Kristal sistemi - Crystal system

Elmas kristal yapı yüzey merkezli ait kübik kafes yinelenen bir iki atomlu desenli.

Gelen kristalografisi terimleri, kristal sistemi , kristal ailesi ve örgü sistemi , her biri çok sayıda sınıflardan birinin bakınız boşluk grubu , kafesler , nokta gruplarının veya kristaller . Gayri resmi olarak, iki kristal, benzer simetrilere sahipse aynı kristal sistemindedir, ancak bunun birçok istisnası vardır.

Kristal sistemler, kristal aileleri ve kafes sistemleri benzerdir ancak biraz farklıdır ve aralarında yaygın bir karışıklık vardır: özellikle trigonal kristal sistemi genellikle eşkenar dörtgen kafes sistemi ile karıştırılır ve "kristal sistem" terimi bazen şu anlama gelir: "kafes sistemi" veya "kristal ailesi".

Uzay grupları ve kristaller, nokta gruplarına göre yedi kristal sistemine ve Bravais kafeslerine göre yedi kafes sistemine ayrılır . Kristal sistemlerinin beşi, kafes sistemlerinin beşi ile esasen aynıdır, ancak altıgen ve trigonal kristal sistemleri, altıgen ve eşkenar dörtgen kafes sistemlerinden farklıdır. Bu karışıklığı ortadan kaldırmak için altıgen ve trigonal kristal sistemleri tek bir altıgen ailede birleştirilerek altı kristal ailesi oluşturulur .

genel bakış

Üç katlı c ekseni simetrisine sahip altıgen hanksit kristali

Bir örgü sistemi örgü aynı seti olan kafeslerin bir sınıftır nokta gruplarının alt grupları, aritmetik kristal sınıfları . 14 Bravais kafesi yedi kafes sisteminde gruplandırılmıştır: triklinik, monoklinik, ortorombik, tetragonal, eşkenar dörtgen, altıgen ve kübik.

Bir kristal sistemde , bir dizi nokta grubu ve bunlara karşılık gelen uzay grupları bir kafes sistemine atanır. Üç boyutta var olan 32 nokta grubundan çoğu sadece bir kafes sistemine atanır, bu durumda hem kristal hem de kafes sistemleri aynı ada sahiptir. Bununla birlikte, her ikisi de üç katlı dönme simetrisi sergilediği için, iki kafes sistemine, eşkenar dörtgen ve altıgen olmak üzere beş nokta grubu atanır. Bu nokta grupları, trigonal kristal sistemine atanır. Toplamda yedi kristal sistemi vardır: triklinik, monoklinik, ortorombik, tetragonal, trigonal, altıgen ve kübik.

Bir kristal ailesi , kafesler ve nokta grupları tarafından belirlenir. Ortak bir kafes sistemine atanmış uzay gruplarına sahip kristal sistemlerin birleştirilmesiyle oluşturulur. Üç boyutta, kristal aileleri ve sistemleri, tek bir altıgen kristal ailede birleştirilen altıgen ve trigonal kristal sistemleri dışında aynıdır. Toplamda altı kristal ailesi vardır: triklinik, monoklinik, ortorombik, tetragonal, altıgen ve kübik.

Üç boyuttan daha az olan uzaylar aynı sayıda kristal sistemlerine, kristal ailelerine ve kafes sistemlerine sahiptir. Tek boyutlu uzayda tek kristal sistem vardır. 2B uzayda dört kristal sistem vardır: eğik, dikdörtgen, kare ve altıgen.

Üç boyutlu kristal aileleri, kristal sistemleri ve kafes sistemleri arasındaki ilişki aşağıdaki tabloda gösterilmiştir:

kristal aile kristal sistemi Nokta grubunun gerekli simetrileri Nokta grupları Uzay grupları Bravais kafesleri kafes sistemi
triklinik triklinik Hiçbiri 2 2 1 triklinik
monoklinik monoklinik 1 çift dönüş ekseni veya 1 ayna düzlemi 3 13 2 monoklinik
ortorombik ortorombik 3 adet iki katlı dönme ekseni veya 1 adet iki katlı dönme ekseni ve 2 ayna düzlemi 3 59 4 ortorombik
dörtgen dörtgen 1 dörtlü dönme ekseni 7 68 2 dörtgen
altıgen üçgen 1 üç katlı dönme ekseni 5 7 1 eşkenar dörtgen
18 1 altıgen
altıgen 1 altı katlı dönme ekseni 7 27
kübik kübik 4 adet üç katlı dönüş ekseni 5 36 3 kübik
6 7 Toplam 32 230 14 7
Not: "Üçgen" kafes sistemi yoktur. Terminoloji karışıklığını önlemek için "üçgen kafes" terimi kullanılmamıştır.

Kristal sınıfları

7 kristal sistemi, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi 32 kristal sınıfından (32 kristalografik nokta grubuna karşılık gelir) oluşur:

kristal aile kristal sistemi Nokta grubu / Kristal sınıfı Schönflies Hermann-Mauguin orbifold coxeter nokta simetrisi Emir soyut grup
triklinik pedial 1. 1 11 [ ] + enantiomorfik kutup 1 önemsiz
pinakoidal Cı- I (S 2 ) 1 1x [2,1 + ] merkez simetrik 2 döngüsel
monoklinik sfenoidal Cı- 2 2 22 [2,2] + enantiomorfik kutup 2 döngüsel
domatik C s (C 1h ) m *11 [ ] kutupsal 2 döngüsel
prizmatik C 2 saat 2/m 2* [2,2 + ] merkez simetrik 4 Klein dört
ortorombik eşkenar dörtgen disfenoidal D 2 (V) 222 222 [2,2] + enantiomorfik 4 Klein dört
eşkenar dörtgen piramidal C 2v mm2 *22 [2] kutupsal 4 Klein dört
eşkenar dörtgen- dipiramidal D 2h (V H ) mmm *222 [2,2] merkez simetrik 8
dörtgen tetragonal-piramidal Cı- 4 4 44 [4] + enantiomorfik kutup 4 döngüsel
tetragonal-disfenoidal S 4 4 2 kere [2 + ,2] sentrosimetrik olmayan 4 döngüsel
tetragonal-dipiramidal C 4h 4/m 4* [2,4 + ] merkez simetrik 8
tetragonal-trapezohedral D 4 422 422 [2,4] + enantiomorfik 8 dihedral
ditetragonal-piramidal C 4v 4mm *44 [4] kutupsal 8 dihedral
tetragonal-skalanohedral D 2d (V d ) 4 2m veya 4 m2 2*2 [2 + ,4] sentrosimetrik olmayan 8 dihedral
ditetragonal-dipiramidal D 4h 4/mm *422 [2,4] merkez simetrik 16
altıgen üçgen Köşeli piramit Cı- 3 3 33 [3] + enantiomorfik kutup 3 döngüsel
eşkenar dörtgen C 3i (S 6 ) 3 3x [2 + ,3 + ] merkez simetrik 6 döngüsel
trigonal-trapezohedral D 3. 32 veya 321 veya 312 322 [3,2] + enantiomorfik 6 dihedral
ditrigonal-piramidal C 3v 3m veya 3m1 veya 31m *33 [3] kutupsal 6 dihedral
ditrigonal-scalenohedral D 3d 3 m veya 3 m1 veya 3 1m 2*3 [2 + ,6] merkez simetrik 12 dihedral
altıgen altıgen-piramidal 6 6 66 [6] + enantiomorfik kutup 6 döngüsel
trigonal-dipiramidal C 3 saat 6 3* [2,3 + ] sentrosimetrik olmayan 6 döngüsel
altıgen-dipiramidal C 6h 6/m 6* [2,6 + ] merkez simetrik 12
altıgen yamuk D 6 622 622 [2,6] + enantiomorfik 12 dihedral
dihegzagonal-piramidal C 6v 6mm *66 [6] kutupsal 12 dihedral
ditrigonal-dipiramidal D 3 saat 6 m2 veya 6 2m *322 [2,3] sentrosimetrik olmayan 12 dihedral
dihegzagonal-dipiramidal D 6h 6/mm *622 [2,6] merkez simetrik 24
kübik tetratoidal T 23 332 [3,3] + enantiomorfik 12 dönüşümlü
diploidal T h m 3 3*2 [3 + ,4] merkez simetrik 24
gyroidal Ö 432 432 [4,3] + enantiomorfik 24 simetrik
altı yüzlü T d 4 3m *332 [3,3] sentrosimetrik olmayan 24 simetrik
altı yüzlü o h m 3 m *432 [4,3] merkez simetrik 48

Bir yapının nokta simetrisi aşağıdaki gibi daha ayrıntılı olarak açıklanabilir. Yapıyı oluşturan noktaları göz önünde bulundurun ve hepsini tek bir nokta üzerinden yansıtın, böylece ( x , y , z ) (− x ,− y ,− z ) olur. Bu 'ters yapı'dır. Orijinal yapı ve ters çevrilmiş yapı aynıysa, yapı merkez simetriktir . Aksi takdirde, merkez simetrik değildir . Yine de, merkezi simetrik olmayan durumda bile, bazı durumlarda ters çevrilmiş yapı, orijinal yapı ile hizalanmak üzere döndürülebilir. Bu, sentrosimetrik olmayan bir akiral yapıdır. Tersine çevrilmiş yapı, orijinal yapıyla hizalanacak şekilde döndürülemiyorsa, yapı kiral veya enantiyomorfiktir ve simetri grubu enantiyomorfiktir .

İki yönlü duyuları geometrik veya fiziksel olarak farklıysa, bir yöne (oksuz bir çizgi anlamına gelir) kutup denir . Polar olan bir kristalin simetri yönüne polar eksen denir . Bir kutup ekseni içeren gruplar denir kutupsal . Bir polar kristal benzersiz bir kutup eksenine sahiptir (daha kesin olarak, tüm kutup eksenleri paraleldir). Bu eksenin iki ucunda bazı geometrik veya fiziksel özellikler farklıdır: örneğin, piroelektrik kristallerde olduğu gibi bir dielektrik polarizasyon gelişebilir . Bir kutup ekseni sadece merkez simetrik olmayan yapılarda meydana gelebilir. Kutup eksenine dik bir ayna düzlemi veya iki katlı eksen olamaz, çünkü bunlar eksenin iki yönünü eşdeğer yapar.

Kristal yapıları (örneğin, şiral biyolojik moleküller , protein yapıları) sadece 65 oluşabilir , enantiyomerik (biyolojik moleküller genellikle boşluk grubu kiral ).

Bravais kafesleri

Yedi farklı kristal sistem türü vardır ve her tür kristal sistemin dört farklı türde merkezlenmesi vardır (ilkel, taban merkezli, vücut merkezli, yüz merkezli). Ancak, kombinasyonların tümü benzersiz değildir; bazı kombinasyonlar eşdeğerken, diğer kombinasyonlar simetri nedenlerinden dolayı mümkün değildir. Bu, benzersiz kafeslerin sayısını 14 Bravais kafesine indirger.

14 Bravais kafesinin kafes sistemlerine ve kristal ailelerine dağılımı aşağıdaki tabloda verilmiştir.

kristal aile kafes sistemi Nokta grubu
( Schönflies notasyonu )
14 Bravais kafesleri
İlkel (P) Baz merkezli (S) Vücut merkezli (I) Yüz merkezli (F)
Triklinik (a) Cı- i triklinik

AP

monoklinik (m) C 2 saat monoklinik, basit

mP

monoklinik, merkezli

Hanım

ortorombik (o) D 2 saat Ortorombik, basit

oP

Ortorombik, taban merkezli

işletim sistemi

Ortorombik, vücut merkezli

oI

Ortorombik, yüz merkezli

ile ilgili

dörtgen (t) D 4h Dörtgen, basit

tP

Dörtgen, vücut merkezli

tI

altıgen (h) eşkenar dörtgen D 3d eşkenar dörtgen

hR

altıgen D 6h altıgen

hP

Kübik (c) o h Kübik, basit

cP

Kübik, vücut merkezli

cI

Kübik, yüz merkezli

cF

Olarak geometri ve kristalografisi , bir Bravis örgü bir kategorisidir translative simetri grupları (aynı zamanda kafeslerin üç yönde).

Bu tür simetri grupları, formun vektörleri tarafından yapılan ötelemelerden oluşur.

R = n 1 a 1 + n 2 a 2 + n 3 a 3 ,

burada n, 1 , n, 2 , ve n, 3 olan tamsayılardır ve bir 1 , bir 2 ve bir 3 olmak üzere üç eş düzlemli olmayan vektörler, ilkel vektörler .

Bu kafesler, bir noktalar topluluğu olarak görülen kafesin kendisinin uzay grubuna göre sınıflandırılır ; üç boyutta 14 Bravais kafesi vardır; her biri yalnızca bir kafes sistemine aittir. Verilen öteleme simetrisine sahip bir yapının sahip olabileceği maksimum simetriyi temsil ederler.

Tüm kristal malzemeler ( kuazi kristaller hariç ) tanım gereği bu düzenlemelerden birine uymalıdır.

Kolaylık sağlamak için bir Bravais kafesi, ilkel hücreden 1, 2, 3 veya 4 kat daha büyük olan bir birim hücre ile gösterilir . Bir kristalin veya başka bir desenin simetrisine bağlı olarak, temel alan yine 48 faktöre kadar daha küçüktür.

Bravais kafesleri, 1842'de Moritz Ludwig Frankenheim tarafından incelenmiş ve 15 Bravais kafesi olduğunu bulmuştur. Bu, 1848'de A. Bravais tarafından 14'e düzeltildi .

Dört boyutlu uzayda

‌Dört boyutlu birim hücre, dört kenar uzunluğu ( a , b , c , d ) ve altı eksenler arası açı ( α , β , γ , δ , ε , ζ ) ile tanımlanır. Kafes parametreleri için aşağıdaki koşullar 23 kristal ailesini tanımlar

4D uzayda kristal aileler
Numara. Aile Kenar uzunlukları eksenler arası açılar
1 hekzaklinik abcd ap, yös£ O ≠ 90 °
2 triklinik abcd αβγ ≠ 90°
δ = ε = ζ = 90°
3 klinik abcd α ≠ 90°
β = γ = δ = ε = 90°
ζ ≠ 90°
4 monoklinik abcd α ≠ 90°
β = γ = δ = ε = ζ = 90°
5 Dikey abcd α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
6 dörtgen monoklinik birb = cd α ≠ 90°
β = γ = δ = ε = ζ = 90°
7 altıgen monoklinik birb = cd α ≠ 90°
β = γ = δ = ε = 90°
ζ = 120°
8 ditetragonal klinik a = db = c α = ζ = 90°
β = ε ≠ 90°
γ ≠ 90°
δ = 180° − γ
9 Ditrigonal (dihexagonal) diklinik a = db = c α = ζ = 120°
β = ε ≠ 90°
γδ ≠ 90°
cos δ = cos β − cos γ
10 dörtgen ortogonal birb = cd α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
11 altıgen ortogonal birb = cd α = β = γ = δ = ε = 90°, ζ = 120°
12 ditetragonal monoklinik a = db = c α = γ = δ = ζ = 90°
β = ε ≠ 90°
13 Ditrigonal (dihegzagonal) monoklinik a = db = c α = ζ = 120°
β = ε ≠ 90°
γ = δ ≠ 90°
cos γ = − 1/2çünkü β
14 ditetragonal ortogonal a = db = c α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
15 altıgen dörtgen a = db = c α = β = γ = δ = ε = 90°
ζ = 120°
16 dihegzagonal ortogonal a = db = c α = ζ = 120°
β = γ = δ = ε = 90°
17 kübik ortogonal a = b = cd α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
18 Sekizgen a = b = c = d α = γ = ζ ≠ 90°
β = ε = 90°
δ = 180° − α
19 ongen a = b = c = d α = γ = ζβ = δ = ε
çünkü β = −1/2− çünkü α
20 onikigen a = b = c = d α = ζ = 90°
β = ε = 120°
γ = δ ≠ 90°
21 diizoheksagonal ortogonal a = b = c = d α = ζ = 120°
β = γ = δ = ε = 90°
22 İkozagonal (ikosahedral) a = b = c = d α = β = γ = δ = ε = ζ
çünkü α = −1/4
23 hiperkübik a = b = c = d α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°

Buradaki isimler Whittaker'a göre verilmiştir. Neredeyse kahverengi aynıdır ve diğerleri Kahverengi göre olan kristal ailesine 9, 13 adları için hariç olmak üzere, ve bu üç ailesine 22. isim ve arkadaşları , parantez içinde verilmektedir.

Dört boyutlu kristal aileleri, kristal sistemleri ve kafes sistemleri arasındaki ilişki aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Enantiomorfik sistemler bir yıldızla işaretlenmiştir. Enantiyomorfik çiftlerin sayısı parantez içinde verilmiştir. Burada "enantiomorfik" terimi, üç boyutlu kristal sınıfları için tablodakinden farklı bir anlama sahiptir. İkincisi, enantiomorfik nokta gruplarının kiral (enantiomorfik) yapıları tanımladığı anlamına gelir. Mevcut tabloda "enantiomorfik", bir grubun kendisinin (geometrik bir nesne olarak kabul edilir) enantiomorfik olduğu anlamına gelir, üç boyutlu uzay gruplarının P3 1 ve P3 2 , P4 1 22 ve P4 3 22 enantiyomorfik çiftleri gibi . boyutsal uzay, nokta grupları da bu anlamda enantiomorfik olabilir.

4 boyutlu uzayda kristal sistemler
Sayısı
kristal ailesinin
kristal aile kristal sistemi No.
kristal sistemi
Nokta grupları Uzay grupları Bravais kafesleri kafes sistemi
ben hekzaklinik 1 2 2 1 heksaklinik P
II triklinik 2 3 13 2 Triklinik P, S
III klinik 3 2 12 3 Klinik P, S, D
IV monoklinik 4 4 207 6 Monoklinik P, S, S, I, D, F
V Dikey eksenel olmayan ortogonal 5 2 2 1 ortogonal KU
112 8 Ortogonal P, S, I, Z, D, F, G, U
eksenel ortogonal 6 3 887
VI dörtgen monoklinik 7 7 88 2 Dörtgen monoklinik P, I
VII altıgen monoklinik trigonal monoklinik 8 5 9 1 Altıgen monoklinik R
15 1 Altıgen monoklinik P
altıgen monoklinik 9 7 25
VIII Ditetragonal klinik* 10 1 (+1) 1 (+1) 1 (+1) Ditetragonal klinik P*
IX Ditrigonal klinik* 11 2 (+2) 2 (+2) 1 (+1) Ditrigonal klinik P*
x dörtgen ortogonal Ters tetragonal ortogonal 12 5 7 1 Dörtgen dik KG
351 5 Dörtgen dik P, S, I, Z, G
Uygun tetragonal ortogonal 13 10 1312
XI altıgen ortogonal üçgen ortogonal 14 10 81 2 Altıgen ortogonal R, RS
150 2 Altıgen ortogonal P, S
altıgen ortogonal 15 12 240
XII Ditetragonal monoklinik* 16 1 (+1) 6 (+6) 3 (+3) Ditetragonal monoklinik P*, S*, D*
XIII Ditrigonal monoklinik* 17 2 (+2) 5 (+5) 2 (+2) Ditrigonal monoklinik P*, RR*
XIV ditetragonal ortogonal Kripto-ditetragonal ortogonal 18 5 10 1 Ditetragonal ortogonal D
165 (+2) 2 Ditetragonal ortogonal P, Z
ditetragonal ortogonal 19 6 127
XV altıgen dörtgen 20 22 108 1 Altıgen dörtgen P
XVI dihegzagonal ortogonal Kripto-ditrigonal ortogonal* 21 4 (+4) 5 (+5) 1 (+1) Dihegzagonal ortogonal G*
5 (+5) 1 Dihegzagonal ortogonal P
dihegzagonal ortogonal 23 11 20
ditrigonal ortogonal 22 11 41
16 1 Dihegzagonal ortogonal RR
XVII kübik ortogonal Basit kübik ortogonal 24 5 9 1 Kübik ortogonal KU
96 5 Kübik ortogonal P, I, Z, F, U
Karmaşık kübik ortogonal 25 11 366
XVIII Sekizgen* 26 2 (+2) 3 (+3) 1 (+1) sekizgen P*
XIX ongen 27 4 5 1 ongen P
XX onikigen* 28 2 (+2) 2 (+2) 1 (+1) Onikigen P*
XXI diizoheksagonal ortogonal Basit diisohexagonal ortogonal 29 9 (+2) 19 (+5) 1 Diizoheksagonal ortogonal RR
19 (+3) 1 Diizoheksagonal ortogonal P
Karmaşık diizoheksagonal ortogonal 30 13 (+8) 15 (+9)
XXII iki köşeli 31 7 20 2 İkozagonal P, SN
XXIII hiperkübik sekizgen hiperkübik 32 21 (+8) 73 (+15) 1 hiperkübik P
107 (+28) 1 hiperkübik Z
on ikigen hiperkübik 33 16 (+12) 25 (+20)
Toplam 23 (+6) 33 (+7) 227 (+44) 4783 (+111) 64 (+10) 33 (+7)

Ayrıca bakınız

Referanslar

Atıfta bulunulan eserler

Dış bağlantılar