Vizualizace krystalové struktury Individuální seminární práce pro udělení zápočtu z předmětu Anorganická chemie 2013

Vizualizace struktury krystalů snadno, rychle a bezbolestně

Wilhelm Conrad Roentgen – německý fyzik 1901 Nobelova cena za fyziku – záření X – rentgenové paprsky Osobnosti, které umožnily vizualizaci

William Lawrence Bragg – 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

* –  americký matematik vyvinul matematickou metodu pro přímý převod rentgenových dat struktur molekulárních krystalovaných materiálů spolu s Jerome Karlem získal za tento postup Nobelovu cenu za chemii za rok 1985 Herbert Aaron Hauptman Osobnosti, které umožnily vizualizaci

Jerome Karle rodné jméno Jerome Karfunkel * americký fyzikální chemik společně 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.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.orgrruf.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

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 Jmol Mercury CrystalMaker Diamond ViewerLite cif Schéma dalšího postupu pro práci s modely využijeme některý z nabídnutých programů

Jmol: freeware, možnost programování, relativně snadná obsluha, slabší grafika, možnost „prostorového“ zobrazení, je k dispozici i český popis Jmol

Mercury Mercury freeeware, jednoduchá obsluha, pravoúhlé projekce, průměrná grafika, obrázky lze přímo stáhnout

Diamond: velmi pěkná grafika, složitější obsluha, demoverze zdarma, obrázky jen PrintScreen Diamond

Crystal Maker: demoverze, lze ukládat jen obrázky PrintScreen systémem, snadné měření, snadná obsluha CrystalMaker

ViewerLite 5.0, případně nový DS Vizualizer2.5, freeware firmy Accelrys pěkná 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) KNO 3 – NaNO 3

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 kovů Termín odevzdání – podmínka udělení zápočtu