Syngonie (z řeckého σύν „podle, spolu, vedle“ + γωνία „úhel“; lit. „podobnost“) je klasifikace krystalografických skupin symetrie , krystalů a krystalových mřížek v závislosti na souřadnicovém systému ( souřadnicový rámec ); skupiny symetrie s jediným souřadnicovým systémem jsou spojeny do jedné syngonie. Krystaly patřící do stejné syngonie mají podobné rohy a okraje jednotkových buněk .
Krystalový systém je klasifikace krystalů a krystalografických skupin založená na sadě prvků symetrie , které popisují krystal a patří do krystalografické skupiny.
Mřížková soustava - klasifikace krystalových mřížek v závislosti na jejich symetrii .
V literatuře dochází k záměně všech tří pojmů: syngonie [1] , krystalová soustava [2] a mřížková soustava [3] , které se často používají jako synonyma .
V ruskojazyčné literatuře se termín „příhradový systém“ dosud nepoužívá. Obvykle autoři zaměňují tento pojem s krystalickým systémem. V knize "Základy krystalografie" [4] , autoři používají termín "Mřížková syngonie" (" Podle symetrie uzlů lze prostorové mříže rozdělit do sedmi kategorií nazývaných mřížkové syngonie "). Stejní autoři nazývají syngonie systémy („ Nejznámější klasifikací skupin je jejich rozdělení do šesti systémů na základě symetrie obličejových komplexů “).
Historicky první klasifikací krystalů bylo rozdělení na syngonie v závislosti na krystalografickém souřadnicovém systému. Jako souřadnicové osy byly zvoleny osy symetrie krystalu a v případě jejich nepřítomnosti okraje krystalu. Ve světle moderních znalostí o struktuře krystalů tyto směry odpovídají posunům krystalové mřížky a jako souřadnicový systém jsou zvoleny posuny Bravaisovy buňky ve standardním nastavení . V závislosti na poměru mezi délkami těchto překladů a úhly mezi nimi se rozlišuje šest různých syngonií , které spadají do tří kategorií v závislosti na počtu stejných délek překladů [5] :
Rozdělení do krystalových soustav se provádí v závislosti na množině prvků symetrie, které krystal popisují . Takové dělení vede k sedmi krystalovým soustavám, z nichž dvě – trigonální (s jednou osou 3. řádu) a šestiúhelníková (s jednou osou 6. řádu) – mají stejnou jednotkovou buňku ve tvaru, a proto patří do jedné, šestihranné, syngonie. Někdy se říká, že hexagonální syngonie se dělí na dvě subsygonie [6] nebo hyposygonie. [7]
Krystalové systémy jsou také rozděleny do tří kategorií, v závislosti na počtu os vyššího řádu (osy nad druhým řádem).
Možné krystalové systémy v trojrozměrném prostoru s prvky symetrie, které je definují, tj. prvky symetrie, jejichž přítomnost je nezbytná pro přiřazení krystalu nebo bodové skupiny konkrétnímu krystalovému systému:
Krystalový systém prostorové grupy je určen systémem jeho odpovídající bodové grupy. Například skupiny Pbca, Cmcm, Immm, Fddd ( třída mmm) patří do rombického systému.
Moderní definice krystalového systému (použitelná nejen pro běžné trojrozměrné skupiny, ale také pro prostory libovolné dimenze) odkazuje bodové skupiny (a z nich odvozené prostorové skupiny) k jednomu krystalovému systému, pokud lze tyto skupiny kombinovat se stejnou typy Bravaisových mříží. Například skupiny mm2 a 222 obě patří do kosočtverečné soustavy, protože pro každou z nich existují prostorové skupiny se všemi typy kosočtverečné mřížky (Pmm2, Cmm2, Imm2, Fmm2 a P222, C222, I222, F222), zatímco skupiny 32 a 6 nepatří do stejného krystalového systému, protože pro skupinu 32 jsou povoleny primitivní a dvojitě centrované hexagonální buňky (skupiny P321 a R32) a skupina 6 je kombinována pouze s primitivní hexagonální buňkou (existuje skupina P 6 , ale neexistuje R6 ) .
Popisuje typy krystalových mřížek. Stručně řečeno: svazy jsou stejného typu, pokud jsou jejich skupiny bodové symetrie (když mřížky považujeme za geometrické objekty) stejné. Takové bodové skupiny, které popisují symetrii mřížky, se nazývají holohedry . [osm]
Celkem existuje sedm soustav mřížek, které se podobně jako v předchozích klasifikacích (syngonie a krystalová soustava) dělí do tří kategorií.
Romboedrický mřížkový systém by neměl být zaměňován s trigonálním krystalovým systémem. Krystaly romboedrické mřížkové soustavy vždy patří do trigonální krystalové soustavy, ale trigonální krystaly mohou patřit jak do romboedrické, tak hexagonální mřížkové soustavy. Například skupiny R3 a P321 (obě z trigonálního krystalového systému) patří do různých mřížkových systémů (romboedrické a šestiúhelníkové).
Obecná definice použitelná pro prostory libovolných rozměrů - Mříže jsou stejného typu, pokud jsou kombinovány se stejnými skupinami bodů. Například všechny kosočtverečné mřížky (kosočtverec P, kosočtverec C, kosočtverec I a kosočtverec F) jsou stejného typu, protože se kombinují se skupinami bodů 222, mm2 a mmm za vzniku prostorových grup P222, Pmm2, Pmmm; C222, Cmm2, Cmmm; I222, Imm2, Immm; F222, Fmm2, Fmmm. Buňky hexagonálního systému (primitivní P a dvojitě centrované R) zároveň odpovídají různým mřížkovým systémům: oba jsou kombinovány s bodovými skupinami trigonálního krystalového systému, ale pouze primitivní buňka je kombinována se skupinami hexagonální systém (existují skupiny P6, P 6 , P6/m, P622, P6mm, P 6 m2, P6/mmmm, ale nejsou zde skupiny R6, R6 , R6/m, R622, R6mm, R 6 m2, R6 /mmm).
Souvislost mezi syngonií, krystalovým systémem a mřížkovým systémem v trojrozměrném prostoru je uvedena v následující tabulce:
Syngonie | Krystalový systém | Bodové skupiny | Počet vesmírných skupin | Statečná mříž [9] | Příhradový systém | holohedria |
---|---|---|---|---|---|---|
Triklinika | 1, 1 | 2 | aP | Triklinika | jeden | |
Monoklinika | 2, m, 2/m | 13 | mP, mS | Monoklinika | 2/m | |
kosočtverečné | 222, mm2, mmm | 59 | oP, oS, oI, oF | kosočtverečné | hmmm | |
čtyřúhelníkový | 4, 4 , 422, 4 mm, 42 m, 4/m, 4/mm | 68 | tP, tI | čtyřúhelníkový | 4/mm | |
Šestihranný | Trigonální | 3, 3 , 32, 3 m , 3 m | 7 | hR | romboedrický | 3 m |
osmnáct | hP | Šestihranný | 6/mm | |||
Šestihranný | 6, 6 , 622, 6 mm, 6 m2 , 6/m, 6/mm | 27 | ||||
krychlový | 23, m 3 , 4 3 m, 432, m 3 m | 36 | cP, cl, cF | krychlový | m 3 m | |
Celkem: 6 | 7 | 32 | 230 | čtrnáct | 7 |
Krystalový systém | skupina bodů / třída symetrie | Symbol Schoenflies | mezinárodní symbol | Shubnikovův symbol | Typ |
---|---|---|---|---|---|
triklinika | jednostěnný | C1 _ | enantiomorfní polární | ||
pinakoidní | C i | středově symetrický | |||
monoklinika | dihedrální axiální | C2 _ | enantiomorfní polární | ||
dihedrální bezosý (domatic) | Cs _ | polární | |||
hranolový | C 2h | středově symetrický | |||
kosočtverečné | kosodélník-tetraedrický | D2 _ | enantiomorfní | ||
kosočtverec- pyramidální | C 2v | polární | |||
kosočtverečné dipyramidové | D2h _ | středově symetrický | |||
čtyřúhelníkový | tetragonálně-pyramidové | C4 _ | enantiomorfní polární | ||
čtyřúhelníkový-tetraedrický | S4 _ | ||||
tetragonální dipyramidový | C4h _ | středově symetrický | |||
tetragonálně-lichoběžníkový | D4 _ | enantiomorfní | |||
ditragonálně-pyramidální | C4v _ | polární | |||
tetragonální skalenoedrický | D2d _ | nebo | |||
ditragonální-dipyramidový | D4h _ | středově symetrický | |||
Trigonální | trigonálně-pyramidový | C3 _ | enantiomorfní polární | ||
romboedrický | S 6 (C 3i ) | středově symetrický | |||
trigonálně-lichoběžníkový | D3 _ | nebo nebo | enantiomorfní | ||
ditrigonální-pyramidový | C 3v | nebo nebo | polární | ||
ditrigonální-skalenoedrický | D3d _ | nebo nebo | středově symetrický | ||
Šestihranný | šestiúhelníkový-pyramidový | C6 _ | enantiomorfní polární | ||
trigonální-dipyramidový | C 3h | ||||
šestiúhelníkový-dipyramidový | C6h _ | středově symetrický | |||
šestiúhelníkový-lichoběžníkový | D6 _ | enantiomorfní | |||
dihexagonální-pyramidový | C6v _ | polární | |||
ditrigonální-dipyramidový | D3h _ | nebo | |||
dihexagonální-dipyramidový | D6h _ | středově symetrický | |||
krychlový | tritetraedrální | T | enantiomorfní | ||
didodekaedrický | T h | středově symetrický | |||
hexatetraedrický | T d | ||||
trioktaedrický | Ó | enantiomorfní | |||
hexoktaedrický | O h | středově symetrický |
Syngonie | Odvážný typ centrování buněk | ||||
---|---|---|---|---|---|
primitivní | základna- střed |
tělo centrováno |
obličej vycentrovaný |
dvakrát centrovaný na
tělo | |
Triklinika ( rovnoběžnostěn ) |
|||||
Monoklinický ( hranol s rovnoběžníkem na základně) |
|||||
kosočtverec ( pravoúhlý rovnoběžnostěn ) |
|||||
Tetragonální ( pravoúhlý rovnoběžnostěn se čtvercem na základně) |
|||||
Šestihranný ( hranol se základnou pravidelného centrovaného šestiúhelníku) |
|||||
Trigonální (rovnostranný rovnoběžnostěn - kosočtverec ) |
|||||
krychlový ( krychle ) |
První geometrickou klasifikaci krystalů dali nezávisle na sobě Christian Weiss a Friedrich Moos na počátku 19. století. Oba vědci klasifikovali krystaly podle symetrie jejich vnějšího tvaru (brusu). Weiss v tomto případě vlastně zavádí pojem krystalografické osy (osa symetrie). Podle Weisse „osa je čára, která dominuje celému obrazci krystalu, protože všechny části kolem ní jsou umístěny podobným způsobem a vzhledem k ní si vzájemně odpovídají“ [13] . Weiss ve své práci „A Visual Representation of the Natural Divisions of Crystallization Systems“ klasifikoval krystaly podle přítomnosti os do čtyř velkých sekcí krystalických forem, „krystalizačních systémů“, odpovídajících modernímu pojetí syngonie [14] . Moderní jména jsou uvedena v závorkách.
Pro jednoklonné a triklinické syngonie použil Weiss pravoúhlý souřadnicový systém (moderní krystalografické souřadnicové systémy pro tyto syngonie jsou šikmé).
Přibližně ve stejné době vyvinul Friedrich Moos koncept krystalických systémů [15] . Každý systém je charakterizován nejjednodušší, „základní formou“ tváří, ze které lze odvodit všechny ostatní formy tohoto systému. Tak Mohs získal následující čtyři systémy:
V obou klasifikacích identifikují Weiss a Moos pouze čtyři systémy, ačkoliv je uvedeno všech šest syngonií, za subsystémy rombického systému považují pouze monoklinické a triklinické syngonie. Podle vlastního vyjádření Moos tento koncept vyvinul v letech 1812-14, což bylo předmětem sporu s Weissem o prioritu objevu krystalických systémů. Na rozdíl od Weisse Moos poukázal na potřebu systému šikmé osy pro monoklinické a triklinické krystaly.
Systémy šikmého úhlu byly nakonec vyvinuty a zavedeny do krystalografie jeho studentem Carlem Friedrichem Naumannem . Naumann založil svou klasifikaci na krystalografických osách a úhlech mezi nimi, čímž poprvé rozlišil všech šest syngonií [16] [17] . Zajímavé je, že již v roce 1830 Naumann používá jména syngonií, která jsou shodná nebo blízká těm moderním (názvy tetragonal , hexagonal a rhombic původně navrhl Breithaupt).
Protože se v té době teorie symetrie teprve rozvíjela, objevil se v seznamu systémů neobvyklý diklinoedrický (diklinický) systém. Takovýto krystalický systém je v trojrozměrném prostoru principiálně nemožný, protože přítomnost osy symetrie vždy zaručuje přítomnost posuvů kolmých k ose, které jsou zvoleny jako souřadnicové osy. Diklinický systém existoval v krystalografii asi půl století (ačkoli již v roce 1856 Dufrenois ukázal, že jde pouze o zvláštní případ triklinického systému). V roce 1880 Dana ve své slavné knize „The System of Mineralogy“ [18] , zmiňuje „takzvaný diklinický systém“, ale zároveň poznamenává, že není znám jediný přírodní nebo umělý krystal patřící do tohoto systému, a že navíc bylo matematicky dokázáno, že existuje pouze šest krystalových soustav. Naumann sám věřil v diklinickou syngonii až do konce svého života a v devátém vydání Základů mineralogie [19] , vydaném posmrtně v roce 1874, je tato syngonie stále na seznamu, i když Naumann poznamenává, že tento systém se nachází pouze v pár umělých solí a dále o tom neuvažuje.
Názvy krystalografických syngonií u autorů 19. století
Autor | krychlový | čtyřúhelníkový | Šestihranný | kosočtverečné | Monoklinika | Triklinika |
---|---|---|---|---|---|---|
Weiss | Správné, sférické, sférické, sféronomické, rovnoosé, rovnodenné | Čtyřčlenný, dvounápravový | Šestičlenná, tří a jedna náprava | Dvou a dvoučlenné, jednonápravové | Dvoučlenný a jednočlenný | Jeden a jeden termín |
Moos | Tessular, Tessellar | Pyramidový | romboedrický | Hranolové, ortotypické | Hemiprizmatický, hemiortotypický | Tetartoprismatický, anortotyp |
Breithaupt | čtyřúhelníkový | Šestihranný | kosočtverečné | Hemirhombický | tetrarombický | |
Nauman | teserál | čtyřúhelníkový | Šestihranný | Kosočtverečné, anizometrické | monoklinoedrický, klinorombický | Triklinoedrické, triklinometrické |
Gausman | Izometrické | monodimetrický | Monotrimetrické | Trimetrický, ortorombický | klinorhombický, ortorombický | klinorhomboid |
Miller 1839 | Oktaedrální | Pyramidový | romboedrický | Prizmatický | Šikmé hranolové | Dvojité-šikmé-prizmatické |
Gadolin | Opravit | Náměstí | Šestihranný | kosočtverečné | monoklinoedrický | triklinoedrický |
Další autoři | čtyřstěnný (Bedan), kubický (Duprenois) | dimetrický | binární (Quenstedt) | Monoklinometrické (Frankenheim), Augite (Haidinger) |
Triclinic (Frankenheim), Anorthic (Haidinger) |
Poprvé bylo rozdělení do sedmi krystalografických systémů uvedeno v roce 1850 v práci Auguste Bravaise „Memoir on systems of points pravidelně distribuovaných v rovině nebo v prostoru“ [20] . Ve skutečnosti se jedná o první dělení založené na symetrických prvcích a ne na souřadnicových systémech. Proto všechny předchozí klasifikace odpovídají současné definici syngonie, zatímco Bravaisova klasifikace je klasifikace podle krystalových systémů (přesně řečeno mřížkových systémů).
Bravais rozděluje mříže v závislosti na jejich symetrii do 7 systémů (tříd množin).
Sám Bravais přitom poznamenává, že i Hayuy rozdělil mřížky hexagonálního systému (podle Naumannovy klasifikace) „na krystaly generované pravidelným šestihranným hranolem a krystaly generované romboedrickým jádrem“.
Ve druhé polovině 20. století byly studovány a klasifikovány krystalografické grupy ve čtyřrozměrných, pětirozměrných a šestirozměrných prostorech. S rostoucí dimenzí se výrazně zvyšuje počet skupin a tříd [21] . Počet enantiomorfních párů je uveden v závorce.
Rozměr prostoru: | jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 |
---|---|---|---|---|---|---|
Počet syngonií | jeden | čtyři | 6 | 23 (+6) | 32 | 91 |
Počet mřížkových systémů | jeden | čtyři | 7 | 33 (+7) | 57 | 220 |
Počet krystalových soustav | jeden | čtyři | 7 | 33 (+7) | 59 | 251 |
Počet mřížek Bravais | jeden | 5 | čtrnáct | 64 (+10) | 189 | 841 |
Počet skupin bodů | 2 | deset | 32 | 227 (+44) | 955 | 7103 |
Počet vesmírných skupin | 2 | 17 | 219 (+11) | 4783 (+111) | 222018 (+79) | 28927915 (+?) [22] |
Ve čtyřrozměrném prostoru je jednotková buňka definována čtyřmi stranami ( ) a šesti úhly mezi nimi ( ). Následující vztahy mezi nimi definují 23 syngonií:
Souvislost mezi syngonií, krystalovou soustavou a mřížkovou soustavou ve čtyřrozměrném prostoru je uvedena v následující tabulce [23] [24] . Hvězdičky označují enantiomorfní systémy. Počet enantiomorfních skupin (nebo mřížek) je uveden v závorkách.
Syngonické číslo |
Syngonie | Krystalový systém | Systémové číslo |
Počet skupin bodů | Počet vesmírných skupin | Počet mřížek Bravais | Příhradový systém |
---|---|---|---|---|---|---|---|
já | Hexacline | jeden | 2 | 2 | jeden | Hexacline P | |
II | Triklinika | 2 | 3 | 13 | 2 | Triklinika P, S | |
III | Diklinnaja | 3 | 2 | 12 | 3 | Klinika P, S, D | |
IV | Monoklinika | čtyři | čtyři | 207 | 6 | Monoklinika P, S, S, I, D, F | |
PROTI | ortogonální | Beznápravové ortogonální | 5 | 2 | 2 | jeden | Ortogonální KU |
112 | osm | 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 | Šestihranná monoklinika | Trigonální monoklinika | osm | 5 | 9 | jeden | Šestihranná jednoklonná R |
patnáct | jeden | Šestihranná jednoklonná P | |||||
Šestihranná monoklinika | 9 | 7 | 25 | ||||
VIII | Ditetragonální klinika* | deset | 1 (+1) | 1 (+1) | 1 (+1) | Ditetragonální klinika P* | |
IX | Ditrigonální klinika* | jedenáct | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Ditrigonal diclinic P* | |
X | Tetragonální ortogonální | Obrácený tetragonální ortogonální | 12 | 5 | 7 | jeden | Tetragonální ortogonální KG |
351 | 5 | Tetragonální ortogonální P, S, I, Z, G | |||||
Rotační čtyřúhelníkový ortogonální | 13 | deset | 1312 | ||||
XI | Šestihranný ortogonální | Trigonální ortogonální | čtrnáct | deset | 81 | 2 | Šestihranný ortogonální R, RS |
150 | 2 | Hexagonální ortogonální P, S | |||||
Šestihranný ortogonální | patnáct | 12 | 240 | ||||
XII | Ditetragonální monoklinika* | 16 | 1 (+1) | 6 (+6) | 3 (+3) | Ditetragonální monoklinická P*, S*, D* | |
XIII | Ditrigonální monoklinika* | 17 | 2 (+2) | 5 (+5) | 2 (+2) | Ditrigonální monoklinická P*, RR* | |
XIV | Ditetragonální ortogonální | Krypto-ditragonální ortogonální | osmnáct | 5 | deset | jeden | Ditetragonální ortogonální D |
165 (+2) | 2 | Ditetragonální ortogonální P, Z | |||||
Ditetragonální ortogonální | 19 | 6 | 127 | ||||
XV | Šestihranný čtyřúhelníkový | dvacet | 22 | 108 | jeden | Šestihranný čtyřúhelníkový P | |
XVI | Dihexagonální ortogonální | Krypto-ditrigonální ortogonální* | 21 | 4 (+4) | 5 (+5) | 1 (+1) | Dihexagonální ortogonální G* |
5 (+5) | jeden | Dihexagonální ortogonální P | |||||
Dihexagonální ortogonální | 23 | jedenáct | dvacet | ||||
Ditrigonální ortogonální | 22 | jedenáct | 41 | ||||
16 | jeden | Dihexagonální ortogonální RR | |||||
XVII | Kubický ortogonální | Jednoduché kubické ortogonální | 24 | 5 | 9 | jeden | Kubický ortogonální KU |
96 | 5 | Kubické ortogonální P, I, Z, F, U | |||||
Komplexní kubický ortogonální | 25 | jedenáct | 366 | ||||
XVIII | Osmiúhelníkový* | 26 | 2 (+2) | 3 (+3) | 1 (+1) | Osmihranné P* | |
XIX | Dekagonální | 27 | čtyři | 5 | jeden | Dekagonální P | |
XX | Dvanáctiúhelníkový* | 28 | 2 (+2) | 2 (+2) | 1 (+1) | Dvanáctiúhelníkové P* | |
XXI | Di-isohexagonální ortogonální | Jednoduchý di-isohexagonální ortogonální | 29 | 9 (+2) | 19 (+5) | jeden | Di-isohexagonální ortogonální RR |
19 (+3) | jeden | Diisohexagonální ortogonální P | |||||
Komplexní di-isohexagonální ortogonální | třicet | 13 (+8) | 15 (+9) | ||||
XXII | Ikosagonální | 31 | 7 | dvacet | 2 | Ikosagonální P, SN | |
XXIII | hyperkubický | Osmiboká hyperkubická | 32 | 21 (+8) | 73 (+15) | jeden | Hyperkubický P |
107 (+28) | jeden | Hyperkubický Z | |||||
Dvanáctiúhelníkový hyperkubický | 33 | 16 (+12) | 25 (+20) | ||||
Celkový: | 23 (+6) | 33 (+7) | 227 (+44) | 4783 (+111) | 64 (+10) | 33 (+7) |
Syngonie | |
---|---|
Symetrie | |
nejnižší kategorie | |
Střední kategorie | |
Top kategorie | Kubický systém |
viz také | |
Krystalografie |