Способы описания и изображения атомного строения кристаллов

1. Способы описания и изображения атомного строения кристаллов Лекция 3 Седельникова М.Б.

2. Точечная группа симметрии- • Используется для описания внешней огранки кристалла • Взаимодействие элементов симметрии – зеркальных плоскостей, поворотных и инверсионных осей, центра инверсии приводит к их сочетанию и образованию 32 классов симметрии

3. Для описания внутреннего строения кристалла (кристаллической решетки) используются помимо перечисленных трансляционные элементы симметрии: • Трансляция, • Плоскость скользящего отражения, • Винтовые оси

4. Элементы симметричности • Все элементы симметрии, включающие в себя перенос, называются элементами симметричности

5. В 1890 г. путём сочетания всех элементов симметрии Е.С. Фёдоровым были выведены 230 пространственных групп симметрии

6. Трансляция (параллельный перенос)

7. Плоскости скользящего отражения Осуществляют совместное действие отражения в плоскости и параллельного переноса

8. Обозначение: • Обозначаются в формуле: а, b, c – вдоль координатных осей; • n , d – по диагоналям (клиноплоскости) n – по диагонали нецентрированной грани; d – центрированной грани d

9. Винтовые оси Винтовые оси осуществляют совместное действие поворота и параллельного переноса

10. Винтовые оси

11. Пространственные группы симметрии Е.С. Фёдорова

12. Обозначение: • В международных символах; • На первом месте стоит буква, показывающая тип решётки Браве: P – примитивная, F – гранецентрированная, I – объёмноцентрированная, A, B, C – базоцентрированная в соответствующей ориентировке

13. При обозначении элементов симметрии предпочтение отдаётся плоскостям, в случае их отсутствия вводится символ оси

14. Низшая категория • В триклинной и моноклинной сингониях с одним элементом симметрии его обозначение ставят после символа решётки: С 2, Pm В моноклинной сингонии: P2/m В ромбической сингонии: обозначаются элементы симметрии вдоль координатных направлений: Pmm2, Abm2, Cmcm

15. Средняя категория • После символа решётки ставят обозначение главной оси, • Затем обозначают плоскость, параллельную главной оси, • Последняя буква – тип диагональной плоскости: I41/acd, P412m, I41cd В первом случае – обозначение плоскости, перпендикулярной главной оси

16. В гексагональной сингонии: • Порядок букв сохраняется; • После символа главной оси (6) - буква, символизирующая плоскость, перпендикулярную главной оси (если есть); • Затем буква, обозначающая плоскость, проходящую по длинной диагонали ромба; • Последняя буква обозначает плоскость, проходящую по короткой стороне ромба

17. Например: C6/mmc, P6/mmm

18. Высшая категория • В кубической сингонии цифра 3 символизирует оси 3-го порядка; • Цифра или буква перед цифрой 3 определяют ось или плоскость, параллельную грани куба; • Знак после цифры 3 определяет ось или плоскость, параллельную диагональной трансляции (если таковой нет, место остаётся пустым): P432, P32, I4m

19. Плотнейшие шаровые упаковки

20. Типы пустот в плотнейших шаровых упаковках

21. Плотнейшие упаковки в силикатах IСтруктуры, которые подчиняются ПУ IIСтруктуры с лишними анионными шарами IIIСтруктуры, в которых ПУ имеют пустоты IVСтруктуры, не подчиняющиеся ПУ

22. I группа Форстеритгексагональная ПУ Mg2SiO4 Амфиболыкубическая ПУ (Тремолит) Ca2Mg5[Si8O22](OH)2 Пироксеныкубическая ПУ (Диопсид) CaMg[Si2O6] Но Са- крупный катион (0.99 нм) Октаэдр → к томсоновскому кубу (КЧ 8)

24. III группа II группа Силлиманит (лент) – Al[AlSiO4]O гексагональн. ПУ Некоторые каркасные силикаты Содалит Na4[Al3Si3O12]Cl

25. IV группа Большинство силикатов: Циркон ZrSiO4 Гранат Ca3Al2[SiO4]3 Полевые шпаты K[AlSi3O8]

26. Структурные единицы кристалла

27. Структуры изодесмические (гомодесмические) • Если в кристалле все атомы связаны одинаковыми или близкими по типу химическими связями и их КЧ одинаковы или близки

28. Например: - металлы • ионные кристаллы (шпинели, NaCl) • ковалентные кристаллы (алмаз) Структурными единицами таких кристаллов служат сами атомы

29. Структуры анизодесмические (гетеродесмические) Если в кристалле присутствуют связи разного типа и появляются устойчивые отдельные группировки атомов

30. Например: • Молекулярные органические кристаллы; • Прочные структурные группировки в неорганических кристаллах: SiO44-, CO32-, SO42-

31. Классификация структур каркасные • К координа-ционные островные слоистые цепочечные

32. Координационные структуры • Координация атомов одинакова или приблизительно одинакова во всех трёх направлениях (шпинели, NaCl, Al2O3) • Есть плотнейшая упаковка

33. Островные • Присутствуют отдельные группировки атомов: SO42-, CO32- , SiO44- - ангидрит - кальцит - островные силикаты

34. Цепочечные Структура рутила

35. Слоистые

36. Каркасные • Одинаковые структурные группировки образуют пространственную конструкцию с пустотами • Нет плотнейшей упаковки

37. Гибридные структуры • Смешаннослойные – чередуются слои разного типа: слюдистые, хлоритовые, монтмориллонитовые пакеты; • Смешаннорядные, например ленточно-цепочечные силикаты – промежуточные между пироксенами и амфиболами

38. Стилуэлит СеB[SiO4]O В структуре сочетаются островной и цепочечный мотив: винтовые цепочки из ВО4 – тетраэдров вытянуты вдоль оси С; в цепочки с внешней стороны встраиваются одиночные SiO4 – тетраэдры