|
|
  Дисциплина «Сравнительная кристаллохимия новых минералов с гетерополиэдрическими комплексами» входит в базовую часть Блока 1 "Дисциплины (модули) ООП ВО по направлению 05.03.01 020700 «Геология» и изучается студентами на втором курсе магистратуры в третьем семестре. Учащиеся знакомятся с современными взглядами на строение кристаллических веществ, основными принципами разработки новых классификационных схем, с новыми данными по изучению взаимосвязи физико-химических свойств соединений, их строения и условий образования. Студенты получают навыки практической работы по построению моделей кристаллических структур, способам их описания и грамотной интерпретации. Основные задачи курса: 1. Получение студентами знаний об основных принципах строения природных и синтетических соединений с многокомпонентным составом и сложным строением из классов оксидов, карбонатов, боратов, силикатов, фосфатов;
2. С использованием современных программ освоение методов построения проекций кристаллических структур, их описание с выделением постоянных для соединений конкретной группы доминирующих фрагментов, в том числе указывающих на наличие физических свойств соединений.
3. С использованием материалов современных баз данных кристаллических структур освоение методов сравнительного кристаллохимического анализа, определяющего место конкретного соединения в классификационной схеме.
4. Получение знаний об основных критериях современных классификаций соединений классов оксидов, карбонатов, боратов, силикатов, фосфатов, а также о взаимосвязи состава соединения со строением, свойствами и условиями образования.
|
Структура курса
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу или 36 часов, из них:
лекции - 4 часа, семинары - 10 часов, самостоятельная внеаудиторная работа студентов - 22 часа. Форма текущего контроля – проверка домашних работ (6 домашних работ), устные ответы, построение проекций структур, их описание и проведение сравнительного кристаллохимического анализа на семинарских занятиях; промежуточный контрольный тест: проверка подготовленных по материалам лекций рефератов на заданную тему; итоговый контроль – экзамен, который проводится в устной форме.
Содержание курса
Раздел 1. Вводная часть курса: понятие «фундаментальный строительный блок (FBB)», основные типы блоков-модулей и принципы их выделения в структурах соединений с однородными октаэдрическими каркасами и гетерополиэдрическими комплексами.
Лекция 1. Основные принципы модулярного подхода к описанию структур. Прото- и рекомбинационные структуры. Основные принципы модулярного подхода к описанию структур. Прото- и рекомбинационные структуры. Фундаментальные строительные блоки в оксидах со структурным типом скрутинита б-PbO2, диортосиликатах и ортоборатах. Особенности строения мариинскита. Гетерополиэдрические комплексы в структурах редкоземельных природных карбонатов.
Семинар 1. Сравнительный кристаллохимический анализ простых и сложных оксидов со структурным типом скрутинита б-PbO2 (иксиолит, танталит, W-иксиолит, воджинит, китянлингит и корагоит), диортосиликатов и ортотриборатов (флюоборит, гидроксилборит, джаффеит, паинит) с однородными октаэдрическими каркасами. Особенности катионного распределения в композитоподобной структуре мариинскита. Типы гетерополиэдрических комплексов и способы их конденсации в структурах редкоземельных карбонатов минеевита и тулиокита в сравнении с близкими по составу редкоземельными карбонатами натрия, кальция, стронция, бария – членами политипных серий синчизита и доннейита.
Раздел 2. Принципы строения, свойства и фазовые соотношения в группах силикатных минералов с гетерополиэдрическими каркасами.
Семинар 2. Характеристика (М,Т)-гетерополиэдрического каркаса и свойства минералов со структурами данного типа в сравнении с аналогичными характеристиками минералов с однородными октаэдрическими и тетраэдрическими каркасами. Состав и симметрия фундаментального строительного блока минералов групп ловозерита (казаковит, цирсиналит, ловозерит, тисиналит, литвинскит и капустинит). Механизмы трансформаций, причины разнообразия и структурное родство протофаз и новообразованных минералов. Общие черты строения минералов группы лабунцовита (гьердингенит-Na, гьердингенит-Сa, карупмёллерит-Са). Особенности твердофазных превращений в данной группе, их отличие от трансформаций в ловозеритовой группе. Минералы страховит, тайканит и бельковит как примеры соединений с гетерополиэдрическими каркасами.
Семинар 3. Соединения полиморфного ряда глазерит-арканит-оливин (минералы кальцио-оливин, ларнит, мервинит, бредигит, синтетические ортосиликаты кальция). Особенности структурных соотношений в полиморфном ряду Ca2SiO4, механизмы фазовых переходов и причины структурного родства. Выделение глазеритового модуля как фундаментального строительного блока для данного ряда соединений. Теоретическое моделирование возможных гипотетических фаз в ряду арканит-оливин.
Раздел 3. Гетерофиллосиликаты. Сравнительная кристаллохимия новых силикатных минералов со смешанными слоистыми радикалами.
Лекция 2. Новые силикатные минералы со смешанными слоистыми радикалами (гетерофиллосиликаты). Характеристика трехслойных модулей-блоков: Т-О-Т и Н-О-Н на примерах структур слюд и их титаносиликатных аналогов. Способ объединения О- и Н-слоев в трехслойных пакетах и взаимное расположение соседних пакетов. Роль катионного состава слоя и межпакетного пространства при образовании новых минеральных видов.
Семинар 4. Особенности строения минералов группы бафертисита (перролтит, сурхобит) и астрофиллита. Примеры гибридных структур, производных от бафертиситового и астрофиллитового типа (минералы группы розенбушита, камараит, нафертисит и кариохроит). Гетерофиллосиликаты с псевдокаркасными постройками и микропоровые силикаты с гетерополиэдрическими каркасами. Пириболы и биопириболы. Строение минералов семейства «палысепиолов» как производных от пироксенов и амфиболов. Примеры. Особенности строения интерсилита и его место в ряду родственных структур.
Раздел 4. Особенности строения боратов. Модулярный подход в кристаллохимии природных и синтетических боратов со слоистыми борокислородными радикалами.
Лекция 3. Основные строительные единицы в кристаллических структурах боратов. Наиболее распространенные структурные фрагменты. Классификация боратных минералов. Основные классификационные схемы (Крист и Кларк, Штрунц). Роль воды в структурном разнообразии диборатов с постоянным отношением CaО:В2О3=1:1 и триборатов с CaО:В2О3=2:3. Типология слоев и примеры слоистых структур боратов с различными фундаментальными строительными единицами.
Семинар 5. Филлопентабораты групп бирингучита и витчита. Общие черты строения трех политипных модификаций витчита, волковскита, синтетических (Ca, Sr, Ba)-пентаборатов с дополнительными В-треугольниками и без них. Состав трехслойных пакетов. Особенности симметрийной связи слоев одного пакета и соседних пакетов. Принцип выделения фундаментального строительного блока, его состав и точечная симметрия. Теоретическое моделирование политипов витчитоподобных пентаборатов. Влияние состава, симметрии блоков и способов их объединения в структуре на разнообразие минеральных видов рассмотренных пентаборатов (на примере бирингучита, назинита, говерита)
Раздел 5. Основные принципы анион-центрированной кристаллохимии на примере оксофосфатов висмута и переходных металлов член политипной серии редкоземельных карбонатов натрия, кальция, стронция, бария.
Лекция 4. Особенности строения и основные принципы анион-центрированной кристаллохимии оксидов и оксосолей висмута и переходных элементов. Особенности строения и структурная обусловленность ионно-проводящих и магнитных свойств фосфатов висмута и цветных металлов, синтезированных в гидротермальных условиях. Принципы выделения комплексов из анион-центрированных тетраэдров и треугольников и сравнительный кристаллохимический анализ указанных соединений. Синтетические аналоги природных висмут содержащих оксосолей (намибит, щуровскиит).
Вопросы для подготовки к экзамену (семестр 11).
- Понятие «фундаментальный строительный блок» и принципы его выделения в структурах.
- Минералы с однородными октаэдрическими каркасами. Особенности строения, причины видового разнообразия на примере соединений структурных типов скрутинита и флюоборита.
- Особенности катионного распределения в структуре природного сложного оксида мариинскита.
- Минералы с гетерополиэдрическими комплексами. Особенности строения на примере редкоземельных карбонатов.
- Характеристика гетерополиэдрического (смешанного) каркаса. Особенности строения и свойства минералов данного типа, их отличие от минералов с однородными октаэдрическими и тетраэдрическими каркасами.
- Строение и свойства микропоровых минералов с гетерополиэдрическими каркасами групп ловозерита и лабунцовита.
- Особенности строения и причины разнообразия минеральных видов групп ловозерита и лабунцовита.
- Механизмы твердофазных превращений в группах ловозерита и лабунцовита. Общие черты и различия.
- Особенности структурных соотношений в полиморфном ряду Ca2SiO4.Структурные типы глазерита-арканита-оливина.
- Механизмы фазовых переходов и причины структурного родства синтетических и природных соединений полиморфного ряда Ca2SiO4.
- Глазеритовый модуль как фундаментальный строительный блок соединений полиморфного ряда Ca2SiO4. Способы комбинаций блока в структурах, производных от глазеритовой.
- Характеристика трехслойных модулей-блоков: Т-О-Т и Н-О-Н на примерах структур слюд и их титаносиликатных аналогов.
- Особенности строения минералов групп бафертисита и астрофиллита. Роль катионного состава и способа объединения трехслойных пакетов при образовании новых минеральных видов.
- Гибридные структуры, производные от структур бафертиситового и астрофиллитового типов. Примеры.
- Сходство и различие гетерофиллосиликатов с псевдокаркасными постройками и микропоровых силикатов с гетерополиэдрическими каркасами.
- Строение минералов семейства «палысепиолов» как производных от пироксенов и амфиболов. Примеры.
- Особенности строения интерсилита и его место в ряду родственных структур.
- Основные строительные единицы в кристаллических структурах боратов. Наиболее распространенные структурные фрагменты.
- Основные классификационные схемы боратных минералов. Примеры структур минералов с однородными борокислородными радикалами.
- Типология слоев и примеры слоистых структур боратов с различными фундаментальными строительными блоками.
- Общие черты строения филлопентаборатов групп бирингучита и витчита.
- Трехслойные пакеты в структурах пентаборатов с полярными борокислородными слоями. Их состав. Особенности симметрийной связи слоев внутри пакета и между отдельными пакетами.
- Принцип выделения фундаментального строительного блока в группе витчитоподобных пентаборатов, его состав и точечная симметрия.
- Влияние состава, симметрии фундаментальных строительных блоков и способов их объединения в структурах витчитоподобных политипов на разнообразие минеральных видов. Особенности структур бирингучита, назинита и говерита.
- Особенности строения триборатов с постоянным отношением CaО:В2О3 = 2:3 и роль воды в структурном разнообразии минералов указанной группы.
- Основные принципы анион-центрированной кристаллохимии на примере висмут содержащих оксидов и оксосолей. Особенности строения указанных соединений и структурная обусловленность свойств.
- Принципы выделения комплексов из анион-центрированных тетраэдров и треугольников и сравнительный кристаллохимический анализ синтетических оксофосфатов висмута.
Основная литература
- Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. – М.: Недра. 1976. 344 с.
- Бокий Г.Б. Кристаллохимия. – М.: Наука. 1971. 400 с.
- Воронков А.А., Шумяцкая Н.Г., Пятенко Ю.А. Кристаллохимия минералов циркония и их искусственных аналогов. – М.: Наука. 1978. 182 с.
- Егоров-Тисменко Ю.К. Кристаллография и кристаллохимия. – М.: Изд-во Книжный дом «Университет». 2005. 592 с.
- Звягин Б.Б. «Модулярный аспект кристаллических структур» // Кристаллография. 1993. Т.38. №1. С. 104-115.
- Пятенко Ю.А., Воронков А.А., Пудовкина З.В. Минералогическая кристаллохимия титана. – М.: Наука. 1976. 155 с.
- Расцветаева Р.К., Аксенов С.М. «Кристаллохимия силикатов с трехслойными ТОТ- и НОН-модулями слоистого, ленточного и смешанного типа» // Кристаллография. 2011. Т.56. №6. С. 975-1000.
- Урусов В.С., Еремин Н.Н. Кристаллохимия. Краткий курс. Учебник. Изд-во МГУ. 2010. 256 с.
- Хомяков А.П. Минералогия ультраагпаитовых щелочных пород. – М.: Наука.1990. 196 с.
- Ямнова Н.А., Егоров-Тисменко Ю.К., Гобечия Е.Р. и др. «Новые данные о полиморфных модификациях безводного двухкальциевого ортосиликата» // В сб. «Новые данные о минералах». Изд-во Минерал. Музея. 2008. №43. стр.54-71.
- Ямнова Н.А., Аксенов C.М., Еремин Н.Н. «Модулярное строение политипов витчита и родственных пентаборатов» // В сб. «Новые данные о минералах». Изд-во Минерал. Музея. 2014. №48. С.77-91.
- Christ C.L, Clark R.J. « Ferraris G., Makovicky E., Merlino S. Crystallography of Modular Materials. 2004. Oxford University Press. 370 pp.
- Ferraris G., Makovicky E., Merlino S. Crystallography of Modular Materials. 2008. Oxford University Press. 384 pp.
- Ferraris G., Gul Hawthorne F.C. «Structural hierarchy in VIMxIIITyOz minerals» // Canadian Mineralogist.1986.V.24. P. 625-642.
- Strunz H., Nickel E.H. Strunz Mineralogical Strunz H. «Classification of borate minerals» // Europe Journal of Mineralogy. 1997. V. 9. P. 225-232.
Лектор:
|
|