Krystalový systém - Crystal system
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Září 2020) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |

v krystalografie, podmínky krystalový systém, rodina krystalů, a příhradový systém každý odkazuje na jednu z několika tříd vesmírné skupiny, mříže, bodové skupiny nebo krystaly. Neformálně jsou dva krystaly ve stejné krystalové soustavě, pokud mají podobnou symetrii, i když existuje mnoho výjimek.
Krystalové systémy, rodiny krystalů a mřížkové systémy jsou podobné, ale mírně odlišné a panuje mezi nimi široká záměna: zejména trigonální krystalový systém je často zaměňována s kosodélníkový mřížkový systém a termín „krystalový systém“ se někdy používá k označení „mřížkový systém“ nebo „rodina krystalů“.
Vesmírné skupiny a krystaly jsou rozděleny do sedmi krystalových systémů podle jejich bodových skupin a do sedmi mřížkových systémů podle jejich Bravais svazy. Pět z krystalových systémů je v podstatě stejných jako pět z mřížových systémů, ale hexagonální a trigonální krystalové systémy se liší od hexagonálních a rhombohedrálních mřížkových systémů. Šest křišťálových rodin je vytvořeno spojením hexagonálních a trigonálních krystalových systémů do jednoho šestihranná rodina, aby se odstranil tento zmatek.
Přehled
A příhradový systém je třída mřížek se stejnou sadou mřížek bodové skupiny, což jsou podskupiny třídy aritmetického krystalu. 14 Bravais svazy jsou seskupeny do sedmi mřížových systémů: triclinické, monoklinické, ortorombické, tetragonální, kosodélníkové, šestihranné a kubické.
V krystalový systémje soustavě bodů přiřazena sada skupin bodů a jejich odpovídající prostorové skupiny. Z 32 bodových skupin, které existují ve třech rozměrech, je většina přiřazena pouze jednomu mřížovému systému, přičemž v takovém případě mají oba krystalové a mřížkové systémy stejný název. Pět bodových skupin je však přiřazeno dvěma příhradovým soustavám, kosodélníkovým a šestihranným, protože obě vykazují trojí rotační symetrii. Tyto skupiny bodů jsou přiřazeny trigonálnímu krystalovému systému. Celkem existuje sedm krystalových systémů: triklinický, monoklinický, ortorombický, tetragonální, trigonální, šestihranný a kubický.
A rodina krystalů je určeno mřížemi a skupinami bodů. Vzniká kombinací krystalových systémů, které mají vesmírné skupiny přiřazené společnému mřížkovému systému. Ve třech rozměrech jsou krystalové rodiny a systémy identické, kromě hexagonálních a trigonálních krystalových systémů, které jsou kombinovány do jedné šestihranné krystalové rodiny. Celkem existuje šest krystalických rodin: triclinická, monoklinická, ortorombická, tetragonální, šestihranná a kubická.
Prostory s méně než třemi rozměry mají stejný počet krystalových systémů, rodin krystalů a mřížkových systémů. V jednorozměrném prostoru existuje jeden krystalický systém. V 2D prostoru existují čtyři krystalové systémy: šikmý, obdélníkový, čtvercový a šestihranný.
Vztah mezi trojrozměrnými krystalovými rodinami, krystalovými systémy a mřížkovými systémy je uveden v následující tabulce:
Křišťálová rodina (6) | Krystalový systém (7) | Požadované symetrie skupiny bodů | Skupiny bodů | Vesmírné skupiny | Bravais svazy | Příhradový systém |
---|---|---|---|---|---|---|
Triclinic | Žádný | 2 | 2 | 1 | Triclinic | |
Monoklinický | 1 dvojí osa otáčení nebo 1 zrcadlové letadlo | 3 | 13 | 2 | monoklinický | |
Ortorombický | 3 dvojité osy otáčení nebo 1 dvojitá osa otáčení a 2 roviny zrcadlení | 3 | 59 | 4 | Ortorombický | |
Tetragonální | 1 čtyřnásobná osa otáčení | 7 | 68 | 2 | Tetragonální | |
Šestihranný | Trigonální | 1 trojitá osa otáčení | 5 | 7 | 1 | Kosodélník |
18 | 1 | Šestihranný | ||||
Šestihranný | 1 šestinásobná osa otáčení | 7 | 27 | |||
Krychlový | 3 čtyřnásobné osy otáčení | 5 | 36 | 3 | Krychlový | |
6 | 7 | Celkový | 32 | 230 | 14 | 7 |
- Poznámka: neexistuje žádný „trigonální“ mřížkový systém. Aby se zabránilo záměně terminologie, termín „trigonální mřížka“ se nepoužívá.
Křišťálové třídy
Sedm krystalových systémů se skládá z 32 krystalových tříd (odpovídá 32 skupinám krystalografických bodů), jak je znázorněno v následující tabulce níže:
Rodina krystalů | Krystalový systém | Skupina bodů / Křišťálová třída | Schönflies | Hermann – Mauguin | Orbifold | Coxeter | Bodová symetrie | Objednat | Abstraktní skupina |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
triclinic | pedál | C1 | 1 | 11 | [ ]+ | enantiomorfní polární | 1 | triviální | |
pinacoidní | Ci (S.2) | 1 | 1x | [2,1+] | centrosymmetrický | 2 | cyklický | ||
monoklinický | sfénoidální | C2 | 2 | 22 | [2,2]+ | enantiomorfní polární | 2 | cyklický | |
domatic | Cs (C1 hod) | m | *11 | [ ] | polární | 2 | cyklický | ||
hranolové | C2h | 2 / m | 2* | [2,2+] | centrosymmetrický | 4 | Klein čtyři | ||
ortorombický | kosočtverečně-disfenoidní | D2 (PROTI) | 222 | 222 | [2,2]+ | enantiomorfní | 4 | Klein čtyři | |
kosočtverecpyramidový | C2v | mm2 | *22 | [2] | polární | 4 | Klein čtyři | ||
kosočtverecdipyramidové | D2h (PROTIh) | mmm | *222 | [2,2] | centrosymmetrický | 8 | |||
čtyřúhelníkový | tetragonal-pyramidální | C4 | 4 | 44 | [4]+ | enantiomorfní polární | 4 | cyklický | |
tetragonal-disphenoidal | S4 | 4 | 2x | [2+,2] | necentrosymetrické | 4 | cyklický | ||
tetragonal-dipyramidální | C4h | 4 / m | 4* | [2,4+] | centrosymmetrický | 8 | |||
tetragonal-trapezohedral | D4 | 422 | 422 | [2,4]+ | enantiomorfní | 8 | vzepětí | ||
ditetragonal-pyramidální | C4v | 4 mm | *44 | [4] | polární | 8 | vzepětí | ||
tetragonal-scalenohedral | D2d (PROTId) | 42 m nebo 4m2 | 2*2 | [2+,4] | necentrosymetrické | 8 | vzepětí | ||
ditetragonal-dipyramidální | D4h | 4 / mmm | *422 | [2,4] | centrosymmetrický | 16 | |||
šestihranný | trigonální | trigonálně pyramidální | C3 | 3 | 33 | [3]+ | enantiomorfní polární | 3 | cyklický |
kosodélník | C3i (S.6) | 3 | 3x | [2+,3+] | centrosymmetrický | 6 | cyklický | ||
trigonálně-lichoběžníkový | D3 | 32 nebo 321 nebo 312 | 322 | [3,2]+ | enantiomorfní | 6 | vzepětí | ||
ditrigonal-pyramidální | C3v | 3m nebo 3m1 nebo 31m | *33 | [3] | polární | 6 | vzepětí | ||
ditrigonal-scalenohedral | D3d | 3m nebo 3m1 nebo 31 m | 2*3 | [2+,6] | centrosymmetrický | 12 | vzepětí | ||
šestihranný | šestihranný-pyramidový | C6 | 6 | 66 | [6]+ | enantiomorfní polární | 6 | cyklický | |
trigonálně-dipyramidové | C3h | 6 | 3* | [2,3+] | necentrosymetrické | 6 | cyklický | ||
šestihranný-dipyramidový | C6h | 6 / m | 6* | [2,6+] | centrosymmetrický | 12 | |||
šestihranný lichoběžníkový | D6 | 622 | 622 | [2,6]+ | enantiomorfní | 12 | vzepětí | ||
dihexagonal-pyramidální | C6v | 6 mm | *66 | [6] | polární | 12 | vzepětí | ||
ditrigonal-dipyramidální | D3h | 6m2 nebo 62 m | *322 | [2,3] | necentrosymetrické | 12 | vzepětí | ||
dihexagonal-dipyramidální | D6h | 6 / mmm | *622 | [2,6] | centrosymmetrický | 24 | |||
krychlový | tetartoidní | T | 23 | 332 | [3,3]+ | enantiomorfní | 12 | střídavý | |
diploidní | Th | m3 | 3*2 | [3+,4] | centrosymmetrický | 24 | |||
gyroidal | Ó | 432 | 432 | [4,3]+ | enantiomorfní | 24 | symetrický | ||
šestistěnný | Td | 43 m | *332 | [3,3] | necentrosymetrické | 24 | symetrický | ||
hexoktaedrický | Óh | m3m | *432 | [4,3] | centrosymmetrický | 48 |
Bodovou symetrii struktury lze dále popsat následovně. Zvažte body, které tvoří strukturu, a všechny je promítněte do jediného bodu, aby (X,y,z) se stává (-X,−y,−z). Toto je „obrácená struktura“. Pokud jsou původní struktura a obrácená struktura identické, pak struktura je centrosymmetrický. Jinak je necentrosymetrické. I v necentrosymetrickém případě lze obrácenou strukturu v některých případech otočit tak, aby odpovídala původní struktuře. Toto je necentrosymetrické achirál struktura. Pokud nelze obrácenou strukturu otočit tak, aby byla zarovnaná s původní strukturou, pak struktura je chirální nebo enantiomorfní a jeho skupina symetrie je enantiomorfní.[1]
Volá se směr (tj. Čára bez šipky) polární jestliže jeho dva směrové smysly jsou geometricky nebo fyzicky odlišné. Směr symetrie krystalu, který je polární, se nazývá a polární osa.[2] Skupiny obsahující polární osu se nazývají polární. Polární krystal má jedinečnou polární osu (přesněji všechny polární osy jsou rovnoběžné). Některé geometrické nebo fyzikální vlastnosti se na obou koncích této osy liší: může například vzniknout a dielektrická polarizace jako v pyroelektrické krystaly. Polární osa se může vyskytovat pouze v necentrosymmetrických strukturách. Nemůže existovat rovina zrcadla nebo dvojitá osa kolmá k polární ose, protože by způsobily ekvivalentní dva směry osy.
The krystalové struktury chirálních biologických molekul (např protein struktur) se může vyskytnout pouze v 65 enantiomorfní vesmírné skupiny (biologické molekuly jsou obvykle chirální ).
Bravais svazy
Existuje sedm různých druhů křišťálových systémů a každý druh křišťálového systému má čtyři různé druhy centrování (primitivní, základna, tělo, tvář). Ne všechny kombinace jsou však jedinečné; některé kombinace jsou ekvivalentní, zatímco jiné kombinace nejsou možné z důvodů symetrie. To snižuje počet jedinečných svazů na 14 svahů Bravais.
Distribuce 14 mřížek Bravais do mřížových systémů a krystalických rodin je uvedena v následující tabulce.
Rodina krystalů | Příhradový systém | Schönflies | 14 mřížek Bravais | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Primitivní | Základna | Střed těla | Na obličej | |||
triclinic | Ci | ![]() | ||||
monoklinický | C2h | ![]() | ![]() | |||
ortorombický | D2h | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
čtyřúhelníkový | D4h | ![]() | ![]() | |||
šestihranný | kosodélník | D3d | ![]() | |||
šestihranný | D6h | ![]() | ||||
krychlový | Óh | ![]() | ![]() | ![]() |
v geometrie a krystalografie, a Bravaisova mříž je kategorie translativní skupiny symetrie (také známý jako mříže ) ve třech směrech.
Takové skupiny symetrie se skládají z překladů vektory formy
- R = n1A1 + n2A2 + n3A3,
kde n1, n2, a n3 jsou celá čísla a A1, A2, a A3 jsou tři nekoplanární vektory zvané primitivní vektory.
Tyto svazy jsou klasifikovány podle vesmírná skupina samotné mřížky, považované za soubor bodů; existuje 14 mřížek Bravais ve třech rozměrech; každý patří pouze do jedné mřížové soustavy. Ony[je zapotřebí objasnění ] představují maximální symetrii, kterou může mít struktura s danou translační symetrií.
Všechny krystalické materiály (kromě kvazikrystaly ) musí ze své podstaty zapadat do jednoho z těchto uspořádání.
Pro větší pohodlí je Bravaisova mřížka zobrazena jednotkovou buňkou, která je o faktor 1, 2, 3 nebo 4 větší než primitivní buňka. V závislosti na symetrii krystalu nebo jiného vzoru je základní doména je opět menší, až na faktor 48.
Mříže Bravais byly studovány autorem Moritz Ludwig Frankenheim v roce 1842, který zjistil, že existuje 15 mříží Bravais. To bylo opraveno na 14 uživatelem A. Bravais v roce 1848.
Ve čtyřrozměrném prostoru
Čtyřrozměrná jednotková buňka je definována čtyřmi délkami hran (A, b, C, d) a šest interaxiálních úhlů (α, β, y, δ, ε, ζ). Následující podmínky pro parametry mřížky definují 23 krystalových rodin
Ne. | Rodina | Délky hran | Interaxiální úhly |
---|---|---|---|
1 | Hexaclinic | A ≠ b ≠ C ≠ d | α ≠ β ≠ y ≠ δ ≠ ε ≠ ζ ≠ 90° |
2 | Triclinic | A ≠ b ≠ C ≠ d | α ≠ β ≠ y ≠ 90° δ = ε = ζ = 90° |
3 | Diclinic | A ≠ b ≠ C ≠ d | α ≠ 90° β = y = δ = ε = 90° ζ ≠ 90° |
4 | Monoklinický | A ≠ b ≠ C ≠ d | α ≠ 90° β = y = δ = ε = ζ = 90° |
5 | Ortogonální | A ≠ b ≠ C ≠ d | α = β = y = δ = ε = ζ = 90° |
6 | Tetragonální monoklinika | A ≠ b = C ≠ d | α ≠ 90° β = y = δ = ε = ζ = 90° |
7 | Šestihranný monoklinický | A ≠ b = C ≠ d | α ≠ 90° β = y = δ = ε = 90° ζ = 120° |
8 | Ditetragonal diclinic | A = d ≠ b = C | α = ζ = 90° β = ε ≠ 90° y ≠ 90° δ = 180° − y |
9 | Ditrigonal (dihexagonal) diclinic | A = d ≠ b = C | α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° y ≠ δ ≠ 90° cos δ = cos β - protože y |
10 | Tetragonální ortogonální | A ≠ b = C ≠ d | α = β = y = δ = ε = ζ = 90° |
11 | Šestihranný ortogonální | A ≠ b = C ≠ d | α = β = y = δ = ε = 90°, ζ = 120° |
12 | Ditetragonal monoclinic | A = d ≠ b = C | α = y = δ = ζ = 90° β = ε ≠ 90° |
13 | Ditrigonal (dihexagonal) monoklinický | A = d ≠ b = C | α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° y = δ ≠ 90° cos y = −1/2cos β |
14 | Ditetragonal orthogonal | A = d ≠ b = C | α = β = y = δ = ε = ζ = 90° |
15 | Šestihranný čtyřúhelníkový | A = d ≠ b = C | α = β = y = δ = ε = 90° ζ = 120° |
16 | Dihexagonal ortogonal | A = d ≠ b = C | α = ζ = 120° β = y = δ = ε = 90° |
17 | Krychlový ortogonální | A = b = C ≠ d | α = β = y = δ = ε = ζ = 90° |
18 | Osmiúhelníkový | A = b = C = d | α = y = ζ ≠ 90° β = ε = 90° δ = 180° − α |
19 | Decagonal | A = b = C = d | α = y = ζ ≠ β = δ = ε cos β = −1/2 - protože α |
20 | Dodekagonální | A = b = C = d | α = ζ = 90° β = ε = 120° y = δ ≠ 90° |
21 | Diisohexagonal ortogonal | A = b = C = d | α = ζ = 120° β = y = δ = ε = 90° |
22 | Icosagonal (icosahedral) | A = b = C = d | α = β = y = δ = ε = ζ cos α = −1/4 |
23 | Hyperkubický | A = b = C = d | α = β = y = δ = ε = ζ = 90° |
Názvy zde jsou uvedeny podle Whittakera.[3] Jsou téměř stejné jako u Browna et al,[4] s výjimkou jmen krystalových rodin 9, 13 a 22. Názvy těchto tří rodin podle Browna et al jsou uvedeny v závorkách.
Vztah mezi čtyřrozměrnými rodinami krystalů, krystalovými systémy a mřížkovými systémy je uveden v následující tabulce.[3][4] Enantiomorfní systémy jsou označeny hvězdičkou. Počet enantiomorfních párů je uveden v závorkách. Zde má výraz „enantiomorfní“ jiný význam než v tabulce tříd trojrozměrných krystalů. To znamená, že enantiomorfní bodové skupiny popisují chirální (enantiomorfní) struktury. V současné tabulce „enantiomorfní“ znamená, že samotná skupina (považovaná za geometrický objekt) je enantiomorfní, jako enantiomorfní páry trojrozměrných prostorových skupin P31 a P32, P4122 a P4322. Počínaje čtyřrozměrným prostorem mohou být v tomto smyslu také enantiomorfní bodové skupiny.
Počet rodina krystalů | Rodina krystalů | Krystalový systém | Počet krystalový systém | Skupiny bodů | Vesmírné skupiny | Bravais svazy | Příhradový systém |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Já | Hexaclinic | 1 | 2 | 2 | 1 | Hexaclinic P | |
II | Triclinic | 2 | 3 | 13 | 2 | Triclinic P, S | |
III | Diclinic | 3 | 2 | 12 | 3 | Diclinic P, S, D | |
IV | Monoklinický | 4 | 4 | 207 | 6 | Monoklinické P, S, S, I, D, F | |
PROTI | Ortogonální | Neosové ortogonální | 5 | 2 | 2 | 1 | Ortogonální KU |
112 | 8 | Ortogonální P, S, I, Z, D, F, G, U | |||||
Axiální ortogonální | 6 | 3 | 887 | ||||
VI | Tetragonální monoklinika | 7 | 7 | 88 | 2 | Tetragonální monoklinická P, I | |
VII | Šestihranný monoklinický | Trigonální monoklinika | 8 | 5 | 9 | 1 | Šestihranný monoklinický R |
15 | 1 | Šestihranný monoklinický P. | |||||
Šestihranný monoklinický | 9 | 7 | 25 | ||||
VIII | Ditetragonal diclinic * | 10 | 1 (+1) | 1 (+1) | 1 (+1) | Ditetragonal diclinic P * | |
IX | Ditrigonal diclinic * | 11 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Ditrigonal diclinic P * | |
X | Tetragonální ortogonální | Inverzní čtyřúhelníkový ortogonální | 12 | 5 | 7 | 1 | Tetragonální ortogonální KG |
351 | 5 | Tetragonální ortogonální P, S, I, Z, G | |||||
Správné čtyřúhelníkové ortogonální | 13 | 10 | 1312 | ||||
XI | Šestihranný ortogonální | Trigonální ortogonální | 14 | 10 | 81 | 2 | Šestihranný ortogonální R, RS |
150 | 2 | Šestihranný ortogonální P, S | |||||
Šestihranný ortogonální | 15 | 12 | 240 | ||||
XII | Ditetragonal monoclinic * | 16 | 1 (+1) | 6 (+6) | 3 (+3) | Ditetragonal monoclinic P *, S *, D * | |
XIII | Ditrigonal monoclinic * | 17 | 2 (+2) | 5 (+5) | 2 (+2) | Ditrigonal monoclinic P *, RR * | |
XIV | Ditetragonal orthogonal | Krypto-ditetragonální ortogonální | 18 | 5 | 10 | 1 | Ditetragonal orthogonal D |
165 (+2) | 2 | Ditetragonal ortogonální P, Z | |||||
Ditetragonal orthogonal | 19 | 6 | 127 | ||||
XV | Šestihranný čtyřúhelníkový | 20 | 22 | 108 | 1 | Šestihranný tetragonální P | |
XVI | Dihexagonal ortogonal | Krypto-ditrigonální ortogonální * | 21 | 4 (+4) | 5 (+5) | 1 (+1) | Dihexagonal orthogonal G * |
5 (+5) | 1 | Dihexagonal ortogonal P | |||||
Dihexagonal ortogonal | 23 | 11 | 20 | ||||
Ditrigonal ortogonální | 22 | 11 | 41 | ||||
16 | 1 | Dihexagonal orthogonal RR | |||||
XVII | Krychlový ortogonální | Jednoduché kubické ortogonální | 24 | 5 | 9 | 1 | Krychlový ortogonální KU |
96 | 5 | Krychlový ortogonální P, I, Z, F, U | |||||
Složitý kubický ortogonální | 25 | 11 | 366 | ||||
XVIII | Osmiúhelníkový* | 26 | 2 (+2) | 3 (+3) | 1 (+1) | Osmiboká P * | |
XIX | Decagonal | 27 | 4 | 5 | 1 | Decagonal P | |
XX | Dodekagonální * | 28 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Dodekagonální P * | |
XXI | Diisohexagonal ortogonal | Jednoduché diisohexagonal ortogonal | 29 | 9 (+2) | 19 (+5) | 1 | Diisohexagonální ortogonální RR |
19 (+3) | 1 | Diisohexagonal ortogonal P | |||||
Komplexní diisohexagonální ortogonální | 30 | 13 (+8) | 15 (+9) | ||||
XXII | Ikosagonální | 31 | 7 | 20 | 2 | Ikosagonální P, SN | |
XXIII | Hyperkubický | Octagonal hypercubic | 32 | 21 (+8) | 73 (+15) | 1 | Hypercubic P |
107 (+28) | 1 | Hypercubic Z | |||||
Dodecagonal hypercubic | 33 | 16 (+12) | 25 (+20) | ||||
Celkový | 23 (+6) | 33 (+7) | 227 (+44) | 4783 (+111) | 64 (+10) | 33 (+7) |
Viz také
- Krystalový shluk - Skupina krystalů vytvořených v otevřeném prostoru s formou určenou jejich vnitřní krystalovou strukturou
- Krystalická struktura - Uspořádané uspořádání atomů, iontů nebo molekul v krystalickém materiálu
- Seznam vesmírných skupin
- Skupina polárních bodů
Reference
![]() | tento článek chybí ISBN pro knihy v něm uvedené. (Srpna 2017) |
- ^ Flack, Howard D. (2003). "Struktury chirálních a achirálních krystalů". Helvetica Chimica Acta. 86 (4): 905–921. CiteSeerX 10.1.1.537.266. doi:10.1002 / hlca.200390109.
- ^ Hahn (2002), str. 804
- ^ A b Whittaker, E. J. W. (1985). Atlas hyperstereogramů tříd čtyřrozměrných krystalů. Oxford & New York: Clarendon Press.
- ^ A b Brown, H .; Bülow, R .; Neubüser, J .; Wondratschek, H .; Zassenhaus, H. (1978). Krystalografické skupiny čtyřrozměrného prostoru. New York: Wiley.
- Hahn, Theo, ed. (2002). International Tables for Crystallography, Volume A: Space Group Symetry. Mezinárodní tabulky pro krystalografii. A (5. vydání). Berlín, New York: Springer-Verlag. doi:10.1107/97809553602060000100. ISBN 978-0-7923-6590-7.
externí odkazy
- Přehled 32 skupin
- Minerální galerie - symetrie
- všechny třídy, formy a stereografické projekce kubických krystalů (interaktivní java applet)
- Krystalový systém na Online slovník krystalografie
- Rodina krystalů na Online slovník krystalografie
- Příhradový systém na Online slovník krystalografie
- Konverze primitivní na standardní konvenční pro vstupní soubory VASP
- Učení krystalografie