Способы описания и изображения атомного строения кристаллов Лекция 3 Седельникова М.Б. Точечная группа симметрииИспользуется 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 Для описания внутреннего строения кристалла (кристаллической решетки) используются помимо перечисленных трансляционные элементы симметрии: Трансляция, Плоскость скользящего отражения, Винтовые оси Элементы симметричности Все элементы симметрии, включающие в себя перенос, называются элементами симметричности В 1890 г. путём сочетания всех элементов симметрии Е.С. Фёдоровым были выведены 230 пространственных групп симметрии Трансляция (параллельный перенос) Плоскости скользящего отражения Осуществляют совместное действие отражения в плоскости и параллельного переноса Обозначение: Обозначаются в формуле: а, b, c – вдоль координатных осей; d n , d – по диагоналям (клиноплоскости) n – по диагонали нецентрированной грани; d – центрированной грани Винтовые оси Винтовые оси осуществляют совместное действие поворота и параллельного переноса Винтовые оси Пространственные группы симметрии Е.С. Фёдорова 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 При обозначении элементов симметрии предпочтение отдаётся плоскостям, в случае их отсутствия вводится символ оси 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 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 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 Например: C6/mmc, P6/mmm 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 Плотнейшие шаровые упаковки Типы пустот в плотнейших шаровых упаковках Плотнейшие упаковки в силикатах I Структуры, которые подчиняются ПУ II Структуры с лишними анионными шарами III Структуры, в которых ПУ имеют пустоты IV Структуры, не подчиняющиеся ПУ I группа Форстерит гексагональная ПУ Mg2SiO4 Амфиболы кубическая ПУ (Тремолит) Ca2Mg5[Si8O22](OH)2 Пироксены кубическая ПУ (Диопсид) CaMg[Si2O6] Но Са - крупный катион (0.99 нм) Октаэдр → к томсоновскому кубу (КЧ 8) II группа Силлиманит (лент) – Al[AlSiO4]O гексагональн. ПУ III группа Некоторые каркасные силикаты Содалит Na4[Al3Si3O12]Cl IV группа Большинство силикатов: Циркон ZrSiO4 Гранат Ca3Al2[SiO4]3 Полевые шпаты K[AlSi3O8] Структурные единицы кристалла Структуры изодесмические (гомодесмические) Если в кристалле все атомы связаны одинаковыми или близкими по типу химическими связями и их КЧ одинаковы или близки Например: - металлы - ионные кристаллы (шпинели, NaCl) - ковалентные кристаллы (алмаз) Структурными единицами таких кристаллов служат сами атомы Структуры анизодесмические (гетеродесмические) Если в кристалле присутствуют связи разного типа и появляются устойчивые отдельные группировки атомов Например: - - Молекулярные органические кристаллы; Прочные структурные группировки в неорганических кристаллах: SiO44-, CO32-, SO42- Классификация структур К координа- каркасные ционные островные слоистые цепочечные Координационные структуры Координация атомов одинакова или приблизительно одинакова во всех трёх направлениях (шпинели, NaCl, Al2O3) Есть плотнейшая упаковка Островные Присутствуют отдельные группировки атомов: SO42-, CO32- , SiO44- ангидрит - кальцит - островные силикаты Цепочечные Структура рутила Слоистые Каркасные Одинаковые структурные группировки образуют пространственную конструкцию с пустотами Нет плотнейшей упаковки Гибридные структуры Смешаннослойные – чередуются слои разного типа: слюдистые, хлоритовые, монтмориллонитовые пакеты; Смешаннорядные, например ленточноцепочечные силикаты – промежуточные между пироксенами и амфиболами 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