Syngoni (fra græsk σύν "ifølge, sammen, ved siden af" + γωνία "vinkel"; lit. "lighed") er en klassifikation af krystallografiske symmetrigrupper , krystaller og krystalgitter afhængig af koordinatsystemet ( koordinatramme ); symmetrigrupper med et enkelt koordinatsystem kombineres til én syngoni. Krystaller, der tilhører den samme syngoni, har lignende hjørner og kanter af enhedsceller .
Et krystalsystem er en klassifikation af krystaller og krystallografiske grupper baseret på et sæt symmetrielementer, der beskriver en krystal og tilhører en krystallografisk gruppe.
Gittersystem - klassificering af krystalgitre afhængigt af deres symmetri .
Der er en forvirring i litteraturen af alle tre begreber: syngoni [1] , krystalsystem [2] og gittersystem [3] , som ofte bruges som synonymer .
I den russisksprogede litteratur er udtrykket "gittersystem" endnu ikke brugt. Normalt forveksler forfattere dette koncept med et krystallinsk system. I bogen "Fundamentals of Crystallography" [4] bruger forfatterne udtrykket "Gittersyngoni" (" I henhold til nodernes symmetri kan rumlige gitter opdeles i syv kategorier kaldet gittersyngonier "). De samme forfattere kalder syngonies-systemer (" Den mest etablerede klassificering af grupper er deres opdeling i seks systemer baseret på symmetrien af ansigtskomplekser ").
Historisk set var den første klassificering af krystaller opdelingen i syngonier, afhængigt af det krystallografiske koordinatsystem. Krystallens symmetriakser blev valgt som koordinatakser, og i deres fravær krystallens kanter. I lyset af moderne viden om krystallers struktur svarer sådanne retninger til oversættelserne af krystalgitteret , og oversættelserne af Bravais-cellen i standardopsætningen er valgt som koordinatsystemet . Afhængigt af forholdet mellem længderne af disse oversættelser og vinklerne mellem dem skelnes der mellem seks forskellige syngonier , som falder i tre kategorier afhængigt af antallet af lige længder af oversættelser [5] :
Opdelingen i krystalsystemer udføres afhængigt af det sæt af symmetrielementer, der beskriver krystallen . En sådan opdeling fører til syv krystalsystemer, hvoraf to - trigonale (med en akse af 3. orden) og sekskantede (med en akse af 6. orden) - har samme enhedscelle i form og derfor hører til en, sekskantet, syngoni. Det siges nogle gange, at den sekskantede syngoni er opdelt i to subsygonier [6] eller hyposygonier. [7]
Krystalsystemer er også opdelt i tre kategorier, afhængigt af antallet af højere ordens akser (akser over anden orden).
Mulige krystalsystemer i tredimensionelt rum med symmetrielementer, der definerer dem, det vil sige symmetrielementer, hvis tilstedeværelse er nødvendig for at tilskrive en krystal eller en punktgruppe til et specifikt krystalsystem:
Krystalsystemet i en rumgruppe bestemmes af systemet med dens tilsvarende punktgruppe. For eksempel hører grupperne Pbca, Cmcm, Immm, Fddd ( klasse mmm) til det rombiske system.
Den moderne definition af et krystalsystem (gælder ikke kun for almindelige tredimensionelle grupper, men også for rum af enhver dimension) henviser punktgrupper (og rumgrupper afledt af dem) til ét krystalsystem, hvis disse grupper kan kombineres med det samme. typer af Bravais-gitre. For eksempel hører grupperne mm2 og 222 begge til det rombesystem, da der for hver af dem er rumgrupper med alle typer af rombegitter (Pmm2, Cmm2, Imm2, Fmm2 og P222, C222, I222, F222), mens grupperne 32 og 6 tilhører ikke det samme krystalsystem, da for gruppe 32 er primitive og dobbeltcentrerede hexagonale celler tilladt (gruppe P321 og R32), og gruppe 6 er kun kombineret med en primitiv hexagonal celle (der er en gruppe P 6 , men der er ingen R6 ) .
Beskriver typerne af krystalgitre. Kort sagt: gitter er af samme type, hvis deres punktsymmetrigrupper (når man betragter gitter som geometriske objekter) er de samme. Sådanne punktgrupper, der beskriver symmetrien af gitteret, kaldes holohedry . [otte]
I alt er der syv systemer af gitter, som i lighed med de tidligere klassifikationer (syngoni og krystalsystem) er opdelt i tre kategorier.
Det rhomboedriske gittersystem må ikke forveksles med det trigonale krystalsystem. Krystaller af det rhomboedriske gittersystem hører altid til det trigonale krystalsystem, men trigonale krystaller kan tilhøre både rhomboedriske og hexagonale gittersystemer. For eksempel hører grupperne R3 og P321 (begge fra det trigonale krystalsystem) til forskellige gittersystemer (henholdsvis rhomboedral og hexagonal).
Generel definition gældende for rum af enhver dimension - Gitter er af samme type, hvis de er kombineret med de samme punktgrupper. For eksempel er alle rombiske gitter (rhombic P, rhombic C, rhombic I og rhombic F) af samme type, da de kombineres med punktgrupperne 222, mm2 og mmm for at danne rumgrupper P222, Pmm2, Pmmm; C222, Cmm2, Cmmm; I222, Imm2, Immm; F222, Fmm2, Fmmm. Samtidig svarer cellerne i det hexagonale system (primitiv P og dobbelt centreret R) til forskellige gittersystemer: begge er kombineret med punktgrupperne i det trigonale krystalsystem, men kun den primitive celle er kombineret med grupperne i sekskantet system (der er grupperne P6, P 6 , P6/m, P622, P6mm, P 6 m2, P6/mmm, men der er ingen grupper R6, R 6 , R6/m, R622, R6mm, R 6 m2, R6 /mmm).
Forbindelsen mellem syngoni, krystalsystem og gittersystem i tredimensionelt rum er angivet i følgende tabel:
Syngony | Krystal system | Punktgrupper | Antal rumgrupper | Modigt gitter [9] | Gittersystem | Holohedria |
---|---|---|---|---|---|---|
Triclinic | 1, 1 | 2 | aP | Triclinic | en | |
Monoklinisk | 2, m, 2/m | 13 | mP, mS | Monoklinisk | 2/m | |
Rhombic | 222, mm2, mmm | 59 | oP, oS, oI, af | Rhombic | hmmm | |
tetragonal | 4, 4 , 422, 4mm, 42m , 4/m, 4/mmm | 68 | tP, tI | tetragonal | 4/mmm | |
Sekskantet | Trigonal | 3, 3 , 32, 3m , 3m | 7 | hR | Rhombohedral | 3 m |
atten | hP | Sekskantet | 6/mmmm | |||
Sekskantet | 6, 6 , 622, 6mm, 6m2 , 6/m, 6/mmm | 27 | ||||
kubik | 23, m 3 , 4 3 m, 432, m 3 m | 36 | cP, cl, cF | kubik | m 3 m | |
I alt: 6 | 7 | 32 | 230 | fjorten | 7 |
Krystal system | punktgruppe / symmetriklasse | Skoenfluer symbol | internationalt symbol | Shubnikovs symbol | Type |
---|---|---|---|---|---|
triklinik | monohedral | C1 _ | enantiomorf polær | ||
pinacoidal | C i | centrosymmetrisk | |||
monoklinisk | dihedral aksial | C2 _ | enantiomorf polær | ||
dihedral akseløs (domatisk) | Cs _ | polar | |||
prismatisk | C 2h | centrosymmetrisk | |||
Rhombic | rombo-tetraedrisk | D2 _ | enantiomorf | ||
rhombo- pyramideformet | C 2v | polar | |||
rhombo-dipyramidal | D2h _ | centrosymmetrisk | |||
tetragonal | tetragonal-pyramideformet | C4 _ | enantiomorf polær | ||
tetragonal-tetraedrisk | S4 _ | ||||
tetragonal dipyramidal | C4h _ | centrosymmetrisk | |||
tetragonal-trapezoedral | D4 _ | enantiomorf | |||
didragonal-pyramideformet | C4v _ | polar | |||
tetragonal-scalenohedral | D2d _ | eller | |||
ditragonal-dipyramidal | D4h _ | centrosymmetrisk | |||
Trigonal | trigonal-pyramideformet | C3 _ | enantiomorf polær | ||
rhomboedral | S6 ( C3i ) _ | centrosymmetrisk | |||
trigonal-trapezoedral | D3 _ | eller eller | enantiomorf | ||
ditrigonal-pyramideformet | C 3v | eller eller | polar | ||
ditrigonal-scalenohedral | D3d _ | eller eller | centrosymmetrisk | ||
Sekskantet | sekskantet-pyramideformet | C6 _ | enantiomorf polær | ||
trigonal-dipyramidal | C 3h | ||||
sekskantet-dipyramidal | C6h _ | centrosymmetrisk | |||
sekskantet-trapezoedrisk | D6 _ | enantiomorf | |||
dihexagonal-pyramideformet | C6v _ | polar | |||
ditrigonal-dipyramidal | D3h _ | eller | |||
dihexagonal-dipyramidal | D6h _ | centrosymmetrisk | |||
kubik | tritetraedral | T | enantiomorf | ||
didodekaedral | T h | centrosymmetrisk | |||
hexatetraedrisk | T d | ||||
trioktaedral | O | enantiomorf | |||
heksoktaedrisk | Åh h | centrosymmetrisk |
Syngony | Modig cellecentreringstype | ||||
---|---|---|---|---|---|
primitiv | base- centreret |
krop centreret |
ansigt centreret |
dobbelt kropscentreret _ | |
Triklinik ( parallelepipedum ) |
|||||
Monoklinisk ( prisme med et parallelogram i bunden) |
|||||
Rhombisk ( rektangulær parallelepipedum ) |
|||||
Tetragonal ( rektangulær parallelepipedum med en firkant i bunden) |
|||||
Sekskantet ( prisme med basis af en regulær centreret sekskant) |
|||||
Trigonal (ligesidet parallelepipedum - rhombohedron ) |
|||||
Kubik ( terning ) |
Den første geometriske klassificering af krystaller blev givet uafhængigt af Christian Weiss og Friedrich Moos i begyndelsen af det 19. århundrede. Begge videnskabsmænd klassificerede krystaller efter symmetrien af deres ydre form (snit). I dette tilfælde introducerer Weiss faktisk begrebet en krystallografisk akse (symmetriakse). Ifølge Weiss er "aksen en linje, der dominerer hele krystallens figur, da alle dele omkring den er placeret på en lignende måde og i forhold til den svarer de til hinanden" [13] . I sit arbejde "A Visual Representation of the Natural Divisions of Crystallization Systems" klassificerede Weiss krystaller ved tilstedeværelsen af akser i fire store sektioner af krystallinske former, "krystallisationssystemer", svarende til det moderne syngonibegreb [14] . Moderne navne er angivet i parentes.
Til de monokliniske og trikliniske syngonier brugte Weiss et rektangulært koordinatsystem (moderne krystallografiske koordinatsystemer for disse syngonier er skrå).
Omtrent på samme tid udviklede Friedrich Moos begrebet krystallinske systemer [15] . Hvert system er kendetegnet ved den enkleste "grundform" af ansigter, hvorfra alle andre former for dette system kan udledes. Således opnåede Mohs følgende fire systemer:
I begge klassifikationer identificerer Weiss og Moos kun fire systemer, selvom alle seks syngonier er opført, betragter de kun de monokliniske og trikliniske syngonier som undersystemer af det rombiske system. Efter eget udsagn udviklede Moos dette koncept i 1812-14, som var genstand for en strid med Weiss om prioriteringen af opdagelsen af krystallinske systemer. I modsætning til Weiss påpegede Moos behovet for et skrå aksesystem for monokliniske og trikliniske krystaller.
Skråvinkelsystemer blev endelig udviklet og introduceret i krystallografi af hans elev Carl Friedrich Naumann . Naumann baserede sin klassifikation på krystallografiske akser og vinklerne mellem dem og skelnede således for første gang alle seks syngonier [16] [17] . Interessant nok bruger Naumann allerede i 1830 navnene på syngonier, der er identiske eller tæt på moderne (navnene tetragonal , hexagonal og rhombic blev oprindeligt foreslået af Breithaupt).
Da teorien om symmetri på det tidspunkt kun var ved at udvikle sig, dukkede et usædvanligt diclinoedrisk (diclinic) system op på listen over systemer. Et sådant krystallinsk system er i princippet umuligt i tredimensionelt rum, da tilstedeværelsen af en symmetriakse altid garanterer tilstedeværelsen af translationer vinkelret på aksen, som er valgt som koordinatakser. Det dicliniske system eksisterede i krystallografien i omkring et halvt århundrede (selvom Dufrenois allerede i 1856 viste, at dette kun var et specialtilfælde af det trikliniske system). I 1880 nævner Dana , i sin berømte bog "The System of Mineralogy" [18] , det "såkaldte diclinic system", men bemærker samtidig, at der ikke kendes en eneste naturlig eller kunstig krystal, der tilhører dette system, og at det desuden er matematisk bevist, at der kun er seks krystalsystemer. Naumann troede selv på diklinisk syngoni indtil slutningen af sit liv, og i den niende udgave af Fundamentals of Mineralogy [19] , udgivet posthumt i 1874, er denne syngoni stadig på listen, selvom Naumann bemærker, at dette system kun findes i et par kunstige salte, og overvejer det ikke nærmere.
Navne på krystallografiske syngonier blandt forfatterne af det 19. århundrede
Forfatter | kubik | tetragonal | Sekskantet | Rhombic | Monoklinisk | Triclinic |
---|---|---|---|---|---|---|
Weiss | Korrekt, sfærisk, sfærisk, sfæronomisk, ligeakset, jævndøgn | Fire-leddet, To-og-en-aksel | Seksleddet, tre-og-en-akslet | To-og-to-leddet, En-og-en-aksel | To-og-enkelt medlem | En-og-en periode |
Moos | Tessular, Tessular | Pyramideformet | Rhombohedral | Prismatisk, ortotypisk | Hemiprismatisk, Hemiortotypisk | Tetartoprismatisk, anortotype |
Breithaupt | tetragonal | Sekskantet | Rhombic | Hemirhombisk | tetrarhombisk | |
Nauman | tesseral | tetragonal | Sekskantet | Rhombisk, anisometrisk | monoklinohedral, klinorhombisk | Triklinohedral, Triklinometrisk |
Gausman | Isometrisk | Monodimetrisk | Monotrimetrisk | Trimetrisk, ortorhombisk | klinorhombisk, orthorhomboid | klinorhomboid |
Møller 1839 | Oktaedral | Pyramideformet | Rhombohedral | Prismatisk | Skrå prismatisk | Dobbelt-skrå-prismatisk |
Gadolin | Korrekt | Firkant | Sekskantet | Rhombic | monoklinoedrisk | triklinohedral |
Andre forfattere | Tetrahedral (Bedan), kubisk (Duprenois) | dimetrisk | Binær (Quenstedt) | Monoklinometrisk (Frankenheim), Augite (Haidinger) |
Triclinic (Frankenheim), Anorthic (Haidinger) |
For første gang blev opdelingen i syv krystallografiske systemer givet i 1850 i værket af Auguste Bravais "Memoir on systems of points regularly distributed on a plane or in space" [20] . Faktisk er dette den første division baseret på symmetrielementer og ikke på koordinatsystemer. Derfor svarer alle tidligere klassifikationer til den nuværende definition af syngoni, mens Bravais-klassifikationen er en klassifikation efter krystalsystemer (strengt taget gittersystemer).
Bravais opdeler gitter afhængigt af deres symmetri i 7 systemer (sætklasser).
Samtidig bemærker Bravais selv, at selv Hayuy opdelte gitterne i det sekskantede system (ifølge Naumanns klassifikation) "i krystaller genereret af et regulært sekskantet prisme, og krystaller genereret af en romboedrisk kerne."
I anden halvdel af det 20. århundrede blev krystallografiske grupper i firedimensionelle, femdimensionelle og seksdimensionale rum studeret og klassificeret. Efterhånden som dimensionen øges, stiger antallet af grupper og klasser markant [21] . Antallet af enantiomorfe par er angivet i parentes.
Rummets dimension: | en | 2 | 3 | fire | 5 | 6 |
---|---|---|---|---|---|---|
Antal syngonier | en | fire | 6 | 23 (+6) | 32 | 91 |
Antal netsystemer | en | fire | 7 | 33 (+7) | 57 | 220 |
Antal krystalsystemer | en | fire | 7 | 33 (+7) | 59 | 251 |
Antal Bravais-riste | en | 5 | fjorten | 64 (+10) | 189 | 841 |
Antal pointgrupper | 2 | ti | 32 | 227 (+44) | 955 | 7103 |
Antal rumgrupper | 2 | 17 | 219 (+11) | 4783 (+111) | 222018 (+79) | 28927915 (+?) [22] |
I firedimensionelt rum er en enhedscelle defineret af fire sider ( ) og seks vinkler mellem dem ( ). Følgende relationer mellem dem definerer 23 syngonier:
Forbindelsen mellem syngoni, krystalsystem og gittersystem i firedimensionelt rum er angivet i følgende tabel [23] [24] . Stjerner markerer enantiomorfe systemer. Antallet af enantiomorfe grupper (eller gitter) er angivet i parentes.
Syngony nummer |
Syngony | Krystal system | Systemnummer _ |
Antal pointgrupper | Antal rumgrupper | Antal Bravais-riste | Gittersystem |
---|---|---|---|---|---|---|---|
jeg | Hexaclin | en | 2 | 2 | en | Hexacline P | |
II | Triclinic | 2 | 3 | 13 | 2 | Triclinic P, S | |
III | Diklinnaya | 3 | 2 | 12 | 3 | Diclinic P, S, D | |
IV | Monoklinisk | fire | fire | 207 | 6 | Monoklinisk P, S, S, I, D, F | |
V | ortogonal | Akselløs ortogonal | 5 | 2 | 2 | en | Ortogonal KU |
112 | otte | Ortogonal P, S, I, Z, D, F, G, U | |||||
Aksial ortogonal | 6 | 3 | 887 | ||||
VI | Tetragonal monoklinisk | 7 | 7 | 88 | 2 | Tetragonal monoklinisk P, I | |
VII | Sekskantet monoklinisk | Trigonal monoklinisk | otte | 5 | 9 | en | Hexagonal monoklinisk R |
femten | en | Hexagonal monoklinisk P | |||||
Sekskantet monoklinisk | 9 | 7 | 25 | ||||
VIII | Ditetragonal diclinic* | ti | 1 (+1) | 1 (+1) | 1 (+1) | Ditetragonal diclinic P* | |
IX | Ditrigonal diclinic* | elleve | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Ditrigonal diclinic P* | |
x | Tetragonal ortogonal | Inverteret tetragonal ortogonal | 12 | 5 | 7 | en | Tetragonal ortogonal KG |
351 | 5 | Tetragonal ortogonal P, S, I, Z, G | |||||
Roterende tetragonal ortogonal | 13 | ti | 1312 | ||||
XI | Sekskantet ortogonalt | Trigonal ortogonal | fjorten | ti | 81 | 2 | Hexagonal ortogonal R, RS |
150 | 2 | Hexagonal ortogonal P, S | |||||
Sekskantet ortogonalt | femten | 12 | 240 | ||||
XII | Ditetragonal monoklinisk* | 16 | 1 (+1) | 6 (+6) | 3 (+3) | Ditetragonal monoklinisk P*, S*, D* | |
XIII | Ditrigonal monoklinisk* | 17 | 2 (+2) | 5 (+5) | 2 (+2) | Ditrigonal monoklinisk P*, RR* | |
XIV | Ditetragonal ortogonal | Krypto-ditragonal ortogonal | atten | 5 | ti | en | Ditetragonal ortogonal D |
165 (+2) | 2 | Ditetragonal ortogonal P, Z | |||||
Ditetragonal ortogonal | 19 | 6 | 127 | ||||
XV | Sekskantet tetragonal | tyve | 22 | 108 | en | Sekskantet tetragonal P | |
XVI | Dihexagonal ortogonal | Krypto-ditrigonal ortogonal* | 21 | 4 (+4) | 5 (+5) | 1 (+1) | Dihexagonal ortogonal G* |
5 (+5) | en | Dihexagonal ortogonal P | |||||
Dihexagonal ortogonal | 23 | elleve | tyve | ||||
Ditrigonal ortogonal | 22 | elleve | 41 | ||||
16 | en | Dihexagonal ortogonal RR | |||||
XVII | Kubisk ortogonal | Simpel kubisk ortogonal | 24 | 5 | 9 | en | Kubisk ortogonal KU |
96 | 5 | Kubisk ortogonal P, I, Z, F, U | |||||
Kompleks kubisk ortogonal | 25 | elleve | 366 | ||||
XVIII | Ottekantet* | 26 | 2 (+2) | 3 (+3) | 1 (+1) | Ottekantet P* | |
XIX | Dekagonal | 27 | fire | 5 | en | Dekagonal P | |
XX | Dodecagonal* | 28 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Dodecagonal P* | |
XXI | Di-isohexagonal ortogonal | Simpel di-isohexagonal ortogonal | 29 | 9 (+2) | 19 (+5) | en | Di-isohexagonal ortogonal RR |
19 (+3) | en | Di-isohexagonal ortogonal P | |||||
Kompleks di-isohexagonal ortogonal | tredive | 13 (+8) | 15 (+9) | ||||
XXII | Icosagonal | 31 | 7 | tyve | 2 | Icosagonal P, SN | |
XXIII | hyperkubisk | Ottekantet hyperkubisk | 32 | 21 (+8) | 73 (+15) | en | Hyperkubisk P |
107 (+28) | en | Hyperkubisk Z | |||||
Todekagonal hyperkubisk | 33 | 16 (+12) | 25 (+20) | ||||
I alt: | 23 (+6) | 33 (+7) | 227 (+44) | 4783 (+111) | 64 (+10) | 33 (+7) |
Syngony | |
---|---|
Symmetri | |
laveste kategori | |
Mellem kategori | |
Top kategori | Kubisk system |
se også | |
Krystallografi |