Vizualizace krystalové struktury

Individuální seminární práce pro udělení zápočtu z předmětu Anorganická chemie 2013

Vizualizace struktury krystalů snadno, rychle a bezbolestně

Wilhelm Conrad Roentgen

27.3.1845 – 10.2.1923německý fyzik1901 Nobelova cena za fyziku– záření X – rentgenové paprsky

Osobnosti, které umožnily vizualizaci

William Lawrence Bragg

31.3.1890 – 1.7.1971

narozen v Austrálii

britský fyzik a krystalograf

1912 objevil Braggovy zákony rentgenové difrakce základ pro určení krystalů

1915 spolu s otcem Williamem Braggem – Nobelova cena za fyziku

Osobnosti, které umožnily vizualizaci

*14.2.1917 – 23.10.2011 americký matematik vyvinul matematickou metodu pro přímý převod rentgenových dat struktur molekulárních krystalovaných materiálůspolu s Jerome Karlem získal za tento postup Nobelovu cenu za chemii za rok 1985

Herbert Aaron Hauptman

Osobnosti, které umožnily vizualizaci

Jerome Karlerodné jméno Jerome Karfunkel *18.6.1918 americký fyzikální chemikspolečně s Herbertem A. Hauptmanem získal Nobelovu cenu za chemii 1985 za přímou analýzu krystalových struktur použitím techniky rozptylu rentgenových paprsků

Osobnosti, které umožnily vizualizaci

Pro znázornění jednoduché chemické sloučeniny si bohatě vystačíme s chemickými vzorci. Díky molekulovým, funkčním či strukturním vzorcům si vytváříme představu o struktuře, poměru atomů či jejich uspořádání. Ale co dělat ve chvíli, kdy narazíme na sloučeninu složitější a papír s tužkou nám již přestanou být dobrými pomocníky? Právě v tuto chvíli je ideálním řešením počítačová vizualizace.

Proč vizualizovat v anorganické chemii?

Pro úspěšné zobrazení struktury jsou nezbytné dva kroky

získat tzv. CIF soubor daného krystalu a mít vhodný vizualizační program, který zobrazí interaktivně model struktury

Co je k vizualizaci potřeba?

CIF je flexibilní a volně dostupný soubor, který obsahuje detailní informace o daném krystalu

Po jeho otevření ve vhodném vizualizačním programu je možné strukturou otáčet, přibližovat ji, zobrazit velikost atomů, měřit délky vazeb a získávat další informace

Co je k vizualizaci potřeba?

CIF formáty krystalů jsou dostupné na webové adrese Americké mineralogické společnosti rruff.geo.arizona.edu/AMS.

CIF data lze vyhledat několika způsoby, nejjednodušší je zadání názvu anglického minerálu, popř. prvků, které minerál obsahuje do příslušné kolonky na úvodní stránce.

Pozor na překlepy! Poté již stačí kliknout na „Download CIF data“ a uložit si soubor do počítače.

Neznáme-li správný název minerálu odpovídajícího hledané sloučenině, pomůžeme si databází mindat.org a jejím vyhledáváním podle prvků

Co je k vizualizaci potřeba?

mindat.org rruf.geo.arizona.edu/AMS

databáze

krystal

cif

Schéma postupu

hledání podle složení

hledání podle názvu minerálu

Mindat.org

vyberete prvky

necháte vyhledat minerály

Mindat.org

Mindat.org

Získáte abecední seznam i se vzorci, kliknutím na modrý název krystalu otevřete databázi informací

Mindat.org

Hlavní stránka databáze pro daný krystal

Mindat.org

U známějších krystalů nalezneme interaktivní model struktury v apletu Jmol, můžeme otáčet modelem, měřit vzdálenosti a úhly, měnit typ zobrazení …

přechod na AMS databázi

Mindat.org

CIF file získáme až po přechodu na link AMS

stáhněte a uložte cif data

Databáze AMS

zde stáhneme a uložíme CIF data

vizualizační software

JmolMercury

CrystalMaker

DiamondViewerLite

cif

Schéma dalšího postupu

pro práci s modely využijeme některý z nabídnutých programů

Jmol: http://jmol.sourceforge.net/freeware, možnost programování, relativně snadná obsluha, slabší grafika, možnost „prostorového“ zobrazení, je k dispozici i český popis

Jmol

Mercury 2.4.6Mercury 2.4.6 http://www.ccdc.cam.ac.ukfreeeware, jednoduchá obsluha, pravoúhlé projekce, průměrná grafika, obrázky lze přímo stáhnout

Diamond: http://www.crystalimpact.com/diamond/ velmi pěkná grafika, složitější obsluha, demoverze zdarma, obrázky jen PrintScreen

Diamond

Crystal Maker: http://www.crystalmaker.comdemoverze, lze ukládat jen obrázky PrintScreen systémem, snadné měření, snadná obsluha

CrystalMaker

ViewerLite 5.0, případně nový DS Vizualizer2.5, freeware firmy Accelryspěkná grafika, možnost ukládání obrázků

ViewerLite 5.0

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury následujících solí a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic), určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik obráceně nabitých částic je okolo kationtu respektive aniontu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)

NaCl – KCl

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury následujících solí a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic), určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik obráceně nabitých částic je okolo kationtu respektive aniontu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)

KNO3 – NaNO3

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury následujících solí a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic),určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik obráceně nabitých částic je okolo kationtu respektive aniontu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)

kyselina boritá a borax

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury následujících solí a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic),určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik obráceně nabitých částic je okolo kationtu respektive aniontu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)Uhličitan vápenatý v modifikaci

kalcit a aragonit

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury následujících solí a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic),určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik obráceně nabitých částic je okolo kationtu respektive aniontu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)Oxid titaničitý v modifikacích

rutil a anatas

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury vylosovaného hydrátu a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (ionty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi částic)Určete strukturální uspořádání vylosovaného

hydrátu soli(vzdálenosti, úhly, koordinační čísla)

úkoly

Nalezněte cif data a zobrazte struktury vylosovaných dvou kovů a měřením porovnejte vzdálenosti mezi atomy (kationty) a úhly mezi vazbami (spojnicemi kationtů),určete koordinační číslo atomů tvořících strukturu (kolik kationtů je okolo jednoho kationtu ve stejných vzdálenostech nejblíže), najděte prvky symetrie modelů (rovina symetrie, osa symetrie, bod symetrie)Určete strukturální uspořádání vylosovaných

dvou krystalických kovůTermín odevzdání – podmínka udělení zápočtu