Syngony

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 ").

Syngony

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] :

Crystal System

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 ) .

Gittersystem

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

En oversigt over punktgrupper

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

Gitterklassifikation

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 )

Historie

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."

Klassificering af grupper i flerdimensionelle rum

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:

  1. Hexaclin:
  2. Triklinik:
  3. Diklinnaya:
  4. Monoklinisk:
  5. Ortogonal:
  6. Tetragonal monoklinisk:
  7. Hexagonal monoklinisk:
  8. Ditetragonal diclinic:
  9. Ditrigonal diclinic:
  10. Tetragonal ortogonal:
  11. Sekskantet ortogonalt:
  12. Ditetragonal monoklinisk:
  13. Ditrigonal monoklinisk:
  14. Ditetragonal ortogonal:
  15. Sekskantet tetragonal:
  16. Dihexagonal ortogonal:
  17. Kubisk ortogonal:
  18. Ottekantet:
  19. Dekagonal:
  20. Dodecagonal:
  21. Di-isohexagonal ortogonal:
  22. Icosagonal:
  23. Hyperkubisk:

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)

Se også

Noter

  1. Krystalfamilie - Online ordbog over krystallografi . Hentet 22. februar 2009. Arkiveret fra originalen 21. marts 2013.
  2. Krystalsystem - Online ordbog over krystallografi . Hentet 22. februar 2009. Arkiveret fra originalen 21. marts 2013.
  3. Gittersystem - Online ordbog for krystallografi . Hentet 29. april 2013. Arkiveret fra originalen 29. april 2013.
  4. Shubnikov A. V., Bokiy G. B., Flint E. E., Fundamentals of Crystallography, Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1940
  5. Zagalskaya Yu.G., Litvinskaya G.P., Egorov-Tismenko Yu.K. Geometrisk krystallografi. - M . : Moscow Universitys forlag, 1986. - 168 s.
  6. "Yu.K. Egorov-Tismenko, G.P. Litvinskaya, Theory of Crystal Symmetry, GEOS, 2000. Kapitel III. Koordinatsystemer, kategorier, syngonier." . Hentet 12. januar 2021. Arkiveret fra originalen 13. januar 2021.
  7. Fedorov E. S., Krystallografikursus. Ed. 3., 1901 online
  8. Holohedry - Online ordbog for krystallografi . Dato for adgang: 30. januar 2013. Arkiveret fra originalen 21. marts 2013.
  9. de Wolff et al., Nomenklatur for krystalfamilier, Bravais-gittertyper og aritmetiske klasser, Acta Cryst. (1985). A41, 278-280. online Arkiveret 27. januar 2013 på Wayback Machine
  10. Weinstein B.K. Moderne krystallografi. Bind 1. Symmetri af krystaller, metoder til strukturel krystallografi. Nauka, Moskva, 1979.
  11. Sirotin Yu.I., Shaskolskaya M.P. Grundlæggende om krystalfysik. Nauka, Moskva, 1979.
  12. Flint E.E. En praktisk guide til geometrisk krystallografi. 3. udgave, oversat. og yderligere, Gosgeoltekhizdat, Moskva, 1956.
  13. CS Weiss De indagando formarum crystallinarum charactere geometrico principali dissertatio. Lipsiae [Leipzig] 1809
  14. C.S. Weiss : Ueber die natürlichen Abtheilungen der Crystallisations Systeme. Abhandl. k. Akad. Wiss., Berlin 1814-1815, S. 290-336.
  15. Friedrich Mohs : Grund-Riß der Mineralogie. Erster Hale. Terminologi, Systematik, Nomenklatur, Charakteristik. Dresden 1822
  16. Carl Friedrich Naumann , Lehrbuch der Mineralogie Mineralogie, 1828 online
  17. Carl Friedrich Naumann , Lehrbuch der reinen und angewandten Krystallographie, 1830 online
  18. Edward Salisbury Dana, James Dwight Dana, A text-book of mineralogy, 1880 online
  19. Carl Friedrich Naumann, Elemente der mineralogie, 1874 online
  20. Bravais, A. (1850) Mémoire sur les systèmes formés par les points distribués régulièrement sur un plan ou dans l'espace. Journal de L'Ecole Polytechnique.
  21. B. Souvignier: "Enantiomorfisme af krystallografiske grupper i højere dimensioner med resultater i dimensioner op til 6". Acta Crystallographica Sektion A, bind 59, s. 210-220, 2003.
  22. CARAT-hjemmesiden . Dato for adgang: 5. maj 2015. Arkiveret fra originalen 5. marts 2016. En del af beregningerne i Souvignier (2003) for seksdimensionelt rum var baseret på en fejlagtig version af CARAT-programmet.
  23. EJW Whittaker, Et atlas af hyperstereogrammer af de firedimensionelle krystalklasser. Clarendon Press (Oxford Oxfordshire og New York) 1985.
  24. H. Brown, R. Bülow, J. Neubüser, H. Wondratschek og H. Zassenhaus, Crystallographic Groups of Four-Dimensional Space. Wiley, NY, 1978.

Links