Кристаллическая система - Crystal system
Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка.Сентябрь 2020) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) ( |
В кристаллография, условия кристаллическая система, кристальная семья, и решетчатая система каждый относится к одному из нескольких классов космические группы, решетки, точечные группы, или же кристаллы. Неформально, два кристалла находятся в одной и той же кристаллической системе, если они имеют одинаковую симметрию, хотя из этого есть много исключений.
Кристаллические системы, семейства кристаллов и системы решеток похожи, но немного отличаются друг от друга, и между ними существует широко распространенная путаница: в частности, тригональная кристаллическая система часто путают с ромбоэдрическая решетчатая система, а термин «кристаллическая система» иногда используется для обозначения «решетчатой системы» или «кристаллического семейства».
Пространственные группы и кристаллы делятся на семь кристаллических систем в соответствии с их точечными группами и на семь систем решеток в соответствии с их Решетки Браве. Пять из кристаллических систем по существу такие же, как пять из систем решеток, но гексагональные и тригональные кристаллические системы отличаются от гексагональных и ромбоэдрических систем решетки. Шесть семейств кристаллов образуются путем объединения гексагональной и тригональной кристаллических систем в одну. шестиугольная семья, чтобы устранить эту путаницу.
Обзор
А решетчатая система является классом решеток с тем же набором решеток точечные группы, которые являются подгруппами группы арифметические классы кристаллов. 14 Решетки Браве сгруппированы в семь систем решеток: триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, ромбоэдрическую, гексагональную и кубическую.
В кристаллическая система, набор точечных групп и соответствующие им пространственные группы назначаются решеточной системе. Из 32 точечных групп, которые существуют в трех измерениях, большинство относятся только к одной системе решетки, и в этом случае и кристаллическая, и решеточная системы имеют одно и то же имя. Однако пять точечных групп приписываются двум системам решеток, ромбоэдрической и гексагональной, поскольку обе обладают тройной вращательной симметрией. Эти точечные группы относятся к тригональной кристаллической системе. Всего существует семь кристаллических систем: триклинная, моноклинная, орторомбическая, тетрагональная, тригональная, гексагональная и кубическая.
А кристальная семья определяется решетками и точечными группами. Он образуется путем объединения кристаллических систем, пространственные группы которых приписаны к общей решеточной системе. В трех измерениях кристаллические семейства и системы идентичны, за исключением гексагональной и тригональной кристаллических систем, которые объединены в одно гексагональное кристаллическое семейство. Всего существует шесть семейств кристаллов: триклинные, моноклинные, орторомбические, тетрагональные, гексагональные и кубические.
Пространства с менее чем тремя измерениями имеют одинаковое количество кристаллических систем, семейств кристаллов и систем решеток. В одномерном пространстве есть одна кристаллическая система. В 2D-пространстве существует четыре кристаллических системы: наклонная, прямоугольная, квадратная и шестиугольная.
Связь между трехмерными кристаллическими семействами, кристаллическими системами и системами решеток показана в следующей таблице:
Хрустальная семья (6) | Кристаллическая система (7) | Требуемые симметрии точечной группы | Группы точек | Космические группы | Решетки Браве | Решетчатая система |
---|---|---|---|---|---|---|
Триклиник | Никто | 2 | 2 | 1 | Триклиник | |
Моноклиника | 1 двойная ось вращения или 1 зеркальная плоскость | 3 | 13 | 2 | моноклинический | |
Орторомбический | 3 двойные оси вращения или 1 двойная ось вращения и 2 зеркальные плоскости | 3 | 59 | 4 | Орторомбический | |
Тетрагональный | 1 четырехкратная ось вращения | 7 | 68 | 2 | Тетрагональный | |
Шестиугольный | Тригональный | 1 тройная ось вращения | 5 | 7 | 1 | Ромбоэдрический |
18 | 1 | Шестиугольный | ||||
Шестиугольный | 1 шестикратная ось вращения | 7 | 27 | |||
Кубический | 3 четырехступенчатые оси вращения | 5 | 36 | 3 | Кубический | |
6 | 7 | Общий | 32 | 230 | 14 | 7 |
- Примечание: не существует «тригональной» решеточной системы. Чтобы избежать путаницы в терминологии, термин «тригональная решетка» не используется.
Кристалл классы
7 кристаллических систем состоят из 32 кристаллических классов (соответствующих 32 кристаллографическим точечным группам), как показано в следующей таблице:
Кристальная семья | Кристаллическая система | Группа точек / Класс кристалла | Schönflies | Герман-Моген | Орбифолд | Coxeter | Точечная симметрия | Заказ | Абстрактная группа |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
триклинический | педальный | C1 | 1 | 11 | [ ]+ | энантиоморфный полярный | 1 | банальный | |
пинакоидальный | Cя (S2) | 1 | 1x | [2,1+] | центросимметричный | 2 | циклический | ||
моноклинический | клиновидный | C2 | 2 | 22 | [2,2]+ | энантиоморфный полярный | 2 | циклический | |
домический | Cs (C1 час) | м | *11 | [ ] | полярный | 2 | циклический | ||
призматический | C2ч | 2 / м | 2* | [2,2+] | центросимметричный | 4 | Кляйн четыре | ||
ромбический | ромбико-дисфеноидальный | D2 (V) | 222 | 222 | [2,2]+ | энантиоморфный | 4 | Кляйн четыре | |
ромбическийпирамидальный | C2v | мм2 | *22 | [2] | полярный | 4 | Кляйн четыре | ||
ромбическийдипирамидальный | D2ч (Vчас) | М-м-м | *222 | [2,2] | центросимметричный | 8 | |||
четырехугольный | тетрагонально-пирамидальный | C4 | 4 | 44 | [4]+ | энантиоморфный полярный | 4 | циклический | |
тетрагонально-дисфеноидальный | S4 | 4 | 2x | [2+,2] | нецентросимметричный | 4 | циклический | ||
тетрагонально-дипирамидальный | C4ч | 4 / м | 4* | [2,4+] | центросимметричный | 8 | |||
тетрагонально-трапециевидный | D4 | 422 | 422 | [2,4]+ | энантиоморфный | 8 | двугранный | ||
дитетрагонально-пирамидальный | C4в | 4мм | *44 | [4] | полярный | 8 | двугранный | ||
тетрагонально-чешуйчатый | D2d (Vd) | 42 м или 4m2 | 2*2 | [2+,4] | нецентросимметричный | 8 | двугранный | ||
дитетрагонально-дипирамидальный | D4ч | 4 / ммм | *422 | [2,4] | центросимметричный | 16 | |||
шестиугольник | тригональный | тригонально-пирамидальный | C3 | 3 | 33 | [3]+ | энантиоморфный полярный | 3 | циклический |
ромбоэдрический | C3i (S6) | 3 | 3x | [2+,3+] | центросимметричный | 6 | циклический | ||
треугольно-трапециевидный | D3 | 32 или 321 или 312 | 322 | [3,2]+ | энантиоморфный | 6 | двугранный | ||
дитригонально-пирамидальный | C3в | 3м или 3м1 или 31м | *33 | [3] | полярный | 6 | двугранный | ||
дитригонально-чешуйчатый | D3D | 3м или 3m1 или 31 мес. | 2*3 | [2+,6] | центросимметричный | 12 | двугранный | ||
шестиугольник | гексагонально-пирамидальный | C6 | 6 | 66 | [6]+ | энантиоморфный полярный | 6 | циклический | |
тригонально-дипирамидальный | C3ч | 6 | 3* | [2,3+] | нецентросимметричный | 6 | циклический | ||
гексагонально-дипирамидальный | C6ч | 6 / м | 6* | [2,6+] | центросимметричный | 12 | |||
гексагонально-трапециевидный | D6 | 622 | 622 | [2,6]+ | энантиоморфный | 12 | двугранный | ||
дигексагонально-пирамидальный | C6v | 6мм | *66 | [6] | полярный | 12 | двугранный | ||
дитригонально-дипирамидальный | D3ч | 6m2 или 62м | *322 | [2,3] | нецентросимметричный | 12 | двугранный | ||
дигексагонально-дипирамидальный | D6ч | 6 / ммм | *622 | [2,6] | центросимметричный | 24 | |||
кубический | тетартоидный | Т | 23 | 332 | [3,3]+ | энантиоморфный | 12 | чередование | |
диплоидный | Тчас | м3 | 3*2 | [3+,4] | центросимметричный | 24 | |||
гироидный | О | 432 | 432 | [4,3]+ | энантиоморфный | 24 | симметричный | ||
шестигранник | Тd | 43м | *332 | [3,3] | нецентросимметричный | 24 | симметричный | ||
гексоктаэдрический | Очас | м3м | *432 | [4,3] | центросимметричный | 48 |
Точечную симметрию конструкции можно далее описать следующим образом. Рассмотрим точки, составляющие структуру, и отразим их все через одну точку, чтобы (Икс,у,z) становится (-Икс,−у,−z). Это «перевернутая структура». Если исходная структура и перевернутая структура идентичны, то структура центросимметричный. В противном случае это нецентросимметричный. Тем не менее, даже в нецентросимметричном случае перевернутая структура в некоторых случаях может быть повернута для выравнивания с исходной структурой. Это нецентросимметричный ахиральный структура. Если перевернутая структура не может быть повернута, чтобы выровняться с исходной структурой, тогда структура хиральный или же энантиоморфный и его группа симметрии энантиоморфный.[1]
Направление (имеется в виду линия без стрелки) называется полярный если два его направления чувств геометрически или физически различны. Направление симметрии кристалла, которое является полярным, называется полярная ось.[2] Группы, содержащие полярную ось, называются полярный. Полярный кристалл обладает уникальной полярной осью (точнее, все полярные оси параллельны). Некоторые геометрические или физические свойства различаются на двух концах этой оси: например, может развиться диэлектрическая поляризация как в пироэлектрические кристаллы. Полярная ось может встречаться только в нецентросимметричных структурах. Не может быть зеркальной плоскости или двойной оси, перпендикулярной полярной оси, потому что они сделали бы два направления оси эквивалентными.
В кристаллические структуры хиральных биологических молекул (таких как белок структур) может встречаться только в 65 энантиоморфный пространственные группы (биологические молекулы обычно хиральный ).
Решетки Браве
Существует семь различных типов кристаллических систем, и каждый вид кристаллической системы имеет четыре различных типа центрирования (примитивный, центрированный по основанию, центрированный по телу, центрированный по лицу). Однако не все комбинации уникальны; некоторые комбинации эквивалентны, в то время как другие комбинации невозможны по причинам симметрии. Это сокращает количество уникальных решеток до 14 решеток Браве.
Распределение 14 решеток Браве по системам решеток и семействам кристаллов представлено в следующей таблице.
Кристальная семья | Решетчатая система | Schönflies | 14 решеток Браве | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Примитивный | По центру основания | По центру тела | По центру лица | |||
триклинический | Cя | |||||
моноклинический | C2ч | |||||
ромбический | D2ч | |||||
четырехугольный | D4ч | |||||
шестиугольник | ромбоэдрический | D3D | ||||
шестиугольник | D6ч | |||||
кубический | Очас |
В геометрия и кристаллография, а Решетка Браве это категория переводчик группы симметрии (также известный как решетки ) в трех направлениях.
Такие группы симметрии состоят из трансляций на векторы вида
- р = п1а1 + п2а2 + п3а3,
куда п1, п2, и п3 находятся целые числа и а1, а2, и а3 - три некопланарных вектора, называемые примитивные векторы.
Эти решетки классифицируются по космическая группа самой решетки, рассматриваемой как набор точек; 14 решеток Браве в трех измерениях; каждый принадлежит только одной решетчатой системе. Они[требуется разъяснение ] представляют максимальную симметрию, которую может иметь структура с данной трансляционной симметрией.
Все кристаллические материалы (не включая квазикристаллы ) должен по определению вписываться в одну из этих схем.
Для удобства решетка Браве изображается элементарной ячейкой, которая в 1, 2, 3 или 4 раза больше, чем примитивная клетка. В зависимости от симметрии кристалла или другого рисунка фундаментальная область снова меньше, вплоть до 48 раз.
Решетки Браве изучались Мориц Людвиг Франкенхайм в 1842 году, который обнаружил, что существует 15 решеток Браве. Это было исправлено до 14 А. Браве в 1848 г.
В четырехмерном пространстве
Четырехмерная элементарная ячейка определяется четырьмя длинами ребер (а, б, c, d) и шести межосевых углов (α, β, γ, δ, ε, ζ). Следующие условия на параметры решетки определяют 23 семейства кристаллов
Нет. | Семья | Длина кромки | Межосевые углы |
---|---|---|---|
1 | Гексаклиника | а ≠ б ≠ c ≠ d | α ≠ β ≠ γ ≠ δ ≠ ε ≠ ζ ≠ 90° |
2 | Триклиник | а ≠ б ≠ c ≠ d | α ≠ β ≠ γ ≠ 90° δ = ε = ζ = 90° |
3 | Диклиника | а ≠ б ≠ c ≠ d | α ≠ 90° β = γ = δ = ε = 90° ζ ≠ 90° |
4 | Моноклиника | а ≠ б ≠ c ≠ d | α ≠ 90° β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
5 | Ортогональный | а ≠ б ≠ c ≠ d | α = β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
6 | Тетрагональная моноклиника | а ≠ б = c ≠ d | α ≠ 90° β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
7 | Шестиугольная моноклиника | а ≠ б = c ≠ d | α ≠ 90° β = γ = δ = ε = 90° ζ = 120° |
8 | Дитетрагональная диклиника | а = d ≠ б = c | α = ζ = 90° β = ε ≠ 90° γ ≠ 90° δ = 180° − γ |
9 | Дитригональная (дигексагональная) диклиника | а = d ≠ б = c | α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° γ ≠ δ ≠ 90° потому что δ = cos β - cos γ |
10 | Тетрагональный ортогональный | а ≠ б = c ≠ d | α = β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
11 | Гексагональный ортогональный | а ≠ б = c ≠ d | α = β = γ = δ = ε = 90°, ζ = 120° |
12 | Дитетрагональная моноклиника | а = d ≠ б = c | α = γ = δ = ζ = 90° β = ε ≠ 90° |
13 | Дитригональная (бигексагональная) моноклиническая | а = d ≠ б = c | α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° γ = δ ≠ 90° потому что γ = −1/2потому что β |
14 | Дитетрагональный ортогональный | а = d ≠ б = c | α = β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
15 | Гексагональный четырехугольный | а = d ≠ б = c | α = β = γ = δ = ε = 90° ζ = 120° |
16 | Бигексагональный ортогональный | а = d ≠ б = c | α = ζ = 120° β = γ = δ = ε = 90° |
17 | Кубический ортогональный | а = б = c ≠ d | α = β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
18 | Восьмиугольный | а = б = c = d | α = γ = ζ ≠ 90° β = ε = 90° δ = 180° − α |
19 | Десятиугольный | а = б = c = d | α = γ = ζ ≠ β = δ = ε потому что β = −1/2 - cos α |
20 | Додекагональный | а = б = c = d | α = ζ = 90° β = ε = 120° γ = δ ≠ 90° |
21 | Диизогексагональные ортогональные | а = б = c = d | α = ζ = 120° β = γ = δ = ε = 90° |
22 | Икосагональ (икосаэдр) | а = б = c = d | α = β = γ = δ = ε = ζ потому что α = −1/4 |
23 | Гиперкубический | а = б = c = d | α = β = γ = δ = ε = ζ = 90° |
Имена здесь даны по Уиттекеру.[3] Они почти такие же, как у Брауна и другие,[4] за исключением названий семейств кристаллов 9, 13 и 22. Названия этих трех семейств по Брауну и другие даны в скобках.
Связь между четырехмерными кристаллическими семействами, кристаллическими системами и системами решеток показана в следующей таблице.[3][4] Энантиоморфные системы отмечены звездочкой. В скобках указано количество энантиоморфных пар. Здесь термин «энантиоморфный» имеет другое значение, чем в таблице для классов трехмерных кристаллов. Последнее означает, что энантиоморфные точечные группы описывают киральные (энантиоморфные) структуры. В текущей таблице «энантиоморфная» означает, что сама группа (рассматриваемая как геометрический объект) является энантиоморфной, как энантиоморфные пары трехмерных пространственных групп P3.1 и P32, P4122 и P4322. Исходя из четырехмерного пространства, точечные группы также могут быть энантиоморфными в этом смысле.
№ кристальная семья | Кристальная семья | Кристаллическая система | № кристаллическая система | Группы точек | Космические группы | Решетки Браве | Решетчатая система |
---|---|---|---|---|---|---|---|
я | Гексаклиника | 1 | 2 | 2 | 1 | Гексаклиника П | |
II | Триклиник | 2 | 3 | 13 | 2 | Триклиник P, S | |
III | Диклиника | 3 | 2 | 12 | 3 | Диклиника P, S, D | |
IV | Моноклиника | 4 | 4 | 207 | 6 | Моноклиника P, S, S, I, D, F | |
V | Ортогональный | Неосевой ортогональный | 5 | 2 | 2 | 1 | Ортогональные КУ |
112 | 8 | Ортогональные P, S, I, Z, D, F, G, U | |||||
Осевой ортогональный | 6 | 3 | 887 | ||||
VI | Тетрагональная моноклиника | 7 | 7 | 88 | 2 | Тетрагональная моноклинная P, I | |
VII | Шестиугольная моноклиника | Тригональная моноклиника | 8 | 5 | 9 | 1 | Гексагональная моноклинная R |
15 | 1 | Гексагональная моноклинная P | |||||
Шестиугольная моноклиника | 9 | 7 | 25 | ||||
VIII | Дитетрагональная диклиника * | 10 | 1 (+1) | 1 (+1) | 1 (+1) | Дитетрагональная диклиника P * | |
IX | Дитригональная диклиника * | 11 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Дитригональная диклиника P * | |
Икс | Тетрагональный ортогональный | Обратный тетрагональный ортогональный | 12 | 5 | 7 | 1 | Тетрагональный ортогональный КГ |
351 | 5 | Тетрагональные ортогональные P, S, I, Z, G | |||||
Правильный тетрагональный ортогональный | 13 | 10 | 1312 | ||||
XI | Гексагональный ортогональный | Тригональный ортогональный | 14 | 10 | 81 | 2 | Гексагональный ортогональный R, RS |
150 | 2 | Гексагональный ортогональный P, S | |||||
Гексагональный ортогональный | 15 | 12 | 240 | ||||
XII | Дитетрагональная моноклиника * | 16 | 1 (+1) | 6 (+6) | 3 (+3) | Дитетрагональная моноклинная P *, S *, D * | |
XIII | Дитригональная моноклиника * | 17 | 2 (+2) | 5 (+5) | 2 (+2) | Дитригональный моноклинический P *, RR * | |
XIV | Дитетрагональный ортогональный | Крипто-дитетрагональный ортогональный | 18 | 5 | 10 | 1 | Дитетрагональный ортогональный D |
165 (+2) | 2 | Дитетрагональные ортогональные P, Z | |||||
Дитетрагональный ортогональный | 19 | 6 | 127 | ||||
XV | Гексагональный четырехугольный | 20 | 22 | 108 | 1 | Гексагональный тетрагональный P | |
XVI | Бигексагональный ортогональный | Крипто-дитригональный ортогональный * | 21 | 4 (+4) | 5 (+5) | 1 (+1) | Бигексагональный ортогональный G * |
5 (+5) | 1 | Бигексагональный ортогональный P | |||||
Дигексагональный ортогональный | 23 | 11 | 20 | ||||
Дитригональный ортогональный | 22 | 11 | 41 | ||||
16 | 1 | Дигексагональный ортогональный RR | |||||
XVII | Кубический ортогональный | Простая кубическая ортогональная | 24 | 5 | 9 | 1 | Кубический ортогональный KU |
96 | 5 | Кубические ортогональные P, I, Z, F, U | |||||
Комплексная кубическая ортогональная | 25 | 11 | 366 | ||||
XVIII | Восьмиугольный * | 26 | 2 (+2) | 3 (+3) | 1 (+1) | Восьмиугольная P * | |
XIX | Десятиугольный | 27 | 4 | 5 | 1 | Десятиугольная P | |
XX | Додекагональный * | 28 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Додекагональная P * | |
XXI | Диизогексагональные ортогональные | Простые диизогексагональные ортогональные | 29 | 9 (+2) | 19 (+5) | 1 | Диизогексагональный ортогональный RR |
19 (+3) | 1 | Диизогексагональный ортогональный P | |||||
Комплексные диизогексагональные ортогональные | 30 | 13 (+8) | 15 (+9) | ||||
XXII | Икосагональный | 31 | 7 | 20 | 2 | Икосагональ P, SN | |
XXIII | Гиперкубический | Восьмиугольный гиперкубический | 32 | 21 (+8) | 73 (+15) | 1 | Гиперкубический P |
107 (+28) | 1 | Гиперкубическая Z | |||||
Додекагональная гиперкубическая | 33 | 16 (+12) | 25 (+20) | ||||
Общий | 23 (+6) | 33 (+7) | 227 (+44) | 4783 (+111) | 64 (+10) | 33 (+7) |
Смотрите также
- Кристаллический кластер - Группа кристаллов, образованных в открытом пространстве, форма которых определяется их внутренней кристаллической структурой.
- Кристальная структура - Упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул в кристаллическом материале
- Список космических групп
- Группа полярных точек
Рекомендации
Эта статья не хватает ISBN для книг, перечисленных в нем. (Август 2017 г.) |
- ^ Флэк, Ховард Д. (2003). «Хиральные и ахиральные кристаллические структуры». Helvetica Chimica Acta. 86 (4): 905–921. CiteSeerX 10.1.1.537.266. Дои:10.1002 / hlca.200390109.
- ^ Хан (2002), п. 804
- ^ а б Уиттакер, Э. Дж. У. (1985). Атлас гиперстереограмм четырехмерных классов кристаллов. Оксфорд и Нью-Йорк: Clarendon Press.
- ^ а б Brown, H .; Bülow, R .; Neubüser, J .; Wondratschek, H .; Цассенхаус, Х. (1978). Кристаллографические группы четырехмерного пространства.. Нью-Йорк: Вили.
- Хан, Тео, изд. (2002). Международные таблицы для кристаллографии, том A: Симметрия пространственных групп. Международные таблицы для кристаллографии. А (5-е изд.). Берлин, Нью-Йорк: Springer-Verlag. Дои:10.1107/97809553602060000100. ISBN 978-0-7923-6590-7.
внешняя ссылка
- Обзор 32 групп
- Минеральные галереи - Симметрия
- все классы кубических кристаллов, формы и стереографические проекции (интерактивный Java-апплет)
- Кристаллическая система на Интернет-словарь кристаллографии
- Кристальная семья на Интернет-словарь кристаллографии
- Решетчатая система на Интернет-словарь кристаллографии
- Преобразование примитивов в стандартные стандартные для входных файлов VASP
- Изучение кристаллографии