§1.4晶体结构的对称性
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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。
晶体的对称性
在晶体结构中,最常见的是面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和密排六方(hcp)三种典型结构,其中fcc和hcp系密排结构,具有最高的致密度和配位数。
这三种典型结构的晶胞分别含有4、2、6个原子。
利用刚球模型可以算出晶体结构中的间隙,以及点阵常数与原子半径之间的关系。
金属晶体的结合键是金属键,故往往构成具有高度对称性的简单晶体结构,如fcc、bcc和hcp等。
但是,工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金。
由于合金元素的加入,使形成的合金相结构变得复杂。
合金组元之间的相互作用及其所形成的合金相的性质主要是由它们各自的电化学因素、原子尺寸因素和电子浓度三个因素控制的。
合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。