当前位置：文档之家 › 晶体的内部对称

晶体的内部对称

  • 格式：ppt
  • 大小：6.85 MB
  • 文档页数：60

下载文档原格式

  / 60

合集下载

晶体的对称性

晶体的对称性

对称性与人类思维方式的联系
对称性思维方式是人类认知世界的一 种重要方式。人们习惯于将事物进行 对称性的分类、比较和思考，从而更 好地理解和把握事物的本质和内在规 律。
VS
对称性思维方式在科学研究和工程技 术中也发挥着重要作用。科学家们利 用对称性原理探索自然界的奥秘，解 决各种复杂的科学问题。工程师们则 利用对称性设计各种结构，提高产品 的稳定性和可靠性。
晶体的对称性
• 对称性的基本概念 • 晶体中的对称元素 • 对称性和晶体结构 • 对称性在化学中的运用 • 对称性与生物学的关系 • 对称性的哲学思考
01
对称性的基本概念
Hale Waihona Puke 称性的定义对称性是指一个物体或图形在某种变 换下保持不变的性质。在晶体学中， 对称性是指晶体在空间变换下保持不 变的性质。
对称性可以通过对称操作来描述，对 称操作是指将晶体进行刚性旋转、平 移、反演等变换后仍能恢复原状的操 作。
对称性的分类
晶体可以根据其对称性进行分类，常 见的晶体分类包括立方晶系、四方晶 系、六方晶系等。
VS
不同晶系的晶体具有不同的对称性， 晶体的对称性与其内部原子或分子的 排列方式密切相关。
对称操作的数学表达
对称操作可以用数学矩阵来表示，通过矩阵变换可以描述晶体的对称性。
对称操作的数学表达包括旋转矩阵、平移矩阵、反演矩阵等，这些矩阵可以用来描述晶体在空间中的 变换。
02
晶体中的对称元素
点对称元素
定义
01
点对称元素是晶体中以某一点为中心的对称操作，包括旋转、
反演、反映等。
描述
02
点对称元素在晶体中起着关键作用，它们决定了晶体的空间群
对称性在生物医学中的应用

晶体的对称性

晶体的对称性
7. 三斜–点阵符号后是1或(- 1)。
晶体结构的对称性-董成
从空间群符号确定点群
点群可以从简略H-M符号通过下列变换得出： 1.把所有滑移面全部转换成镜面； 2.把所有螺旋轴全部转换成旋转轴。 例如： 空间群= Pnma 点群= mmm
空间群= I `4c2 点群= `4m2 空间群= P42/n 点群= 4/m
21，31，32，41，42，43，61，62，63，64，65
41
对称要素的符号表示
从晶系到空间群
7个晶系 （按照晶胞的特征对称元素分类）
旋转，反射，反演
32个点群
平移
14种Bravais格子
螺旋轴，滑移面
230个空间群
空间群国际符号LS1S2S3
运用以下规则，可以从对称元素获得H-M空间群符号。
对称方向
三斜 单斜
正交 四方 六角 三角 三角
立方
从空间群符号辨认晶系
1. 立方–第2个对称符号： 3 或 `3 (如： Ia3, Pm3m, Fd3m)
2. 四方–第1个对称符号： 4, `4 , 41, 42 或 43 (如： P41212, I4/m, P4/mcc)
3. 六方–第1个对称符号： 6, `6 , 61, 62, 63, 64 或 65 (如： P6mm, P63/mcm)
立变化。 特殊位置：所有不在一般位置的。 1. 处于一个或多个对称元素上的位置；
2. 其多重性是一般位置多重性的公因子，即比一般位置小（一个整数倍）。
3. 特殊位置的分数座标中必有一个（或多个）是不变的常数。
晶体结构的完整描述
1、晶体化学式 （化学成分）
2、名称
Chem Name Min Name

晶体的对称元素

晶体的对称元素
– – – – 对称面(symmetry plane) 对称轴(symmetry axis) 对称中心(center of symmetry) 倒转轴(rotoinversion axis)
对称面（P）
对称面是一个假想的平面，亦称镜面。与之相 应的对称操作是此平面的反映。由这个平面将图形 平分后成互为镜像的两个相等部分，分别相当于物 体本身和它的像。对称面必通过晶体的中心。
思考:两个对称面相交60°,交线处会产生什么对称轴?
定理4：如果有一个二次轴L2垂直于旋转反伸轴Lin，或有一个 对称面P包含Lin，当n为奇数时，必有n个L2垂直Lin或n个P 包含Lin：当n为偶数时，必有和n/2个L2垂直Lin或n/2个P包含 Lin； Lin L2 Lin nL2 或Lin P// Lin nP//（n为奇数） Lin L2 Lin n/2L2 或Lin P// Linn/2 P// （n为偶数）
Operation A Symmetrical Pattern
120° rotation －to reproduce a motif in a symmetrical pattern
－the symbol for a three-fold rotation
step 1
step 3
step 2
其他的对称轴(没有5-fold 和 > 6-fold 的)
m
对称面
非对称面
对称操作：对于此平面的反映
标志：两部分上对应点的连线是否与 对称面垂直等距 可能出现的位置：
垂直并平分晶面 垂直晶棱并通过它的中心 包含晶棱
数目：0
P9
对称轴（Ln）
定义：通过晶体几何中心的一根假 想的直线

第六章 6.2 晶体结构的对称性

第六章 6.2 晶体结构的对称性
2 2 2 1 2
范氏半径 (层间分子间距离 平均值)
426.9 441.2 217 pm ~~~ 218pm 4
48
分子形状的构建（分子的大小与形状） 分子长 键长+2×范德华半径 = 272+2×218 = 708 pm 最大处直径
2×范德华半径 = 2×218 = 436 pm
晶体体积及晶体密度的计算
1. 晶体的宏观对称元素
晶体的理想外形在宏观观察中表现出来的对称 元素，称为晶体的宏观对称元素。
自然界中复杂条件下形成的晶体，多数不具有理想外形，不是 单晶而是多晶(其中不是同一空间点阵贯穿始终)；即使是单晶，多 数也不具有理想外形：
天 然
矿
物
晶
体
人工培养的晶体，外形可能随生长条件而变，
通过严格的条件控制，可生长出外形相当完美的单
若某一方向存在镜面，则是与该方向垂直的镜面；
若在某一方向同时存在旋转轴（或反轴）与镜面时, 则用分数 形式来表示,将n（或n ）记在分子位置, 将m记在分母位置. 例：立方晶系： 第32号点群：Oh— 4 3 2
其国际符号的意义：
m
m
第一位表示：在与a平行方向有一四重轴，与a垂直的方向有一镜面。 第二位表示：在与 a+b+c （体对角线）平行方向上有一三重反轴。 第三位表示：在与a+b（面对角线）平行方向有一个二重轴和与之垂 直的方向有一镜面。
晶体的旋转轴仅限于 n=1, 2, 3, 4, 6. 不可能出现 5及大于6的轴次, 这是晶体的点阵结构所决定的.
9
轴 次 定 理 的 数 学 证 明
证明
B' B ma 2a cos 2 n
A‘

07-2.3晶体的对称性

07-2.3晶体的对称性
2.3.2.1 点群
定义：点群是指一个晶体中所有点对称元素的集合。 点对称操作的集合称为点群。
晶体可能存在的对称类型可通过宏观对称元素在一点 上组合运用而得出。
点群在宏观上表现为晶体外形的对称。利用组合定律 可导出晶体外形中只能有32种对称点群。
点群可以用对称元素相结合而导出，在不破坏原有对称的
前提下，结合方式有n/m (表示m⊥n，镜面垂直于n次旋转轴)， nm (表示m∥n，镜面包含n次旋转轴)， n/mm或n/m m(第
晶体绕某一轴回转能复原n次，就称之为n次对称轴。 晶体中实际可能存在的对称轴有五种，并用符号1，
2，3，4，和6来表示。
旋转角 n名称 符号
360 180 120 90 60 度
1
2 3 4 6 次轴
1
2 356
2. 对称面
立方晶系{100} {110}
晶体通过某一平面作 镜像反映而能复原， 则该平面称为对称面 或镜面，用符号m表示。 对称面通常是晶棱或 晶面的垂直平分面或 者为多面角平分面， 且必定通过晶体几何
晶体基本的对称操作有点对称操作和平移对称操作。
在对称操作过程中保持空间至少有一个不动点的操作 称为点对称操作。在一般的对称操作过程中，空间有许多 点在动，但操作前后状态一样。 如旋转，反演，平面反映 均为点对称操作。
用点对称操作ห้องสมุดไป่ตู้组合可以描述有规则几何外形的单晶 体所具有的点对称性，但许多金属单晶体虽然不一定具备 规则的几何外形，但它们相应的点对称性却仍然存在。
180º与P3点重合，再经O点反 演而与P’重合，则称BB‘为2
次旋转—反演轴。
旋转—反演轴有1，2，3，4
和6次五种，分别以国际符号
_ ____

结晶学讲7-晶体内部结构的微观对称

结晶学讲7-晶体内部结构的微观对称

• s：小于n的自然数
• 旋转的方向：左旋：左手系，顺时针 右旋：右手系，逆时针
• 移距
t= (s/n)T
• t为螺距(滑移距离），T为沿螺旋轴方向的 结点间距 • 当s=n 时，即为对称轴 • 举例： •
31 43
基转角为120°， 平移距离为t=1/3T 基转角为90 ° 平移距离t =3/4T
• 为什么只有14种空间格子的原因； • 会读懂内部对称要素的各种符号： 如：31，42，65，n, d, • 空间群及其国际符号：如：Pn3m, Cmcm,
2、空间群的国际符号
• 国际符号的优点：能直观地看出空间格子的型式和 什么方向上有什么对称要素； 缺点：同一种空间群由于不同的定向以及其它原因 可以写成不同的符号。 • 空间群国际符号的组成： ①格子类型(大写英文字母) + ② 内部结构对称型的国 际符号(与宏观对称型的国符书写方式基本相同) 如:金刚石的空间群为Fd3m,属m3m对称型 • 如何看懂空间群？
3c
43m
等 立方 轴 面心
c
滑移
空间群
点群
晶 格子 对称要素方向 系 类型 及名称
1、平行Z轴有 63 螺旋轴， 垂直Z有对称面 m
2、垂直于xyu有c 滑移面 3、垂直于相邻两水平晶 轴（y u）角平分线有对称 面
P63/mc m
6/mmm 六 六方 方 原始
Abm2
mm 2
斜 斜方 1、垂直于X轴有滑移 方 底心 面 b 格子 2、垂直于y 轴有对称 面m 3、平行于 Z 轴有L2
四、 等效点系
• 等效点系（equivalent point-system）： 是 指晶体结构中由一原始点经空间群中所有 对称要素操作所推导出来的规则点系。 • 晶体结构中的空间群，对应于晶体几何外 形的对称型 ；而等效点系的概念则类似于 单形的概念。

晶体学第二章-6

晶体学第二章-6

平移轴（translation axis ）：一条直线，沿此直线平移一定距离可使晶体的等同部分重合，即整个晶体复原。

¾平移轴：布拉菲点阵中的任意行列¾平移轴的移距：使晶体复原的最小平移距离，即行列上相邻两点间距对称操作：平移t晶格平移矢量——原胞基矢的线性组合平移群{}332211a l a l a l v v v ++螺旋轴n s2131、3241、42、436l 、62、63、64、65•0＜s ＜n/2；采用右手系（右螺旋轴），螺距为τ=(s /n )t 。

•若n/2＜s ＜n ；采用左手系（左螺旋轴），螺距为τ=(1-s /n )t 。

•若s =n/2；中性螺旋轴，左右手系等效。

螺旋轴21，31，3241意为按左旋方向旋转90度后移距1/4 t 。

43意为按右旋方向旋转90度后移距1/4 t；6462螺旋轴61，62，63，64，65滑移面（glide plane）：一假想平面，对此平面反映后平行于该平面平移一定距离可使晶体中每一个质点与其等同的质点重合，即整个晶体复原。

国际符号a，b，c，n，d¾滑移面（像移面）：一种复合的对称要素¾辅助几何要素有两个：一个假想的平面和平行此平面的某一直线方向¾平移的距离（移距）：该方向行列结点间距的一半对称操作：反映+ 平移（联合操作）¾沿晶轴方向移距为轴单位的1/2¾滑移矢量为a/2，b/2，c/2d ——金刚石型滑移面¾沿面对角线或体对角线滑移¾滑移矢量：(a+b)/4, (b+c)/4, (a+c)/4,(a+b+c)/4nn ——对角线滑移面¾沿面对角线或体对角线滑移¾滑移矢量：(a+b)/2, (b+c)/2, (a+c)/2,(a+b+c)/2滑移面a，b，c，n，dA：各种滑移面在3个轴方向上滑移矢量分布B：滑移面平行于投影面的投影C：滑移面垂直于投影面的投影晶体中可能存在的对称元素类型及符号：二、二维空间群1. 二维晶体的宏观对称元素：6个对称轴（1,2,3,4,6）、对称面（m）2. 二维晶系、布拉菲点阵与点群：¾晶轴只能取a和b，只剩下一个角度。

3第二章晶体的对称

3第二章晶体的对称

第二章晶体的对称[内容介绍]本章叙述晶体对称的概念、对称操作和对称要素，和晶体的分类—晶簇晶系的划分。

[学习目的] 理解和掌握晶体对称、对称要素的概念，学会晶体对称的操作方式，熟练正确地找出晶体的所有对称要素，肯定对称型，掌握晶族、晶系的划分方式。

第一节对称的概念一、对称的概念对称现象在自然界及人类日常生活中常常能够见到。

人的左右手，动物的躯体，植物的花冠、树叶，建筑物、器皿、图案等，常常都是对称的。

它们之所以是对称的，是因为这些物体包括有两个或两个以上的相同部份，而且这些相同的部份可以作有规律地重复。

图2-1 对称的图形如图2-1中，蝴蝶可通过垂直并平分躯体的一个镜面反映，使身体的左右两部份发生重合，花纹图案可通过垂直图形中心的一条直线旋转，在旋转360°里，图案中相同的图形发生四次重合。

但是，图2—2中的两个三角形之间，虽然图形完全相同，但彼其间的位置却没有必然规律，无法通过必然的操作使其重复。

所以，这两个三角形之间，不是对称的图形。

因此，对称的概念是：物体的相同部份作有规律地重复的性质称为对称。

二、晶体对称及特点晶体对称最直观地表此刻晶体的几何多面体外形上，如在不同方向上对称地散布着相同的晶面、晶棱和晶顶等。

同时，晶体对称还表此刻晶体的力学、电学、光学及热学等物理性质上。

晶体对称与动植物和其它物体的对称是有区别的。

动植物的对称是由于生存的需要而长图2-2 不对称图形期演化的结果，建筑物及工艺美术品的对称是为求美观而人为的，它们的对称现象都仅仅表此刻外部形态上，而晶体对称是本质的，是内部构造的反映。

因此晶体对称有如下特点：1.所有的晶体均具对称性，无一例外。

因为，晶体是具有格子构造的固体，而格子构造本身就具有对称性。

2.由于晶体对称受格子构造的严格控制，只有符合格子构造规律的对称才能在晶体上表现出来，这就是晶体对称的有限性。

3．同一晶体上相对称的各部份，不仅在外形上能够有规律地重复，而且在化学性质及物理性质方面，它们也是完全一致的，因此，晶体对称性不仅包括几何意义，同时也包括化学的和物理的意义。

第一章 晶体的对称性

第一章 晶体的对称性

第一章晶体的对称性§1-1 晶体内部结构的周期性---点阵与晶格大家都知道晶体内部原子(分子、离子和原子团等，以后称质点)的排列是规则的，具有一定的周期性，这是晶体的主要特点。

不同晶体中的质点在空间中的排列规律是不同的，有许多种排列方式。

因此，在对晶体进行研究时，为了归类方便，常将构成晶体的实际质点抽象成纯粹的几何点，并称之为阵点。

这样的阵点在空间中周期性规则排列并有相同的周围环境。

这种阵点的空间排列就称为空间点阵，或晶体点阵，也称布拉法格子，简称点阵或晶格，共有14种。

§1-2 晶体的宏观对称性---点对称操作晶体内部结构不仅具有周期性，还具有比较复杂的对称性。

实际上，晶体宏观性质和外形的对称性都是其内部结构对称性的反映，与其有着密切关系。

应该说，人们最初认识晶体，是从它们丰富多彩又有规则的外部形状开始的，后来才逐步认识到，晶体外形上的规则性及其宏观性质的对称性，是与其内部微观结构的对称性密切相关的。

在本节及以下几节中，通过对晶体的宏观对称性的描述，引进群的初步概念，给出晶体的32个点群，并依据晶体对称性特征，区分晶类和晶系。

1．晶体的宏观对称性。

晶体外形上（宏观上）的规律性，突出表现在晶面的对称排列上。

如：把立方体的岩盐晶体绕其中心轴每转900后，晶体自身就会重合，而把六面柱体的石英晶体绕其柱轴每转600后，晶体亦会自身重合。

这里提到的绕轴转动称旋转操作，是一种点对称操作。

通常把经过某种点对称操作后晶体自身重合的性质称为晶体的宏观对称性。

描述晶体宏观对称性的方法，就是列举使其自身重合的所有点对称操作。

为了明确对称性和对称操作的概念，先给出以下概念：●相等图形。

如花瓣。

●等同图形。

如左右手。

相等图形属于等同图形，但等同图形不一定是相等图形。

●对称图形。

由两个或两个以上的等同图形构成的并在空间有规律排列的图形称对称图形。

2．对称性。

对称图形中各等同部分在空间排列的特殊规律性称对称性。

结晶学晶体的对称性第二章

结晶学晶体的对称性第二章

! ! a +b 对角滑移 2
+
，−
! ! b +c 对角滑移 2
，1 + 2
+
+
+
，1 + 2
+
+
+
+
! ! ! ! ! ! a +b b +c c +a ½对角滑移滑移：m × ( , ) 2 2 2
! ! a+c 对角滑移 2
+
，
1 2
+
，
1 2
+
+
+
+
! ! ! ! ! ! ! ! ! a +b b +c c +a a +b +c ¼对角滑移： m× ( , , ) 4 4 4 4 ! ! a +b 对角滑移 4
F→I→B
正交
mmm
a ≠ b ≠ c,α = β = γ = 90o
C→P 不正交，不反映对称性
F
I
三维布拉菲群共有14种，分为七个晶系：
晶系 三斜 单斜 种类 简单三斜 简单单斜 侧心单斜 简单正交 正交 底心正交 体心正交 面心正交 四方 三角 六角 立方 简单四方 体心四方 简单三角* 简单六角 简单立方 体心立方 面心立方 符号 晶胞特征
! c
+
! c 3
+
41螺旋轴
3 4
+
1 2
+
! c
! c 4
+
1 4
+
4次轴存在四方晶系的主轴方向，以及立方晶系

结构化学晶体结构的对称性和基本定理

结构化学晶体结构的对称性和基本定理

点击按钮观察动画.注意：反映滑移操作中
的“反映”是虚操作，可想象而难以实际表现, 故动画 中用幻影逗号的移动来模拟反映，请勿误解！
8.2.2 晶胞
设想把点阵放回晶体中去， 将把晶体切分成并置的平行六面 体小晶块，每个空间格子对应一 个小晶块. 这种小晶块就是晶胞, 是代表晶体结构的最小单元.
晶胞参数
NaCl型晶体
原子的分数坐标： A: 0 0 0
0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0 B: 1/2 0 0
0 1/2 0 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2 结构基元: A-B （每个晶胞中有4个结构基元）
CsCl型晶体
原子的分数坐标： A: 0 0 0 B: 1/2 1/2 1/2
为什么要考虑带心格子?
立方面心格子，若按左图取素格子只能表现三方对称性；若取右图 所示的复格子就表现出立方对称性(格子选取方式不能改变点阵结构的对 称性,但点阵固有的较高对称性在素格子上可能被掩盖)：
14种布拉维格子之一：立方简单（cP）
14种布拉维格子二：立方体心（cI）
14种布拉维格子三：立方面心（cF）
晶胞参数:
a、b、c α、β、γ
晶
胞
两
要
（1）晶胞的大小、型式
素
晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是
指素晶胞或复晶胞.
（2）晶胞的内容
晶胞中原子的种类和位置. 表示原子位置要用 分数坐标.
分数坐标
晶胞中原子P 的位置用向量OP=xa+yb+zc代表. x、y、z
就是分数坐标，它们永远不会大于1.
14种布拉维格子之八：正交简单（oP)
14种布拉维格子之九：正交体心（oI)

晶体的对称

晶体的对称
实用文档
❖ 对称中心以字母C表示, 图示符号为“o” 或“C”表示。
❖ 晶体中可以有对称中心，也可以没有对称 中心，若有只能有一个，而且必定位于晶体 的几何中心。
❖ 晶体中如果存在对称中心，则所有晶面必 然两两反向平行而且相等。用它可以作为判 断晶体有无对称中心的依据。
实用文档
4、旋转反伸轴（Lin）
现在性质上。 总之，由于晶体具有格子构造，因此其
对称不同于其它物体的对称。晶体的对称 具有表里一致性。
实用文档
二、晶体的对称要素和对称操作
• 对称操作：是指欲使物体或图形中相同部
分重复出现的操作。
• 对称要素：在进行对称操作时所凭借的几
何要素（点、线、面）。
1、对称面（P） 2、对称轴（Ln） 3、对称中心（C） 4、旋转反伸轴（Lin） 5、旋转反映轴（Lsn）
实用文档
立方体的对称要素及其赤平投影
• 图中可见，立方体的L4、L3和L2分别是四、三 和两个对称面的交线，其赤平投影点落于对称 面投影的交点上。
实用文档
3、对称中心（C）
• 对称中心：是晶体内部的一个假想点，通过该点 作任意直线，则在此直线上距对称中心等距离的 两端，必定可以找到对应点。
• 相应对称操作：对一个点的反伸（倒反）。
▪ 旋转反映轴的作用可以由旋转反伸轴来代替：
Ls1＝P＝Li2；
Ls2＝C＝Li1；
Ls3＝ L3＋P⊥ ＝Li6 ；
Ls4＝Li4 ；
Ls6 ＝ L3＋C ＝Li3
实用文档
综上所述，在晶体的外部形态上 可能存在而且具有独立意义的对称 要素只有九种：
•对称中心：C •对 称 面：P •对 称 轴：L1、L2、L3、L4、L6 •旋转反伸轴：L4i、L6i

晶体的对称

晶体的对称
• 相应的对称操作是围绕一根直线的旋转。 • 旋转一周，晶体的相同部分重复的次数称
为轴次(n)；重复时所旋转的最小角度称 为基转角(α)；n=360°／α。
.
晶体对称定律
• 晶体外形上可能出现的对称轴有L1（无实际 意义）、L2、L3、L4、L6，相应的基转角分别 为360°、180°、120°、90°、60°。
等 轴
与本晶系
晶 系
对称不符
立方原始格子
立方体心格子
.
F＝I
F＝P 与空间格子 条件不符
立方面心格子
㈥、晶体的基本性质
一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定 的性质，称为晶体的基本性质。 1、自限性：是指晶体在适当条件
下可以自发地形成几 何多面体的性质。 ● 晶体通常被平的晶面所包 围，晶面相交成直的晶棱，晶棱 汇聚成尖的角顶。
单斜晶系: a≠b≠c；α＝γ＝90°，β≠90°
(c)
斜方晶系: a≠b≠c；α＝β＝γ＝90°
(d)
三方晶系: a＝b＝c；α＝γ＝β≠90°
(e)
四方晶系: a＝b≠c；α＝γ＝β＝90°
(f)
六方晶系: a＝b≠c；α＝β＝90°，γ＝120°
(g)
等轴晶系: a＝b＝c；α＝γ＝β＝90°
其对称不同于其它物体的对称。晶体的对 称具有表里一致性。
.
二、晶体的对称要素和对称操作
• 对称操作：是指欲使物体或图形中相同部
分重复出现的操作。
• 对称要素：在进行对称操作时所凭借的几
何要素（点、线、面）。
1、对称面（P） 2、对称轴（Ln） 3、对称中心（C） 4、旋转反伸轴（Lin） 5、旋转反映轴（Lsn）
◆ 平行六面体—空间格子中的最小单位。

《晶体的对称性》课件

《晶体的对称性》课件
具有广泛的应用前景。
THANKS
1 2
3
X射线晶体学原理
利用X射线在晶体中的衍射现象，分析晶体结构。
应用领域
材料科学、化学、生物学等，用于研究分子结构和晶体结构 。
优势与局限性
能够提供晶体结构的精确信息，但需要大块、完整的晶体。
电子显微镜
电子显微镜原理
利用电子替代传统显微镜的光源，提高分辨率。
应用领域
材料科学、生物学等，用于观察微观结构和表面形貌。
晶体对称性的未来发展
新材料设计
新材料设计
随着科技的发展，人们将更加深入地研究和利用晶体的对称性，以设计出具有优异性能的新材料。例 如，利用特定对称性的晶体结构，可以制造出具有高强度、轻质、耐高温等特性的新型复合材料。
新型光电子器件
利用晶体的对称性，可以设计出新型的光电子器件，如光子晶体和量子点等。这些器件在光通信、光 计算等领域具有广泛的应用前景。
对称性与生物大分子的关系
生物大分子的对称性
许多生物大分子，如蛋白质和核酸等， 都具有特定的对称性。这种对称性与生 物大分子的结构和功能密切相关，对于 理解生物大分子的性质和行为具有重要 意义。
VS
对称性与生物大分子功能
研究生物大分子的对称性，可以帮助人们 更好地理解其功能和作用机制。例如，某 些对称性的蛋白质结构可以增强其稳定性 或改变其与其它分子的相互作用方式。
出的对称特性。
微观对称性可以通过晶体结构中 的对称元素来描述，如晶格点阵 中的对称中心、旋转轴、镜面等
。
微观对称性决定了晶体在微观尺 度上的物理性质，如力学、磁学
和化学性质。
晶体点群
01
晶体点群是指在晶体结构中，围绕一个点为中 心的对称操作集合。

固体01_07晶格的对称性

固体01_07晶格的对称性

1.简单晶胞和复晶胞 简单晶胞和复晶胞
在选取复杂点阵时， 在选取复杂点阵时， 除了平行六面体的顶点外， 除了平行六面体的顶点外， 只能在体心或面心有附加 阵点， 阵点，否则将违背空间点 阵的周期性， 阵的周期性，所以只能出 现这四类晶胞。 现这四类晶胞。
2. 14 种布拉伐原胞
1）三斜晶系： 三斜晶系：
晶胞参数的特征是各个晶系的宏观表现，是区分七个 晶胞参数的特征是各个晶系的宏观表现， 不同晶系的必要条件但不是充分的条件， 不同晶系的必要条件但不是充分的条件，只有特征对称元 素是区分晶系的关键所在。 素是区分晶系的关键所在。
4. 7大晶系晶格的关系 大晶系晶格的关系
立方
a a a
三方
六方
c
a a
四方
唯一4 唯一 或 4
4, 4, 4/m, 422, 4, 4, 8, 8, 8, 42m, 4mm, 8, 16 4/mmm 6, 6, 6/m, 622, 6, 6, 12, 12, 6mm, 6m2, 12, 12, 24 6/mmm 23, m3, 43m, 432, m3m 12. 24, 24, 24, 48
由10 种对称素为基础组成对称操作群
§1.7 晶格的对称性
自然界中晶体多种多样、千变万化。晶体的宏观对 自然界中晶体多种多样、千变万化。 32种点群来描述， 14种布拉伐格 称性可以用32种点群来描述 对应的只有14 称性可以用32种点群来描述，对应的只有14种布拉伐格 子，可以将晶体分为七大类，称为七大晶系。每一个晶 可以将晶体分为七大类，称为七大晶系。 七大晶系 系具有一种类型的单胞基矢坐标系，七大晶系对应着七 系具有一种类型的单胞基矢坐标系，七大晶系对应着七 种单胞基矢坐标系。 种单胞基矢坐标系。 一个晶系中可以具有不止一种布拉伐格子. 一个晶系中可以具有不止一种布拉伐格子.

晶体的对称要素

晶体的对称要素

晶体的对称要素
晶体的对称要素包括以下几个方面：
1. 轴对称：晶体可能存在一个或多个轴对称。

轴对称是指晶体在某个直线或轴周围旋转一定角度后，仍然具有相同的外观和性质。

常见的轴对称有2倍、3倍、4倍、6倍等。

最高次数的轴对称称为主轴。

2. 镜面对称：晶体具有镜对称面时，即晶体可以分为左右两部分，其中一部分通过镜面反射与另一部分完全重合。

3. 中心对称：晶体具有中心对称时，即晶体中存在一个点，经过该点作任何直线对称，晶体的外观和性质仍然相同。

这个中心点被称为中心。

中心对称是晶体中最高级别的对称要素。

4. 滑移对称：晶体具有滑移对称时，即晶体中存在一个平面，当晶体相对于该平面做滑移时，晶体的外观和性质不变。

5. 旋转反射对称：晶体具有旋转反射对称时，即晶体中存在一个旋转轴，沿着该轴旋转180°后，再进行关于该轴的反射，晶体的外观和性质不变。

这些对称要素共同构成了晶体的空间对称群，描述了晶体内部的排列和外部的形状。

晶体的对称要素对其物理、化学和光学性质都具有重要影响。

第四讲 晶体的宏观对称

第四讲 晶体的宏观对称
网吗？
2、数学的证明方法为：
t’ = mt
t’= 2t sin(-90)+ t = -2t cos + t
所以，mt = -2t cos + t
t’
2 cos = 1- m
cos = (1 - m)/2
-2 ≤ 1 - m ≤ 2
t tBiblioteka m = -1,0,1,2,3
相应的 ＝ 0 或2 ， /3,
（ L33L24P=Li63L23P ） ； L44L25PC ； L66L27PC 。
6）旋转反伸轴单独存在。可能的对称型为：
Li1=C；Li2=P；Li3=L3C；Li4；Li6=L3P。
◆ 不符合对称要素组合定理的共存形式就不可能 存在。
对称要素组合定理：
定理1：LnL2LnnL2 (L2与L2的夹角是Ln基转角的一半) 逆定理： L2与L2相交，在其交点且垂直两L2会产生Ln，其基
转角是两L2夹角的两倍。并导出n个在垂直Ln平面内的L2。 例如: L4L2L44L2 , L3L2L33L2
5）对称轴Ln与垂直它的对称面以及包含它的对称 面的组合。垂直Ln的P与包含Ln的P的交线必为 垂直Ln的L2，即Ln P⊥ P∥=Ln P⊥ P∥ L2 =LnnL2(n + 1)P（C）（C只在有偶次轴垂直P的 情况下产生），可能的对称型为： (L1L22P=L22P ） ； L22L23PC=3L23PC ；
如果L2与Ln斜交有可能
出现多于一个的高次轴， 这时就不属于A类对称型了。
3）对称轴Ln与垂直它的对称面P的组合。根据组合 定 理 Ln( 偶 次 )P⊥→Ln( 偶 次 )PC ， 则 可 能 的 对 称 型 为 ： （L1P=P）；L2PC；（L3P=Li6）；L4PC；L6PC。

晶体内部结构的微观对称

晶体内部结构的微观对称
催化剂设计
利用晶体对称性，可以设计具有特定催化性能的 催化剂，提高化学反应的效率和选择性。
3
药物合成与筛选
通过研究药物分子与晶体之间的相互作用，可以 优化药物分子的设计和合成，提高药物的疗效和 降低副作用。
06
晶体内部结构对称性的研 究方法
X射线晶体学
总结词
X射线晶体学是研究晶体内部结构的主要方法之一，通过分析X射线在晶体中的衍射现象，可以获得晶体中原子的 排列方式和晶格结构等信息。
晶体内部结构的微观对 称
目录 CONTENT
• 晶体微观对称的概念 • 晶体微观对称的几何基础 • 晶体内部结构的对称元素 • 晶体内部结构的对称操作 • 晶体内部结构对称性的应用 • 晶体内部结构对称性的研究方法
01
晶体微观对称的概念
定义与特性
定义
晶体内部结构的微观对称是指晶体内 部原子或分子的排列方式具有的对称 性。
空间群对称
晶体内部原子或分子的排列具 有空间群对称性，如立方晶系
的点群对称。
02
晶体微观对称的几何基础
点群
定义
点群是指晶体中由一个或多个对 称元素组成的集合，这些对称元 素在晶体中所有可能的取向中保
持不变。
分类
点群可以分为一维、二维和三维点 群，分别对应于一维、二维和三维 晶体结构。
应用
点群是晶体结构分类的基础，通过 点群可以确定晶体的对称性，进而 确定晶体的物理和化学性质。
总结词
旋转轴是晶体内部结构中的一种对称元素，能够使晶体内部结构在旋转一定角度后恢复到原始状态。
详细描述
旋转轴在晶体内部结构中起着重要的作用，不同的旋转轴会导致晶体具有不同的对称性，从而影响晶体 的物理性质和化学性质。例如，在矿物学中，许多矿物具有特定的对称性，可以通过观察其晶体形态和 内部结构来确定其对称元素。

晶体的对称实验原理概念

晶体的对称实验原理概念

晶体的对称实验原理概念晶体的对称性是指晶体内部结构中存在的重复元素或对称性操作。

对称操作是指可以通过某种特定方式将晶体的一个部分变换到另一个部分，使得两个部分在几何形状或物理性质上完全相同。

晶体的对称性是晶体学中的重要概念，对于研究晶体的结构及性质具有重要意义。

晶体的对称实验原理是指通过实验手段来确定晶体是否具有对称操作。

根据晶体学的共同假设，如果晶体具有某个对称操作，则应满足以下两个特点：1）存在一个点或轴或面，这个点/轴/面称为对称元素，在该点/轴/面上存在一个不动点或不变轴/面，即所有经过对称操作后的坐标都不变；2）经过对称操作后的晶体应该与原晶体具有完全相同的几何结构。

根据这个原理，可以进行一系列的实验来确定晶体的对称性质。

首先，最直观的方法是使用光学显微镜观察晶体在不同方向上的外部形态。

如果晶体在旋转180后看起来与原样一致，则表明晶体具有二倍轴对称性；如果晶体在旋转120或240后看起来与原样一致，则表明晶体具有三倍轴对称性；如果晶体在旋转90或270后看起来与原样一致，则表明晶体具有四倍轴对称性。

此外，还可以观察晶体镜像面的出现情况，通过镜像面的存在来确定晶体是否具有镜像对称性。

其次，晶体学中常用的实验手段是X射线衍射。

通过X射线衍射的方法可以确定晶体的晶格结构及原胞参数，从而间接判断晶体的对称性。

X射线衍射实验中，通过测量晶体衍射花样的对称性来确定晶体的晶体系统和病态。

如果X射线衍射花样呈现出一定的对称性，那么可以推断晶体具有相应的对称性操作。

而如果实验测得的晶胞参数和理论计算值吻合，那么可以证明晶体是该晶体系统下的晶体。

此外，还可以通过热力学实验来确定晶体的对称性。

比如通过测量晶体的热膨胀系数、比热容等物理性质的变化，可以得到晶体在不同方向上的对称性。

热力学实验可以通过改变晶体的温度、压力等条件来研究晶体的对称性质。

总之，晶体的对称实验原理是通过一系列实验手段来确定晶体的对称操作。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
agonal
6
-6 6/m
168 P6 169 P61 170 P65 171 P62 172 P64 173 P63
174 P-6 175 P6/m 176 P63/m 177 P622 178 P6122 179 P6522 180 P6222 181 P6422 182 P6322 183 P6mm 184 P6cc 185 P63cm 186 P63mc 187 P-6m2 188 P-6c2 189 P-62m 190 P-62c 191 P6/mmm 192 P6/mcc 193 P63/mcm 194 P63/mmc
四方晶系 Tetragonal
13
4mm
14
-42m
15
123 127 4/mmm 131 135 139
晶系
点群
空间群
16
17 三方晶系 Rhombohedral 18 19 20
3
-3 32 3m -3m
143 P3 144 P31 145 P32 146 R3
147 P-3 148 R-3 149 P312 150 P321 151 P3112 152 P3121 153 P3212 154 P3221 155 R32 156 P3m1 157 P31m 158 P3c1 159 P31c 160 R3m 161 R3c 162 P-31m 163 P-31c 164 P-3m1 165 P-3c1 166 R-3m 167 R-3c
晶系
点群
空间群
9 10 11 12
4 -4 4/m 42(422)
75 P4 76 P41 77 P42 78 P43 79 I4 80 I41 81 P-4 82 I-4 88 I41/a
83 P4/m 84 P42/m 85 P4/n 86 P42/n 87I 4/m
89 P422 90 P 4212 91 P4122 92 P41212 93 P4222 94 P42212 95 P4322 96 P43212 97 I422 98I4122
空间群的国际符号 格子类型 + 微观对称要素按方位表示 例如：F d-3m。
与点群不同，这些对称要素在晶胞中不 交于一点，相同的对称要素也不止存在一个。 同一方向可能存在多种对称要素。 最后的对称要素取最高的：
对称轴存在多个，取最高对称的一个； 对称面(滑移面)存在多个，取最简单的一种。
2．空间群的国际符号 空间群的符号由两部分组成： 格子类型 + 宏观和微观对称要素的组合，
24
25 26 27
62(622)
6mm -62m 6/mmm
晶系
点群
28 23 29 m3
空间群
195 P23 196 F23 197 I23 198 P213 199I213
200 Pm-3 201 Pn-3 202 Fm-3 203 Fd-3 204 Im -3 205 Pa-3 206 Ia-3
26 Pmc21 27 Pcc2 28 Pma2 29 Pca21 31Pmn21 32 Pba2 33 Pna21 34 Pnn2 36 Cmc21 37 Ccc2 38 Amm2 39Abm2 41 Aba2 42 Fmm2 43 Fdd2 44Imm2 46 Ima2
mmm
47 Pmmm 48 Pnnn 49 Pccm 50 Pban 51 Pmma 52 Pnna 53 Pmna 54 Pcca 55 Pbam 56 Pccn 57 Pbcm 58 Pnnm 59 Pmmn 60 Pbcn 61 Pbca 62 Pnma 63 Cmcm 64 Cmca 65 Cmmm 66 Cccm 67 Cmma 68Ccca 69 Fmmm 70 Fddd 71 Immm 72Ibam 73 Ibca 74 Imma
滑移面的图形符号
与纸面垂直 与纸面平行 与纸面斜交
m 对 称 面 a，b，c （//投影方向） a，b，c （⊥投影方向） n d
3
空间群
空间群（space group）是晶体内部结构中全部对称要 素的组合，具体说是晶胞中全部对称要素的组合。 晶体的宏观对称构成32种点群。 晶体的空间格子类型+内部对称构成230种空间群。
3 P2 6 Pm
4 P21 7 Pc
5 C2 8 Cm 9 Cc 13 P 2/c 14 P 21/c
10 P2/m 11 P21/m 12 C 2/m 15 C 2/c
(3) 单斜晶系的空间群通常按3位来写，其中两个位置为1， 只有一个位置有对称要素，如P1211(4)、P1121(4)、 P1121/m(11)，这时，3位分别代表晶体的a、b、c方向。
13 P 2/c 14 P 21/c
16 P222 17 P2221 18 P21212 19 P212121 20 C2221 21 C222 22 F222 23 I222 24 I212121
7 斜方晶系 Orthoho mbic 8
mm(m m2)
25 Pmm2 30 Pnc2 35 Cmm2 40 Ama2 45 Iba2
例如：F d-3m。
晶系
三斜晶系 Triclinic 1
2 3
点群
1
-1 2 m 2/m 222
空间群
1 P1
2 P-1 3 P2 6 Pm 4 P21 7 Pc 5 C2 8 Cm 9 Cc
单斜晶系 4 Monoclini c 5 6
10 P2/m 11 P21/m 12 C 2/m 15 C 2/c
2
21
42
石盐结构中的对称轴的分布
图形表示时对称轴和螺旋轴的符号
与纸面垂直 与纸面平行 与纸面斜交
2 21 3 31 32 4
6 61 62 63 64 65
2 21 3 31 41 65
41
42
-1
-4 -6
-4
43
（2）滑移面 外部对称的对称面，在晶体内部可以是对称面，亦可以是滑 移面。 滑移面=反映+平移。
2. 晶体的内部对称
1. 空间格子 2. 晶体的微观对称要素
3. 空间群
4. 等效点系 5. 原子坐标
1 空间格子
选择相当点：在实际晶体结构中，点的性质相同，周围 环境相同的点。 提取空间格子。
Cs Cl
Cl
结点分布在平行六面体的角顶，结点坐标 为(0,0,0)： 该空间格子为：原始格子 P (Primative) (对三方菱面体格子，符号为R (rhombehedral)) 实际原子在空间格子中排布，构成晶体结构， 最小重复单位为：单位晶胞。 Cs: (0,0,0) Cl: (½, ½, ½)
207 P432 208 P4232 209 F432 210 F4132 211 I432 212 P4332 213 P4132 214 I4132 215 P-43m 216F -43m 217 I-43m 218P-43 n 219 F-43c 220 I-43d 221 Pm-3m 222 Pn-3n 223 Pm-3n 224Pn-3m 225 Fm-3m 226 Fm-3c 227 Fd-3m228F d-3c 229 Im-3m 230 Ia-3d
99 P4mm 100 P4bm 101 P42cm 102P42nm 103 P4cc 104 P4nc 105 P42mc 106 P42bc 107 I4mm 108 I4cm 109 I41md 110 I41cd 111 P-42m 112 P-42c 113 P-421m 114P-421c 115 P-4m2 116 P-4c2 117 P-4b2 118 P-4n2 119 I-4m2 120 I-4c2 121 I-42m 122 I-42d P4/mmm 124P4/mcc 125 P4/nbm 126 P4/nnc P4/mbm 128 P4/mnc 129 P4/nmm 130 P4/ncc P42/mmc 132 P42/mcm 133 P42/nbc 134 P42/nnm P42/mbc 136 P42/mnm 137 P42/nm c 138 P42/ncm I4/mmm 140 I4/mcm 141 I41/amd 142 I41/acd
P: (0,0,0.428) (0.5,0.5,½+0.428)
= (0,0,0.428) (0.5,0.5,-0.072)
结点分布在平行六面体的角顶和某一 对面的中心，为底心格子。 左图为底心格子中的C心格子， (C-face centered) 结点坐标为(0,0,0)(½,½,0)
底心格子还有A心和B心。
Na: (½,½,½) (1,1,½)(½,1,1) (1,½,1)
= (½,½,½) (0,0,½)(½,0,0) (0,½,0)
Sn
P
Sn
P
结点分布在平行六面体的角顶和体心，结点坐 标为(0,0,0)(½,½,½) 该空间格子为： 体心格子 I (In-the-body)
实际原子在空间格子中排布，构成晶体结构， 最小重复单位为：单位晶胞。 Sn: (0,0,0)(½,½,½)
等轴晶 30 43（432）
系 Cubic 31 -43m
32 m3m
根据空间群符号应理解如下内容： (1)空间群格子类型有P、A、B、C、F、I、R。 (2)对应的点群、晶系、主要方位的对称要素、晶胞的形状 特征。 方法：螺旋轴简化为对称轴、滑移面简化为对称面。
例如：Pnna(52) P42nm(102) P-3m1(164)
Amm2(38)
判断晶系、各主要方位的对称要素、对应的点群
225 F m -3 m 185 P 63 c m 226 F m -3 c 152 P 31 2 1 227 F d -3 m 228 F d -3 c 200 P m -3 201 P n -3 202 F m -3 203 F d -3 183 P 6 m m