IV Школа молодих науковців “Тенденції в сучасній рентгенівській дифракції”

28 квітня 2015 року в аудиторії №2 хімічного факультету відбулася IV Школа молодих науковців “Тенденції в сучасній рентгенівській дифракції”. Вісімдесят молодих вчених з хімічного та фізичного факультетів Львівського національного університету імені Івана Франка, Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України, Національного університету “Львівська Політехніка”, Науково-консультаційної компанії “Структура-властивості”, взяли участь у роботі школи. Програма школи включала три лекції та одне інтерактивне практичне завдання. Запрошені були лектори з двох провідних установ, які спеціалізуються на рентгенівській дифракції – доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Буланова Марина Вадимівна, кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник кафедри неорганічної хімії Львівського національного університету імені Івана Франка Міліянчук Христина Юріївна та кандидат хімічних наук, провідний науковий співробітник кафедри неорганічної хімії Аксельруд Лев Григорович. Ці науковці працюють у різних напрямах, а тому охоплюють основні проблеми взаємодії трьох ключових понять для синтезу матеріалів, а саме СКЛАД – СТРУКТУРА – ВЛАСТИВОСТІ.

Школу урочисто відкрив проректор з наукової роботи Львівського університету, доктор хімічних наук, член-кореспондент НАН України, професор Гладишевський Роман Євгенович. Професор згадав попередні школи, наголосив, що 2015 рік є ювілейним і знаковим для Школи молодих науковців з трьох причин:
– 120 років виповнюється кафедрі неорганічної хімії;
– 120 років тому було засновано Нобелівську премію. За цей час четверо хіміків, які зробили вагомий внесок у розвиток кристалохімічної науки, отримали цю відзнаку Marie Curie-Sklodowska (1911), Linus-Carl Pauling (1954), Roald Hoffmann (1981), Jean-Marie Lehn (1987);
– 120 років тому Wilhelm Conrad Röntgen у Вюрцбурзі та незалежно Іван Пулюй у Відні відкрили X-промені (рентгенівське, пулюївське випромінювання).
“Рентгенівське проміння є інструментом для дослідження структури, побудови діаграм стану та вивчення взаємодій”. Роман Євгенович також вказав на інноваційну складову розвитку: “Україна займає 33 місце в світі за інноваційними вкладеннями. Одним із критеріїв цього показника є кількість молодих людей,які вступають у вищі навчальні заклади (5-те місце в світі)”.

Першу лекцію прочитала Марина Вадимівна на тему “Фізико-хімічна взаємодія і діаграми стану”. Мета таких досліджень – створення нових та вдосконалення вже існуючих матеріалів. Лекція стосувалася термодинамічних умов та інших факторів на кристалізацію різних типів фаз (тверді розчини, проміжні фази). “Діаграма стану – це геометричний образ термодинаміки взаємодії фаз” – зазначила лектор. Також вона детально описала та пояснила вплив термодинамічних, електронних та розмірних чинників на тип кристалізації сплавів, навела подібності між рідкою фазою та кристалічним тілом. “Міжатомні відстані і координаційні числа в розплавах та кристалах є близькими. Координаційні числа прямують до максимальних значень. Дифракційна картина розплаву схожа та дифракційну картину кристалів.” Після доповіді виникла дискусія про те, від чого залежне моделювання діаграм стану. Опоненти та лектор зійшлися на думці, що таке програмування залежне від експериментальних даних, і необхідною є оптимізація всіх даних. Проте існує проблема щодо термодинамічних даних для рідин, які важко експериментально визначити.

Другу лекцію прочитала Христина Юріївна на тему “Взаємозв’язок між кристалічною структурою та властивостями речовин”. Лектор проаналізувала по класах сучасні неорганічні матеріали та їхні структурні характеристики. “Найцінніші властивості речовин лежать на стику їхніх характеристик. Явище надпровідності пов’язане із електропровідністю та магнетизмом”. Перспективними є високотемпературні надпровідні шаруваті купрати, для яких температура переходу в надпровідний стан є значно вищою за температуру кипіння азоту, що полегшує використання таких матеріалів. Галузями застосування таких матеріалів є фізика (ЯМР-спектроскопія), біофізика, геологія, медицина (томографія), транспорт (потяги “Maglev” на магнітній подушці). Термоелектричні матеріали також залежать від складу та структури, а їхні властивості є на перетині електричних та термічних явищ. Цікавими матеріалами, що володіють високою величиною термоелектричної добротності є складні сполуки – неорганічні клатрати та скутерудити. Деякі магнітні матеріали, крім звичного застосування у постійних магнітах, володіють магнітокалоричним ефектом та можуть використовуватися у магнітних рефрижераторах. Лектор влучно привела приклад порівняння принципу дії циклу Карно та магнітного рефрижератора. Цікавою та доступною були інформація про електродні матеріали літій-іонних та металогідридних акумуляторів. Воднева енергетика та дослідження воденьсорбційних сплавів є перспективними сьогодні. Христина Юріївна наводить багато прикладів зміни властивостей сполук після їхнього гідрування. Загалом зі збільшенням атомної частки Гідрогену в сполуці, її властивості змінюються від металічних до діелектричних. Кардинальні зміни також можуть відбуватися у магнітних матеріалах (парамагнетизм U₂Co₂Sn ↔ феромагнетизм α-U₂Co₂SnH_0.1 ↔ антиферомагнетизм β-U₂Co₂SnH_0.1). Гідрування може призвести до зміни симетрії кристалічної ґратки та здійснити перехід від структурного типу Mo₂FeB₂ до K₂PtS₂ (Nd₂NiIn тетрагон. ↔ Nd₂NiInН₂ тетрагон. ↔ Nd₂NiInН_4.5 ромб. ↔ Nd₂NiInН₇ ромб.). Лектор завершила лекцію риторичним питанням: “Гідроген у металах? – Ініціатор корозії? – Метод дослідження? – Важлива складова майбутніх досліджень?” Ясна річ, що гідридні матеріали володіють незнаними ще досі корисними властивостями.

Естафету третьої лекції прийняла Марина Вадимівна. Тема лекції “Діаграми стану і геометрична термодинаміка”. Доповідь стосувалася термодинамічних умов виникнення різних типів взаємодій в однокомпонентних, двокомпонентних та трикомпонентних системах. Лектор детально пояснила різні випадки перетворень з точки зору вільної енергії Гіббса та хімічного потенціалу, розглянула основні типи діаграм стану двокомпонентних систем. “Усі складніші випадки побудови виводяться із систем з неперервними рядіами твердих розчинів” – зазначила лектор. Марина Вадимівна зауважила, що термін “евтектична суміш” є некоректним та краще вживати “евтектична кристалізація”.

Після теоретичного курсу лекцій Лев Григорович провів інтерактивне практичне заняття на тему “Прямі методи в розшифруванні кристалічної структури”, яке стосувалося розшифрування кристалічної структури на основі даних рентгенівської дифракції порошку. Як зазначив лектор: “Десять років тому такі дослідження вважалися фантастикою. Раніше вважалося, що складні структури можна якісно розшифрувати тільки методом монокристалу”. Розшифрування та уточнення кристалічної фази проводилося на прикладі програмного забезпечення WinCSD, яке дозволяє працювати з великою кількістю фаз. Процес встановлення структури починався з автоматичного індексування піків. Розшифрування дало інформацію про сингонію, тип ґратки Браве, просторову групу, параметри елементарної комірки. Найбільш поширені параметри уточнень – координати атомів, теплові параметри коливань атомів, текстурованість зразка. На завершення заняття лектор показав як у цьому програмному середовищі працювати із масивом даних рентгенівської дифракції монокристалу.

Тематика доповідей була різноманітною: від теоретичних основ взаємодії компонентів, геометричного відображення термодинаміки (діаграми стану) до практичного дослідження фаз для синтезу нових матеріалів з цінними та корисними властивостями. Молоді вчені уважно слухали кожну лекцію, задавали питання та активно долучалися до дискусії. На закритті школи Роман Євгенович зробив анонс наступної кристалохімічної школи та міжнародної конференції з кристалохімії інтерметалічних сполук, що відбудуться в наступному році.

Василь Кордан, аспірант кафедри неорганічної хімії

Світлини Ярослава Токайчука