background image

 

19 

?

 

Masz trudności z analizą symetrii? 

!

 

Przykłady cząsteczek należące do analizowanych grup punktowych możesz również 
teraz obejrzeć w trzech wymiarach na stronie internetowej Pracowni 
Krystalochemii (http://crystal.chem.uw.edu.pl/k1). Nie przegap tej okazji!!! 

 

 

5-6-7 

Opis budowy i symetria sieci krystalicznych. 

 

 

)

 

Sieci przestrzenne (sieci Bravais) i sieci krystaliczne. Typy sieci Bravais w 
poszczególnych układach krystalograficznych. Krystalograficzny układ 
współrzędnych XYZ. Rzut równoległy komórki elementarnej wzdłuż osi Z na 
płaszczyznę XY. Symbole elementów symetrii na rzucie. Grupa przestrzenna 
kryształu. Współistnienie translacji sieciowych i punktowych elementów symetrii. 
Złożone elementy symetrii w sieciach krystalicznych: osie śrubowe, płaszczyzny 
poślizgu; ich symbole w notacji Hermanna-Mauguina i symbole graficzne. 
Definicje operacji symetrii: obrotu wokół osi śrubowej oraz odbicia w 
płaszczyźnie poślizgu; przeprowadzanie tych operacji na rzucie komórki 
elementarnej. Reguły tworzenia symbolu przestrzennej w notacji Hermanna-
Mauguina. Wykonanie rzutów komórek elementarnych sieci atomowych 
odpowiadających różnymi sieciom Bravais. Reprezentacja sieci krystalicznej w 
postaci zespołu ogólnych pozycji symetrycznie równoważnych. Analiza tego 
zespołu (danego w postaci rzutu) w wybranych grupach przestrzennych: 
wyznaczanie zbioru elementów symetrii, komórki elementarnej i typu sieci Bravais 
oraz symbolu grupy przestrzennej, symbolu klasy krystalograficznej i układu 
krystalograficznego. 

 
Złożone elementy symetrii 
 
Śrubowe osie symetrii 

Oś śrubowa jest złożonym elementem symetrii utworzonym przez sprzężone działanie n-

krotnej osi symetrii i równoległej do niej translacji. Figura (bądź jej część) poddana działaniu 
osi  śrubowej powtarza się po obrocie wokół osi symetrii o kąt 

α=360°/n i przesunięciu 

równoległym do osi symetrii o odpowiednią,  ściśle określoną i taką samą część odcinka 
translacji równą p/n gdzie p jest liczbą naturalną mniejszą od n

 
 

 

 

a) gdy oś jest prostopadła do płaszczyzny rysunku 
b) gdy oś jest równoległa do płaszczyzny rysunku

 

 

 

background image

 

20 

 
 

 

 

a) gdy oś jest prostopadła do płaszczyzny rysunku

 

 
 

 

 

a) gdy oś jest prostopadła do płaszczyzny rysunku

 

 
 
 

 

 

Działanie sześciokrotnych osi śrubowych (rzut ortogonalny na płaszczyznę prostopadłą do osi) 

 
 
 
 
Płaszczyzny poślizgu 

Płaszczyzna poślizgu jest złożonym elementem symetrii utworzonym przez sprzężone 

działanie płaszczyzn symetrii i równoległej do niej translacji. 

 
 
 

background image

 

21 

 

Symbol 

płaszczyzny 

Schemat działania przedstawiony: 

Symbole graficzne: 

 

W przestrzeni trójwymiarowej 

W rzucie ortogonalnym 
na płaszczyznę rysunku 

Płaszczyzny

⊥  do 

płaszczyzny rys. 

Płaszczyzny || do 

płaszczyzny rys. 

a (b) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

22 

Komórki Bravais 
 

Wewnętrzną budowę każdego kryształu można zapisać za pomocą jednego z kilkunastu 

typów sieci przestrzennych, różniących się między sobą sposobami rozmieszczenia węzłów 
translacyjnie równoważnych, przy czym każda z tych sieci należy do jednego z 6 głównych 
rodzajów. Sieciami tymi są sieci przestrzenne prymitywne (węzły znajdują się tylko w narożach 
komórek elementarnych) oraz sieci centrowane (węzły oprócz w narożach występują w 
środkach określonych ścian lub ściśle określonych miejscach wewnątrz komórek). 
 

14 typów sieci Bravais’ego 

 

Trójskośny Jednoskośny 

 

 

 

Rombowy 

 

 

 

 

Tetragonalny Heksagonalny 

Romboedryczny 

 

 

 

 

Regularny 

 

 

 

 
W każdej brawesowskiej sieci mającej centrowaną komórkę elementarną można zawsze 

wyznaczyć komórkę prymitywną, niecentrowaną. Komórka prymitywna jest komórką 
elementarną o najmniejszej objętości. Jednak komórki prymitywne utworzone dla 
brawesowskich sieci centrowanych zazwyczaj nie odzwierciedlają symetrii istniejącej w sieci. 
 
Przykłady przekształcania centrowanych komórek elementarnych w prymitywne dla komórek 
typu C (a), typu I (b), typu R (c) i typu F (d): 
 

background image

 

23 

 

 

 

 

 

(a) (b) (c) (d) 

 
 
Komórkę elementarną wybiera się wg następujących kryteriów: 
 
™Kształt ścian musi być zgodny z symetrią sieci 
™Liczba kątów prostych między krawędziami komórki musi być maksymalna 
™Występuje w niej maksymalna liczba równych krawędzi 
™Objętość musi być minimalna 
™Węzły zgodne z 14 sieciami Bravais. 
 
Przyczyny niewystępowania niektórych sieci brawesowskich w układzie regularnym (a) i 
tetragonalnym (b, c): 

 

 

 

 

(a) (b) (c) 

 

Różne możliwe w kryształach kombinacje makroskopowych elementów symetrii 

przecinających się w jednym punkcie tworzą klasy symetrii kryształów. Takich kombinacji jest 
32 i grupują się w 6 układach krystalograficznych. Różne możliwe kombinacje w strukturach 
ciał krystalicznych makroskopowych i strukturalnych elementów symetrii tworzą grupy 
przestrzenne. Tak jak grupy punktowe (klasy symetrii) charakteryzują symetrię zewnętrznych 
postaci kryształów, tak grupy przestrzenne charakteryzują symetrię struktur kryształów. Istnieje 
230 grup przestrzennych. Grupy przestrzenne opisuje się za pomocą symboli 
międzynarodowych, które są tak skonstruowane, aby na ich podstawie można było wyznaczyć 
wszystkie elementy symetrii w danej grupie przestrzennej i rozmieścić ich zawartość w komórce 
elementarnej. Każdej grupie przestrzennej odpowiada tylko jedna klasa krystalograficzna, którą 
można  łatwo wyznaczyć dla danej grupy przestrzennej omijając symbol komórki Bravais, 
zmieniając osie śrubowe na zwykłe osi i płaszczyzny poślizgu na zwykle, oraz przesuwając 
wszystkie elementy symetrii tak aby przecinały się w jednym punkcie.  
 

background image

 

24 

Każda grupa przestrzenna ma właściwe sobie zespoły punktów pozycji symetrycznie 

równoważnych, czyli przestrzenne układy punktów związanych ze sobą elementami symetrii. 
Każdy taki zespół punktów można wygenerować z jednego punktu wyjściowego poprzez 
poddanie go działaniu wszystkich elementów symetrii danej grupy przestrzennej. Liczba 
punktów znajdujących się w jednej komórce elementarnej (liczebność lub krotność pozycji
może być różna w różnych zespołach pozycji danej grupy przestrzennej i jest zależna od 
położenia punktu wyjściowego względem elementów symetrii. W każdej grupie przestrzennej 
istnieje jeden zespół pozycji symetrycznie równoważnych w położeniu ogólnym i kilka 
zespołów pozycji w położeniach szczególnych. Zwykle w kryształach tylko niektóre zespoły 
pozycji danej grupy przestrzennej są obsadzone przez atomy (jony, cząsteczki). Symetrię grup 
przestrzennych i zespoły pozycji symetrycznie równoważnych przedstawia się graficznie w 
rzucie na jedną ze ścian komórki elementarnej (zwykle XY). 
 
 

Zasady tworzenia międzynarodowych symboli grup przestrzennych 

 

Pozycja w symbolu 

Układ 
krystalograficzny
 

1 2 

Trójskośny 

1 lub 1  

 

 

Jednoskośny 

2 lub 2

1

 || do Y oraz/lub 

płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do osi Y. 

 

 

Rombowy 

2 lub 2

1

 || do X oraz/lub 

płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do osi X. 

2 lub 2

1

 || do Y oraz/lub 

płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do osi Y. 

2 lub 2

1

 || do Z oraz/lub 

płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do osi Z. 

Tetragonalny 
i Heksagonalny 

3,4,6 (lub  3 , 4 , 6 , 3

P

, 4

P

6

P

) || Z albo 4, 6 lub 4

P

6

P

 || Z i płaszczyzna 

symetrii (lub poślizgu) 

⊥  do osi Z 

2 lub 2

1

 || do X lub Y albo 

płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do X lub Y 

2 || do [110] albo 
płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do [110] 

Regularny 

Typ sieci 

Bravais 

4, 2 (lub 

4

, 2

1

, 4

p

) || do 

X, Y lub Z albo 
płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu)

⊥  do osi X,Y 

lub Z 

3 || do [111] 

2 || do [110] albo 
płaszczyzna symetrii (lub 
poślizgu) 

⊥  do [110] 

 
 

background image

 

25 

 

Interpretacja informacji w Międzynarodowych Tablicach Krystalograficznych 

 

Monoclinic    2/m   

P 1 2

1

/c 1 

No. 14 

P 2

1

/c 

 

 

 

 

5

h

2

C

 

+

1

2

-

1

2

+

1

2

1

2

+

-

-

-

-

-

+

+

+

,

,

,

,

,

,

 

1/4

1/4

1/4

1/4

1/4

1/4

 

Origin at 1; unique axis b 

2

ND SETTING

 

Number of positions, 

Wyckoff notation, 

and point symmetry 

Co-ordinates of equivalent positions 

Conditions  limiting 
possible reflections 
 
General: 

4 e 1 

x,y,z;    x ,

y , z ;     x , 

2

1

+y, 

2

1

-z;     x, 

2

1

-y, 

2

1

+z. 

hkl:      No conditions 
h0l:      l=2n 
0k0:      k=2n 

 

 

 

 

 

 

Special:  
as above, plus 

2 d 

1

 

2

1

, 0,

2

1

;   

2

1

,

2

1

, 0. 

2 c 

1

 

 0, 0, 

2

1

;      0, 

2

1

, 0. 

2 b 

1

 

2

1

,0, 0;    

2

1

,

2

1

,

2

1

2 a 

1

 

 0, 0, 0;       0, 

2

1

,

2

1

 

hkl:        k+l=2n 

   

Symmetry 

of 

special 

projections 

 

(001) pgm; a’=a, b’=b 

(100) pgg; b’=b, c’=c 

(010) p2; c’=c/2, a’=a 

 

 

Przykład:  

Bromowodorek 1-(4-nitrophenylo)-2-aminoimidazoliny:

*

 

 

 

 

Rzut standardowy (na płaszczyznę XY) 

Rzut niestandardowy (na płaszczyznę XZ) 

                                                 

*

 Dla uproszczenia na rysunkach nie pokazano wiązań wodorowych. Struktura wykonana w Pracowni Krystalochemii na 

Wydziale Chemii U.W. w ramach pracy magisterskiej Michała Dobrowolskiego.