《晶体对称》PPT课件

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1、第三章晶体对称对称性对称是一个很常见的现象。在自然界我们可观察到五瓣对称的梅花、桃花，六瓣的水仙花、雪花、松树叶沿枝干两侧对称，槐树叶、榕树叶又是另一种对称……在人工建筑中，北京的古皇城是中轴线对称，在化学中，我们研究的分子、晶体等也有各种对称性，有时会感觉这个分子对称性比那个分子高，如何表达、衡量各种对称？数学中定义了对称元素来描述这些对称。一、对称的概念对称就是物体相同部分有规律的重复。如图I一4—3是由两个全等的三角形组成，但它并不是对称图形。因此，对称的图形还必须符合另一个条件，那就是这些相同的部分，通过一定的操作(如旋转、反映、反伸)可以发生重复，如图I

2、一4—1蝴碟的两个相同的部分可以通过垂直平分它的镜面的反映，彼此重合；图I一4—2的花冠通过围绕一报垂直它井通过它中心的直线旋转，可以多次重复其原来的形象。二、晶体对称的特点1.所有晶体均有对称性因为晶体具有格子构造，格子构造本身就是质点在三维空间周期性重复出现。2.晶体对称受空间格子构造规律的限制3.晶体对称不仅外形上对称，其物理、化学性质也体现在对称上三、对称操作和对称要素欲使对称图形中相同部分重复，必须通过一定的操作，这种操作就称之为对称操作。在进行对称操作时所凭借的辅助几何要素(点、线、面)称为对称要素。晶体外形可能存在的对称要素和相应的对称操作如下：1．

3、对称面(P)对称面是一个假想的平面；相应的对称操作为对于比平面的反映。它将图形平分为互为镜像的两个相等部分。对称面以P表示，在晶体中可以无或有一个或几个对称面（最多有9个，立方体中）。晶体中对称面与晶面、晶棱可能有如下关系：1)垂直并平分晶面；2)垂直晶棱并通过它的中心，3)包含晶棱。2．对称轴对称轴是一条假想的直线；相应的对称操作是围绕此直线的旋转。当图形围绕此直线旋转一定角度后，可使相等部分重复。旋转一周重复的次数称为轴次(n）。重复时所旋转的最小角度称基转角a，两者之间的关系为n＝360／a。对称轴以L表示，轴次n写在它的右上角，写作Ln。晶体外形上可能出现

4、的对称轴如图I－4－I所列。一次对称轴L1无实际意义，因为晶体围绕任一直线旋转360度。轴可以恢复原状。轴次高于2的对称轴，称高次轴。图I一4—6举例绘出了晶体中对称轴L2L3L4和L6。晶体中不可能出现五次或高于六次的对称轴。这是由于它们不符合空间格子的规律。在空间格子中，垂直对称轴一定有面网存在，围绕该对称轴转动所形成的多边形应法符合于该面网上结点所围成的网孔。图1－13垂直对称轴的面网的网孔abcdf分别表示L2L3L4L6的面网的网孔，符合格子构造，egh分别表示的面网的网孔，不符合格子构造从书中图1-13可以看出，围绕L2、L3、L4、L6所形成的多边形

5、，都能毫无间隙地布满平面，都可能符合空间格子的网孔。但垂直L5、L7和L8所形成的正五边形、正七边形和正八边形却不能毫无间隙地布满平面，不符合空间格子的网孔，所以在晶体中不可能存在五次及高于六次的对称轴，这一规律，称为晶体的对称定律。在一个晶体中，可以无也可以有一种或几种对称轴，而每一种对称轴也可以有一个或多个。如立方体有3L44L36L2(图I一4—8)。在晶体中，对称轴可能出露的位置为晶面的中心、晶棱的中点或角项〔图I－4－8a)。3．对称中心(C)对称中心是一个假想的点；相应的对称操作是对此点的反伸(或称倒反)。如果通过此点作任意直线，则在此直线上距对称中心

6、等距离的两端，必定可以找到对应点。对称中心以字母C来表示。一个具有对称中心的图形，其相对应的面、棱、角部体现为反向平行。如图I－4－10a，C为对称中心，ABD与A1B1D1为反向平行，图I－4－10b因ABA’B’与A1B1A1'B1'各自尚存在对中心，所以两者既为反向平行，也为正向平行。反伸操作”可与“反映操作”做对比，两者不同之点仅在于反伸凭借一个点，反映凭借一个面。分子对称性的对称元素与对称操作对称元素对称操作名称符号对称面L从平面的一侧反映到另一侧对称心C所有原子以对称心互相反演倒转轴Lin绕轴一次或多次转动，并对直线上一点反伸映转轴Lsn绕轴转动后，对

7、垂直于轴的平面反映四、对称型及其晶体分类1.对称型概念晶体中全部对称要素的组合称晶体的对称型，也称点群。对称型写法：①先对称轴L（按高到低顺序）②其后为对称面P③最后写对称中心C比如：立方体的对称型为3L44L36L29PC2.32种对称型A类：27种，高次轴不多于1个的对称型。B类：5种，高次轴多于一个的对称型。3.晶体的分类三斜晶系（L1、C）低级晶族单斜晶系（有一个L2或P）（不含高次轴）斜方晶系（L2或P多于一个）三方晶系（有一个L3）三大晶族中级晶族四方晶系（有一个L4或L4i）（有一个高次轴）六方晶系（有一个L6或L6i）高级晶族等轴晶系（有4个L3）

8、（有多个高