Детально будут рассмотрены темы:
1. Что такое кристаллы и их строение.
Кристалл как геометрическое тело и физический объект. История развития учения о кристаллах. Природные и синтетические кристаллы, их отличия. Онтогения. Изоморфизм – важнейший фактор ограничения возможного сочетания химических элементов в природных соединениях. Эффект улавливания микропримеси в реальных кристаллических образованиях. Симметрические закономерности, наблюдаемые в кристаллическом веществе. Образование кристаллов в природе. Методы получения кристаллов.
2. Удивительная огранка кристаллов, простые формы.
Внешняя огранка кристаллов как отражение его внутреннего строения. Законы Кюри-Вульфа, определяющие равновесную огранку кристаллического индивида. Возможные сочетания элементов симметрии кристаллических многогранников. Понятие простой формы, как семейства взаимосвязанных граней. 47 простых форм кристаллических многогранников. Разбор возможных сочетаний простых форм кристаллов. Создание трехмерных моделей кристаллов различной симметрии c помощью современных программ – визуализаторов внешней формы кристаллов.
3. Минералы высоких температур и давлений глубинных сфер Земли.
Современные представления о химическом и минеральном составе Земных оболочек. Источники получения информации о глубинных оболочках Земли. Структурные трансформации в глубинных геосферах. Основные минеральные фазы мантии Земли. Ядро Земли – его строение и гипотезы о химическом и минеральном составе. Возможности современной аппаратуры для имитации термодинамической обстановки глубинных геосфер. Теоретическое предсказание процессов в мантии и ядре Земли.
4. Рентгеновские лучи, интерференция и дифракция, как основа для изучения строения кристаллов.
Физика рентгеновских лучей: открытие рентгеновского излучения; рентгеновский спектр; устройство рентгеновской трубки; синхротронное излучение; рассеяние, интерференция и дифракция рентгеновских лучей на кристалле; формула Вульфа – Брегга. Современные порошковые и монокристальные рентгеноструктурные исследования, как метод увидеть строение кристаллических веществ.
5. Природные (минералы) и синтетические кристаллы с функциональными свойствами.
Кристаллы в современном мире: от растений, живых организмов, космоса, неживой природы, продуктов питания до применения в технологических процессах. Связь между кристаллической структурой и функциональными свойствами. Силикаты: цеолиты и глинистые минералы, с ионнообменными и сорбционными свойствами. Кристаллы с катионами переходных металлов с технологически важными магнитными свойствами. Фосфаты щелочных и переходных металлов, как материалы для щелочных батарей.
6. Калейдоскоп кристаллических структур.
Обзор современных способов визуализации кристаллических структур. Установка на компьютер и практические приемы работы с визуализатором VESTA. Создание шарико-стрежневых и полиэдрических моделей наиболее распространенных структурных типов минералов и важнейших неорганических соединений. Возможности экспорта и импорта изображений кристаллических структур и создание трехмерных объектов.
Полученные знания учителя смогут применить в школьных курсах для 8-11 классов по физике (темы «Свойства твердых тел», «Оптика и световые явления», «Рентгеновское излучение и радиоактивность»); по химии (темы «Важнейшие представители неорганических веществ», “Вещества молекулярного и немолекулярного строения”, “Зависимость свойств веществ от особенностей их кристаллической решетки”, “Оксид кремния (IV), его природные разновидности”, “Силикаты”, “Химический состав ядра, мантии и земной коры”) и по математики (“Многогранники”).
На базе полученных знаний и навыков учителя смогут рассказать школьникам о химическом разнообразии, геометрии внешних форм, сложном внутреннем устройстве и обусловленности физических свойств кристаллических материалов, которые широко встречаются в нашей повседневной жизни и без которых невозможно развитие современного общества с высоким уровнем технологий.
