晶体结构的对称性.doc

晶体的对称性1. 晶体的宏观和微观对称性 晶体的对称性最直观地表现在其几何外形上，由于晶体外形为有限的几何图形，故晶体外形上所体现的对称性与分子一样为点对称性，称为宏观对称性。有四种类型的对称操作和对称元素 旋转 旋转轴 反映 反映面(镜面) 反演 对称中心 旋转反演 反轴 由于晶体内部结构为点阵结构，点阵结构是一种无限的几何对称图形。故晶体结构具有这种基本的空间对称性(通过平移对称操作能使点阵结构复原)，常称为晶体的微观对称性。有三种类型的对称操作和对称元素 平移 点阵 螺旋 螺旋轴 滑移 滑移面 2. 晶体和晶体结构对称性的有关定理 晶体和晶体结构的对称元素及相应的对称操作有上述七种。晶体中点阵与对称元素的制约关系为： 对称面和对称轴的取向定理在晶体结构的空间点阵图形中，对称轴必与一组直线点阵平行，并与一组平面点阵垂直；对称面则必与一组直线点阵垂直，并与一组平面点阵平行。(对称轴包括旋转轴、反轴和螺旋轴；对称面包括反映面、滑移面) 对称轴的轴次定理在晶体结构中存在的对称轴，其轴次只能为1、2、3、4、6这五种。 3. 7个晶系和32个晶体点群 根据晶体的对称性，可将晶体分为7个晶系，每个晶系有它自己的特征对称元素。 晶体特征对称元素立方晶系四个按立方体的对角线取向的3重轴六方晶系唯一的6重轴四方晶系唯一的4重轴三方晶系唯一的3重轴正交晶系三个互相垂直的2重轴或二个互相垂直的对称面单斜晶系一个2重轴或对称面三斜晶系无 由于晶体的对称性定理，限制了对称轴的轴次只能为1、2、3、4、6；又由于反轴中只有4重反轴是独立的对称元素，所以在晶体的宏观对称性中，只能找到8个独立的对称元素：1、2、3、4、6、m、i、。 与分子所含的对称元素相比，晶体中所含的对称元素有限，这八个对称元素按一定的组合规则组合后只能产生32个对称类型(对称元素系)，每个对称类型所具有的对称元素所对应的对称操作构成一个群。由于晶体的宏观外形为有限图形，故各种对称元素至少要相交于一点，故称为32个晶体点群。 对于晶体点群，除了用和分子点群一样的符号(Schnflies)表示外，还用晶体点群的国际上通用的符号国际符号表示。国际符号是按晶系不同，依次在三个不同方向上将晶体所具有的对称元素表示出来。且晶系不同规定的方位不同，见下表： 晶系三个位置所代表的方向第一方位第二方位第三方位立方晶系aa+b+ca+b六方晶系ca2a+b四方晶系caa+b三方晶系a+b+ca-b-三方晶系*ca-正交晶系abc单斜晶系b-三斜晶系- *为取六方晶胞 例如：立方晶系的Oh点群的国际符号： 还可以记为m3m。 4. 230个空间群 由于晶体的内部结构为点阵结构，所以由点阵结构所反映出的对称性是晶体外形结构最根本的对称性。 但由于从晶体外形上看，由螺旋轴或滑移面产生的平移往往被晶体的均匀性所掩盖，故从晶体外形上只能观察到旋转轴或反映面的存在。在同一晶体中轴次相同的螺旋轴与旋转轴、滑移面与反映面均为同形对称元素(两对称元素同向)，相应的对称操作除平移外其它部分相同。例如：如果晶体结构中有一个二重螺旋轴21，则宏观晶体在这个方向上将显示一个二重旋转轴2，而且每一点上都显示出这样的二重旋转轴。 根据这一同形原理。在32个晶体点群的基础上，按一定的原则和方法，加上被均匀性掩