропия, способность самоограняться, симметрия. Использование метода и идей симметрии в различных областях современной геологии: при описании реальной формы планеты, ее рельефа и процессов, происходящих на поверхности, при изучении истории развития земной коры. Основные этапы становления и развития науки о кристаллах. Современные кристаллографические области знаний: математическая кристаллография, кристаллохимия, минералогическая кристаллография, органическая кристаллохимия, физическая кристаллография и учение о генезисе кристаллов.

2. Симметрия. Операции и элементы симметрии конечных фигур I и II рода (оси симметрии - поворотные, зеркальные и инверсионные, плоскости симметрии и центр инверсии). Их обозначение в символике Браве. Основной закон симметрии кристаллов - отсутствие осей 5-го и выше 6-го порядков. Правила взаимодействия операций симметрии и их использование при выводе 32-х кристаллографических классов. Координатные системы в кристаллографии, категории, сингонии. Международная символика и символика А.Шенфлиса точечных классов (групп) симметрии. Методы проектирования кристаллов: сферические, стереографические и гномостереографические проекции. Сетка Вульфа. Координаты j и r . Закон постоянства углов (закон Н.Стенона) - основа гониометрии.

3. Символы граней и ребер кристаллов. Понятие "символ грани кристалла", способы его определения. Индексы Вейса и Миллера. Закон Гаюи - закон рациональности отношений параметров граней. Понятия "единичная грань" и ее выбор в кристаллах разных сингоний. Символы ребер кристаллов. Уравнение плоскости Ax + By + Cz = D , его кристаллографическое прочтение. Связь символов граней и ребер кристалла. Графический метод определения символов граней и ребер кристаллов - метод развития зон.

4. Морфология кристаллов. Понятие "простая форма кристаллов", ее характеристики. Понятия "облик" и "габитус" кристалла. Вывод простых форм кристаллов в классах разных сингоний. Комбинационные кристаллы.

5. Рост кристаллов. Кристаллогенезис - возникновение, рост и разрушение кристаллов. Образование кристаллов в природе. Причины и условия образования кристаллов. Механизмы роста и зарождения кристаллов: молекулярно-кинетическая теория Косселя-Странского, спиралевидный рост кристаллов. Дефекты кристаллов, их влияние на скорости роста граней кристаллов. Концентрационные и конвекционные потоки. Влияние симметрии среды на форму растущего кристалла. Пирамиды роста. Секториальное строение кристалла. Влияние примесей на скорости роста граней кристаллов. Морфологические особенности реальных кристаллов: скульптура граней, скелетные формы, дендриты, нитевидные кристаллы, сферокристаллы, сферолиты. Способы выявления истинной симметрии кристаллов. Типы срастаний кристаллов - незакономерные и закономерные (двойники, эпитаксия и др.). Морфологические критерии в поисковой геологии. Краткие сведения о методах выращивания кристаллов.

6. Основы кристаллохимии. Предмет кристаллохимии. Законы кристаллографии и основные свойства кристаллов (анизотропия, симметрия, плоскогранность) в свете решетчатого строения кристаллов. Пространственная решетка - главный элемент симметрии кристаллических структур, геометрическое выражение трехмерной периодичности расположения атомов, ионов, молекул. Типы решеток Браве. Понятие "элементарная ячейка=ячейка Браве", ее параметры. Трансляционные элементы симметрии - плоскости скользящего отражения и винтовые оси. Общие представления о 230 пространственных группах симметрии и правильных системах точек, их характеристики. Основные понятия и термины кристаллохимии: координационное число, координационный многогранник, число формульных единиц. Типы химической связи и их реализация в кристаллических структурах. Гомодесмические и гетеродесмические структуры. Геометрический характер структур. Кристаллохимические радиусы. Геометрические пределы устойчивости ионных структур. Теория плотнейших упаковок и ее использование при описании структур кристаллов. Полиэдрический метод изображения структур - метод Полинга-Белова. Краткие сведения о морфотропии, полиморфизме, политипии, изоморфизме. Кристаллохимия силикатов. Особенности образования и строения силикатов, их классификация. Изоморфизм в классе силикатов.

7. Физические свойства кристаллов. Скалярные, векторные и тензорные физические свойства кристаллов, их симметрия. Связь физических свойств кристаллов с их структурой. Плотность. Механические свойства - твердость, спайность, ковкость, упругость. Оптические свойства кристаллов - показатели преломления, двулучепреломление, оптическая активность. Иммерсионный метод. Поляризационный микроскоп. Цвет. Электрические и магнитные свойства кристаллов.

8. Методы исследования внутреннего строения кристаллов. Общие сведения. Дифракционные и спектроскопические методы исследования вещества. Рентгеновские методы. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Способы получения дифракционных картин. Рентгенофазовый анализ. Электронография. Нейтронография. Резонансные методы.

Работа с реальными кристаллами - ложные формы, ложная симметрия. Знакомство с двойниками кристаллов. Работа с моделями кристаллов минералов. Определение симметрии и построение стереограмм кристаллических многогранников. Выбор кристаллографических координатных осей и единичной грани в кристаллах разных сингоний. Приемы определения символов граней кристаллов. Индицирование (на моделях) кристаллов различных сингоний методом развития зон. Определение простых форм и их характеристика. Решение графических и расчетных задач с применением теорем взаимодействия элементов симметрии. Определение символов граней и ребер кристаллов различными (графическими и расчетными) способами.

Описание симметрии кристаллических структур по их пространственным моделям - выбор элементарной ячейки, определение типа решетки Браве, подсчет числа формульных единиц, определение координационных чисел и многогранников, геометрического характера структуры, описание структуры кристалла в терминах плотнейших упаковок.

Определение типа и формулы кремнекислородного мотива в структурах силикатов. Установление связи между структурой и свойствами кристаллов.

Егоров-Тисменко Ю.К., Литвинская Г.П., Загальская Ю.Г. Кристаллография. М., МГУ, 1992.

Загальская Ю. Г., Литвинская Г.П., Егоров-Тисменко Ю.К. Геометрическая кристаллография. М., МГУ, 1986.

Загальская Ю. Г., Литвинская Г.П., Егоров-Тисменко Ю.К. Руководство к практическим занятиям по кристаллохимии. М., МГУ, 1983.

Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография. М., Высшая школа, 1972.