Приведенный ниже перечень вопросов для компьютерного теста состоит из восьми разделов. Соответственно, задание, получаемое студентом в виде бланка, содержит восемь вопросов – по одному из каждого раздела (комбинацию вопросов определяет компьютер с помощью таблицы случайных чисел). Если на лицевой стороне бланка места для ответа не хватает, можно воспользоваться оборотной стороной, сделав пометку: см. оборот. Максимальная оценка одного ответа – 1, минимальная – 0 (возможны и промежуточные оценки 0.1, 0.2, ... 0.9). За особо неудачные (глупые) ответы, демонстрирующие полное незнание или непонимание важных вопросов, ставятся отрицательные оценки: –0.5 и –1. Сумма 6.5 и выше соответствует стандартной оценке
отлично (5), сумма от 5.0 до 6.4 –
хорошо (4), сумма от 3.5 до 4.9 –
удовлетворительно (3), меньше, чем 3.5 –
неудовлетворительно (2).
Ответы должны быть краткими, но не односложными. Рекомендуется дать пояснения, дополнения к ответу, свидетельствующие о неформальном знании и понимании вопроса (примеры см. в разделе "образцовая шпаргалка"). За правильные, но односложные ответы выставляются промежуточные оценки. Помните: стандартные формальные ответы, буквально воспроизводящие те или иные учебные материалы или дословно повторяющиеся в студенческих работах, свидетельствуют о списывании или зубрежке, что, естественно, снижает оценку ответов.
В ответе на вопрос "приведите примеры..." требуется привести два, а лучше три примера; желательно дать комментарии (пояснения) к приведенным примерам.
На выполнение задания дается 30 минут.
Пользоваться книгами, конспектами, распечатками, шпаргалками не разрешается.
Опасайтесь "самодельных" шпаргалок! В них часто встречаются грубые ошибки.
Примечание. Вопросы, поставленные в квадратные скобки – опущенный материал. В компьютерном тесте текущего года этих вопросов не будет.
1. Задачи и основные понятия кристаллохимии.
История рентгеноструктурного анализа и кристаллохимии
- Перечислите основные задачи кристаллохимии.
- Что такое "обобщенная кристаллохимия"?
- Что такое "идеальный кристалл"? Чем реальная структура кристалла отличается от идеальной?
- Что такое "элементарная ячейка"?
- Чем различаются понятия "кристаллическая структура" и "кристаллическая решетка"? Поясните на примере.
- Укажите основные способы моделирования кристаллических структур.
- Что такое "тепловой эллипсоид" атома?
- Какой смысл имеет функция пространственного распределения электронной плотности? Чему соответствуют максимумы этой функции (в стандартном рентгеноструктурном анализе)?
- Что такое "деформационная электронная плотность"? Чему соответствуют максимумы этой функции (в прецизионном рентгеноструктурном анализе)?
- Что такое изоструктурность кристаллических веществ? Приведите примеры.
- Приведите примеры бинарных химических соединений, кристаллизующихся с образованием изоструктурных веществ.
- Приведите примеры изоструктурных кристаллов тернарных химических соединений.
- Что такое изоморфизм? Приведите примеры различных типов изоморфизма.
- Что такое "твердые растворы внедрения"? Приведите пример.
- Что такое "твердые растворы вычитания"? Приведите пример.
- Что такое полиморфизм? Приведите примеры полиморфизма (желательно из разных классов химических соединений).
- Что такое морфотропия? Приведите примеры.
- Перечислите основные типы полностью упорядоченных конденсированных фаз.
- Перечислите основные типы частично упорядоченных конденсированных фаз.
- Что такое "квазикристалл"?
- Назовите основные типы жидких кристаллов.
- Когда и кем была открыта дифракция рентгеновских лучей на кристаллах?
- Когда и кем были изучены первые кристаллические структуры? Какие это были структуры?
- Кому принадлежат первые кристаллохимические обобщения, основанные на дифракционных данных? Когда они были сделаны и в чем заключались?
2. Рентгеноструктурный анализ и другие дифракционные методы определения кристаллической структуры.
- Какое физическое явление лежит в основе рентгеноструктурного анализа? На чем рассеиваются рентгеновские лучи?
- Назовите основные способы получения дифракционной картины в рентгенографии.
- Какие формулы выражают зависимость направлений дифракционных лучей от строения кристаллов?
- Какие характеристики кристаллического вещества можно получить с помощью уравнения Брэгга-Вульфа?
- Что такое "структурная амплитуда"?
- Какие формулы выражают зависимость интенсивности дифракционного луча от кристаллической структуры?
- Что такое R-фактор (фактор недостоверности) в рентгеноструктурном анализе?
- В каком виде представляется распределение электронной плотности в стандартном варианте рентгеноструктурного анализа? Приведите формулу. Какие характеристики кристалла извлекают из этой функции?
- В чем состоит процедура уточнения кристаллической структуры в рентгеноструктурном анализе?
- Какую дополнительную информацию дает прецизионный рентгеноструктурный анализ по сравнению со стандартным вариантом этого метода?
- Каково назначение и общие принципы устройства автоматического дифрактометра?
- Для какой цели используется рентгенофазовый анализ? В чем сущность этого метода?
- Какие дифракционные методы (кроме рентгенографии) используются для определения структуры кристаллов? В чем их преимущества и недостатки?
- Какое физическое явление лежит в основе нейтронографии и электронографии? На чем рассеиваются нейтроны и электроны?
3. Структуры простых веществ и интерметаллидов
- Перечислите важнейшие (наиболее широко распространенные) структурные типы металлов. Кратко охарактеризуйте особенности этих структур.
- Приведите примеры металлов, структура которых представляет собой двухслойную плотнейшую шаровую упаковку. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?
- Приведите примеры металлов, структура которых представляет собой трехслойную плотнейшую шаровую упаковку. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?
- Приведите примеры металлов, структура которых представляет собой объемноцентрированную кубическую кладку. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?
- Назовите несколько различных типов аномальных кристаллических структур металлов. Поясните эти примеры.
- Приведите примеры и кратко опишите строение металлов, структуры которых представляют собой искаженные структурные типы меди и магния.
- Приведите примеры и кратко охарактеризуйте структуры металлов, представляющие собой многослойные плотнейшие шаровые упаковки.
- Опишите особенности кристаллических структур ртути и полония.
- Чем определяется предпочтительное число ковалентных связей в кристаллических структурах неметаллов? Приведите примеры.
- Какую структуру имеют отвердевшие инертные газы?
- Опишите особенности высокотемпературных кристаллических модификаций фтора и кислорода.
- Какое видоизменение кристаллической структуры наблюдается в ряду Cl2, Br2, I2?
- Перечислите важнейшие модификации серы. Кратко охарактеризуйте их структуру.
- Каков характер кристаллических структур серого и красного селена? Кратко опишите основные особенности этих структур.
- Какую координацию имеют атомы в кристаллах теллура, мышьяка и германия? Каковы координационные числа и координационные многогранники в этих структурах?
- Опишите структурные особенности двух кристаллических модификаций азота.
- Каков характер структуры белого и черного фосфора? Кратко опишите основные особенности этих структур.
- Какое видоизменение кристаллической структуры наблюдается в ряду As, Sb, Bi?
- Сравните кристаллические структуры гексагонального мышьяка и ортогонального черного фосфора.
- Перечислите и кратко опишите важнейшие кристаллические формы углерода.
- Кратко опишите особенности кристаллических структур кремния, германия и олова.
- Кратко опишите кристаллическую структуру одной из тетрагональных модификаций бора (B-50). Укажите координационные числа и многогранники атомов бора в этой структуре.
- Опишите особенности кристаллической структуры галлия.
- Назовите и кратко опишите интерметаллиды, подобные меди, магнию, a-железу.
- Что такое фазы Лавеса? Приведите примеры.
- Чем структура интерметаллида Cu3Au отличается от структуры сплава того же состава? Какова симметрия кристаллических структур сплава и интерметаллида Cu3Au?
- Чем структура интерметаллида CuAu отличается от структуры сплава того же состава? Какова симметрия кристаллических структур сплава и интерметаллида CuAu?
4. Строение кристаллов AX и XY
- Опишите следующие структурные типы ионных кристаллов: CsCl, NaCl, CaF2. Какова координация ионов в этих веществах?
- Чем различаются структуры вюрцита и сфалерита?
- Каков характер кристаллической структуры Cu2O? Какова координация атомов в этом веществе?
- Назовите известные вам модификации SiO2; сопоставьте их с модификациями углерода.
- Укажите важнейшие различия структур CO2 и SiO2.
- Какое строение имеют кристаллы обычного льда (Ih)? Сколько водородных связей образует молекула
воды в этих кристаллах? Как эти связи расположены?
- Чем похожи и в чем различаются структуры гексагонального BN и графита?
- Приведите примеры островных кристаллических структур из числа простых и бинарных веществ.
- Приведите примеры цепочечных кристаллических структур бинарных соединений AX и XY.
- Приведите примеры слоистых кристаллических структур AX и XY.
- Приведите примеры гомодесмических структур AX и XY с ковалентными связями.
- Опишите мотив заполнения пустот в корунде Al2O3.
- Приведите примеры кристаллических структур AX, где металл имеет координационный многогранник в виде:
а) октаэдра, б) тетрагональной дипирамиды,
в) тригональной призмы.
- Приведите примеры структур AX, где атомы A координированы:
а) по тетраэдру, б) по квадрату.
- Приведите и кратко опишите примеры плотноупакованных и ажурных кристаллических структур, где атомы A координированы по октаэдру.
- В чем сходство и различие кристаллических структур CaF2 и Li2O?
- В чем сходство и различие кристаллических структур NiAs и NaCl? Какова координация атомов в этих структурах?
- Что такое политипия? Приведите примеры гомо- и гетеродесмических политипов.
- В чем сходство и различие кристаллических структур CdI2 и CdCl2? Каков характер этих структур?
5. Строение кристаллов тернарных соединений и силикатов
- Опишите строение кристаллов BaTiO3 (тип перовскита).
- Какое строение имеют натрий-вольфрамовые бронзы NaxWO3?
- Какие изменения в структуре BaTiO3 (тип перовскита) происходят при переходе в сегнетоэлектрическое состояние?
- Укажите важнейшие особенности строения кристаллов шпинели MgAl2O4.
- Опишите кристаллическую структуру K2PtCl6.
- Особенности структур кальцита и арагонита. В чем их сходство и в чем различие?
- Особенности кристаллических структур Na2SO4 и NiSO4.
- Особенности кристаллической структуры CuSO4·5H2O.
- В чем заключается основное различие кристаллических структур алюмосиликатов и силикатов алюминия? Привести примеры (можно без брутто-формул).
- Изобразите характерные кремнекислородные мотивы островных силикатов и укажите их составы.
- Изобразите характерные кремнекислородные мотивы цепочечных силикатов и укажите их составы.
- Приведите пример характерного расположения кремнекислородных тетраэдров в слоистых силикатах (требуется изобразить расположение кремнекислородных тетраэдров и указать состав слоя).
- Приведите примеры зависимости свойств силикатов от их структуры.
- Какие структурные особенности характерны для цеолитов?
- В чем состоит основное различие кристаллических структур силикатов и карбонатов?
- Объясните процесс набухания слоистых силикатов.
- Особенности строения "молекулярных сит".
- Каковы основные особенности кристаллических структур пентасилов?
6. Органическая кристаллохимия
- Приведите примеры кристаллических веществ, относящихся к гомомолекулярным и гетеромолекулярным.
- Что такое моно- и полисистемные молекулярные кристаллы? Приведите примеры.
- Каковы особенности молекулярных кристаллов, относящихся к типам A, B и C? Приведите примеры структур.
- Назовите и кратко охарактеризуйте несколько структурных классов из числа наиболее распространенных среди гомомолекулярных органических кристаллов. Приведите примеры структур, относящихся к этим классам.
- Какой элемент симметрии чаще всего встречается в органических кристаллах? Какая сингония наиболее широко распространена среди этих веществ? Приведите примеры.
- Что такое "контактная конформерия"? Укажите ее основные типы (желательно с примерами).
- Что такое локальная псевдосимметрия молекулярных подсистем в органических кристаллах. Приведите примеры ее реализации.
- Какой элемент собственной симметрии молекулы чаще всего сохраняется в кристаллической структуре? Приведите примеры сохранения этого элемента симметрии в кристалле.
- Назовите структурные классы, в которых а) все молекулы ориентированы одинаково, б) имеются две различные ориентации. Приведите соответствующие примеры кристаллических веществ.
- Сколько различных ориентаций молекул чаще всего наблюдается в структуре органического кристалла? Укажите соответствующие структурные классы.
- Схематически изобразите расположение молекул в кристаллах нафталина. Сколько различных ориентаций молекул наблюдается в этом веществе?
- Что такое структурные подклассы органических кристаллов? Приведите примеры.
- Назовите и схематически изобразите молекулярные агломераты, которые чаще всего встречаются в органических кристаллах.
- В чем сущность теории плотной упаковки молекул?
- Приведите примеры использования ван-дер-ваальсовых радиусов в органической кристаллохимии.
- Укажите характерные черты ротационно-кристаллического состояния ("пластических фаз") на примере органических веществ.
- Приведите примеры специфических межмолекулярных контактов.
- Укажите важнейшие типы межмолекулярных контактов бензольных колец и приведите примеры кристаллических структур, в которых они встречаются.
- Каковы характерные значения основных геометрических характеристик межмолекулярной водородной связи X–H...Y?
- Что такое "сопряженные (кооперативные) водородные связи"? Приведите примеры.
- Что представляет собой набор структурных параметров, описывающих строение молекулярного кристалла?
- Напишите формулы для вычисления энергии межмолекулярного взаимодействия в атом-атомном приближении и дайте пояснения.
- Напишите формулы для вычисления потенциальной энергии органического кристалла и дайте пояснения.
7. Характерные особенности некоторых органических
кристаллических структур
- Укажите структурный класс и опишите особенности кристаллической структуры гексаметилбензола.
- Укажите особенности кристаллической структуры уротропина.
- Укажите структурный класс и подкласс кристаллов нафталина и антрацена.
- Укажите структурный класс и опишите особенности кристаллической структуры толана.
- Каковы особенности строения ортогональной модификации кристаллического бензола?
- Укажите основные особенности строения кристаллических н-алканов.
- Схематично изобразите основные типы агрегатов, образованных межмолекулярными водородными связями OH...O в кристаллах карбоновых кислот CnH2n+1COOH, где CnH2n+1 – н-алкил.
- Каковы особенности кристаллических структур фенола и о-крезола (о-метилфенола)?
- Сопоставьте строение двух кристаллических полиморфных модификаций 6-метилурацила.
- Сопоставьте строение трех кристаллических полиморфных модификаций п-дихлорбензола.
- Каковы особенности кристаллических структур диметилглиоксимата никеля и салицилалимината никеля?
- Опишите основные особенности строения нескольких типов кристаллических клатратов.
8. Описание некоторых простых кристаллических структур
(в частности структур, входящих в "джентльменский набор")
- Дайте описание ("словесный портрет") указанной структуры.
|
Cu
|
Mg
|
a-Fe
|
a-Po
|
алмаз
|
Li2O
|
Cu2O
|
|
ZnS (сфалерит)
|
CaF2
|
NaCl
|
CsCl
|
BaTiO3
|
Cu3Au
|
|
- Опишите указанную структуру в терминах ПШУ/ПШК.
|
CuAu
|
Cu3Au
|
Mg3Cd
|
Fe3Al
|
NiAs
|
Li2O
|
CaF2
|
|
NaCl
|
CsCl
|
CdCl2
|
ZnS (сфалерит)
|
ZnS (вюрцит)
|
BaTiO3
|
MgAl2O4
|
- Изобразите проекцию указанной структуры
|
Cu3Au
|
алмаз
|
a-графит
|
ReO3
|
BaTiO3
|
|
BN (гекс.)
|
CaF2
|
ZnS (сфалерит)
|
Cu2O
|
|
- Каковы характер структуры и координация атомов в указанных кристаллах?
|
Cu
|
Mg
|
La
|
Sm
|
CuAu
|
Cu3Au
|
Mg3Cd
|
Fe3Al
|
NiAs
|
Li2O
|
|
WO3
|
H2O
лед Ih
|
CO2
|
CaF2
|
BeCl2
|
CdCl2
|
PdCl2
|
MoS2
|
BaTiO3
|
|
