Научная конференция: "2014 год - международный год кристаллографии. ЮНЕСКО"
творческая работа учащихся по химии (10 класс) на тему

Научная конференция, посвященная Международному году кристаллографии.

            План проведения конференции.        

1.Вступительное слово учителя химии Голубятниковой И.С.

2. «Введение в кристаллографию» - выступление Тищенко Татьяны и Елфимова Владимира с презентацией.

3. «Современная кристаллография. Роль кристаллографии в создании новых материалов»- выступление Яковенко Екатерины и Кочмарева Никиты с презентацией.

4. «Создание нанотехнологий»- выступление Бекмамбетовой Дианы и Яценко Дарьи с презентацией.

5. « Методика выращивания кристаллов в домашних условиях»- выступление с презентацией и демонстрацией выращенных кристаллов Ильиной Екатерины.

6. «Кристаллография крымской природы»- презентация Федорчук  Павла.

7. Обобщение материала. Выступления учащихся о прослушанной конференции.

8. Участники конференции – учащиеся 10 классов. Гости - зам директора по УВР Стаменова О.В., руководитель МО историков Абдуллаева Р.М., учитель географии Руденская Н.И. Время проведения 21 апреля  2014 года  с 8час.30мин.- 9час.20мин.

9.Вручение Грамот участникам конференции.

Введение в кристаллографию

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ (от кристаллы и греч. grapho - пишу, описываю) - наука об атомно-молекулярном строении, симметрии, физ. свойствах, образовании и росте кристаллов. Зародилась в древности в связи с наблюдениями над природными кристаллами, имеющими естеств. форму правильных многогранников. Как самостоят, наука К. существует с сер. 18 в. В 18-19 вв. развивалась в тесной связи с минералогией как дисциплина, устанавливающая закономерности огранки кристаллов [Р. Гаюи (R. Haiiy), 1784]. Была разработана теория симметрии кристаллов - их внеш. форм (А. В. Гадолин, 1867) и внутр. строения [О. Браве (A. Bravais), 1848; Е. С. Фёдоров, 1890; А. Шёнфлис (A. Shoenflies), 1891]. Совокупность методов описания кристаллов и закономерности их огранення составляют содержание геометрической К. На основе геом. К. возникла гипотеза об упорядоченном трёх-мерно-периодич. расположении в кристалле составляющих его частиц, в совр. понимании - атомов и молекул, к-рые образуют кристаллическую решётку. Матем. аппарат К. основан на дискретной геометрии, теории групп, тензорном исчислении и теории преобразований Фурье.

Исследования дифракции рентг. лучей в кристаллах [М. Лауэ (М. Laue), 1912] экспериментально подтвердили их периодич. решётчатое строение. Первые рентгенографич. расшифровки атомной структуры кристаллов NaCl, алмаза, ZnS и др., осуществлённые в 1913 У. Г. Брэггом (W. Н. Bragg) и У. Л. Брэггом (W. L. Bragg), положили начало структурной К. Изучение прохождения света через кристаллы позволило сформулировать закономерности анизотропии свойств кристаллов (см. Кристаллооптика ).Дальнейшее изучение атомной структуры кристаллов связано с именами Л. Полинга (L. Pauling), В. Гольдшмидта (V. Goldschmidt), Дж. Бернала (J. Bernal) и Н. В. Белова; исследование физ. свойств кристаллов и их роста - с именами И. Н.Странского (I. N. Stranski), Г. В. Вульфа, А. В. Шубникова и др.

Для совр. К. характерны дальнейшее исследование атомной и дефектной структуры кристаллов, процессов их роста и поиск новых свойств кристаллов как единой комплексной проблемы, направленной на получение новых материалов с важными физ. свойствами. Результаты этих исследований широко используются в физике, минералогии, материаловедении и металловедении, химии, мол. биологии и др.

В структурной К. исследуется атомно-молекулярное строение кристаллов методами рентгеновского структурного анализа, электронографии, нейтронографии, опирающимися на теорию дифракции волн и частиц в кристаллах. Применяются также методы оптич. спектроскопии, электронной микроскопии и др. В результате определена кристаллич. структура более 105 хим. веществ. Изучение законов взаимного расположения атомов в кристаллах и хим. связей между ними, а также явлений изоморфизма и полиморфизма является предметом кристаллохимии. Исследования т. н. биологических кристаллов, позволившие определить структуру гигантских молекул белков и нуклеиновых к-т, связывают К. с молекулярной биологией.

При изучении процессов зарождения и роста кристаллов (см. Кристаллизация)используются общие принципы термодинамики и закономерности фазовых переходов и поверхностных явлений с учётом взаимодействия кристалла со средой, анизотропии свойств и атомно-молекулярной структуры кристаллов. В К. изучаются также разнообразные нарушения идеальной кристаллич. решётки - разл. дефекты ,в т. ч. дислокации, возникающие в процессе роста кристаллов или в результате разл. внеш. воздействий на них и определяющие их свойства.

Исследование механич., оптич., электрич. и магн. свойств кристаллов является предметом кристаллофизики, к-рая смыкает К. с физикой твёрдого тела. Возникший на основе исследования роста кристаллов пром. синтез алмаза, рубина, Ge, Si и др. (см. Синтетические кристаллы) - основа квантовой и полупроводниковой электроники, оптики, акустики и др.

В К. исследуются строение и свойства разнообразных агрегатов из микрокристаллов (поликристаллов, текстур, керамик), а также веществ с атомной упорядоченностью, близкой к кристаллической (жидких кристаллов, полимеров). Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые в К., находят применение при рассмотрении общих закономерностей строения и свойств аморфных тел и жидкостей, полимеров, квазикристаллов ,макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. (обобщённая К.).

КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

Кристаллом (от греч. krystallos - "прозрачный лед") вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли "кристальными". Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, "магический" шар гадалок - хрустальным шаром. Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце 17 в. было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. В конце концов кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку. Заметной вехой в истории кристаллографии явилась книга, написанная в 1784 французским аббатом Р. Гаюи. Он выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал "молекулярными блоками". Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие "кирпичики". Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме "кирпичиков", так и в способе их укладки. Со времен Гаюи было принято как гипотеза, что в правильной форме кристалла находит отражение упорядоченное внутреннее расположение частиц, но это было подтверждено лишь в 1912, когда М.фон Лауэ в Мюнхене установил, что рентгеновские лучи дифрагируют на атомных плоскостях внутри кристалла. Падая на фотографическую пластинку, дифрагированные лучи создают на ней геометрический узор из темных пятен. По положению и интенсивности таких пятен можно рассчитать размеры структурной единицы и определить расположение атомов в ней. Имея в виду возможность прямого исследования внутренней структуры, многие занимающиеся кристаллографией стали употреблять термин "кристалл" в применении ко всем твердым веществам с упорядоченной внутренней структурой. Нужны лишь благоприятные условия, полагали они, чтобы внутренняя упорядоченность проявилась в виде правильной наружной огранки. Некоторые ученые предпочитают называть твердые вещества с внешне не проявляющейся внутренней упорядоченностью "кристаллическими", а под "кристаллами" понимать, как это было когда-то, твердые вещества с природной огранкой.

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Атомы, из которых состоят газы, жидкости и твердые вещества, имеют разную степень упорядоченности. В газе атомы и небольшие группы атомов, соединенные в молекулы, находятся в постоянном беспорядочном движении. Если охлаждать газ, то достигается температура, при которой молекулы сближаются друг с другом, насколько это возможно, и образуется жидкость. Но атомы и молекулы жидкости все-таки могут скользить относительно друг друга. При охлаждении некоторых жидкостей, например воды, достигается температура, при которой молекулы застывают в относительной неподвижности кристаллического состояния. Эта температура, разная для всех жидкостей, называется температурой замерзания. (Вода замерзает при 0° С; при этом молекулы воды упорядоченно соединяются друг с другом, образуя правильную геометрическую фигуру.) У каждой частицы вещества (атома или молекулы), находящегося в кристаллическом состоянии, окружение точно такое же, как и у любой другой частицы того же типа во всем кристалле. Другими словами, ее окружают вполне определенные частицы, находящиеся на вполне определенных расстояниях от нее. Именно это упорядоченное трехмерное расположение характерно для кристаллов и отличает их от других твердых веществ.

ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Вообще говоря, кристаллы образуются тремя путями: из расплава, из раствора и из паров. Примером кристаллизации из расплава может служить образование льда из воды, так как вода, в сущности, не что иное, как расплавленный лед. К кристаллизации из расплава относится и процесс образования вулканических пород. Магма, проникающая в трещины земной коры или вытесняемая в виде лавы на ее поверхность, содержит многие элементы в разупорядоченном состоянии. При охлаждении магмы или лавы атомы и ионы разных элементов притягиваются друг к другу, образуя кристаллы различных минералов. В таких условиях возникает много зародышей кристаллов. Увеличиваясь в размере, они мешают друг другу расти, а поэтому гладкие наружные грани у них образуются редко.

Кристаллы в природе образуются также из растворов, примером чему могут служить сотни миллионов тонн соли, выпавшей из морской воды. Такой процесс можно продемонстрировать в лаборатории с водным раствором хлорида натрия. Если дать воде возможность медленно испаряться, то в конце концов раствор станет насыщенным и дальнейшее испарение приведет к выделению соли. Положительно заряженные ионы натрия притягивают отрицательно заряженные ионы хлора, в результате чего образуется зародыш кристалла хлорида натрия, который выделяется из раствора. При дальнейшем испарении другие ионы пристраиваются к образовавшемуся ранее зародышу, и постепенно растет кристалл с характерной внутренней упорядоченностью и гладкими наружными гранями.
Кристаллы образуются также непосредственно из пара или газа. При охлаждении газа электрические силы притяжения объединяют атомы или молекулы в кристаллическое твердое вещество. Так образуются снежинки; воздух, содержащий влагу, охлаждается, и прямо из него вырастают снежинки той или иной формы.