Wetenschappers vergroten het begrip van kristalsystemen in de kristallografie

Kristallen, de belichaming van orde en schoonheid in de natuur, worden gekenmerkt door de zeer regelmatige rangschikking van hun atomen, ionen of moleculen.Deze precieze ordening geeft niet alleen de kristallen hun unieke uiterlijk, maar bepaalt ook hun fysische en chemische eigenschappenDe diversiteit van kristallen overtreft echter onze verbeelding en kristallografie is een gebied geworden om deze uiteenlopende structuren beter te begrijpen en te bestuderen.het concept van kristallen systemen dient als een cruciaal classificatiekader, waarbij kristallen met vergelijkbare symmetrie-eigenschappen worden gegroepeerd om de intrinsieke relatie tussen hun structuur en kenmerken te onthullen.

In de kristallografie is eenkristalstelselis een verzameling vanpuntgroepenEen puntgroep beschrijft de verzameling symmetrieoperaties zoals rotatie, reflectie,of omkering die een kristal onveranderd laat wanneer het rond een vast punt in de ruimte wordt uitgevoerdEenvoudig gezegd, als een kristal een bepaalde symmetrie vertoont, behoort het tot het overeenkomstige kristalstelsel.

Het concept van de "kristallen" is nauw verbonden met de "kristallen"roostersystemen, die verwijzen naar collecties vanmet een gewicht van niet meer dan 20 g/m2Bravais-roosters zijn oneindige, discrete arrays van punten in de ruimte die specifieke translatiesymmetrie vertonen.

RuimtegroepenBeschrijf de volledige symmetrie van een kristal in de ruimte, inclusief zowel translatiesymmetrie als puntgroepsymmetrie.De classificatie van ruimtegroepen is afhankelijk van hun puntgroep (die wordt geassocieerd met een kristallen systeem) en hun Bravais-raster (die wordt geassocieerd met een rasterstelsel).

Om de klassificatie van kristallen verder te vereenvoudigen, introduceert kristallografie het concept vankristallenfamiliesEen kristallenfamilie is een bredere classificatie-eenheid die wordt gevormd door het samenvoegen van kristalsystemen die hetzelfde roostersysteem delen.als de ruimtegroepen van verschillende kristalstelsels allemaal overeenkomen met hetzelfde roosterstelsel, zijn deze kristalsystemen gegroepeerd in een enkele kristallenfamilie.

In de driedimensionale ruimte zijn er zeven verschillende kristallen systemen:

• Triclinic Crystal System:Dit systeem heeft de laagste symmetrie, met eenheidscelassen van ongelijke lengtes en hoeken die allemaal verschillen van 90°.
• Monokliniek kristal systeem:De eenheidscel heeft twee loodrechte assen, maar de derde as is niet loodrecht op de andere twee.
• Ortorhombisch kristalsysteem:Alle drie de assen zijn loodrecht op elkaar, maar hebben ongelijke lengtes.
• Tetragonaal kristal systeem:De drie assen zijn loodrecht, met twee assen van gelijke lengte en de derde as van een andere lengte.
• Trigonaal kristal systeem:Met een drievoudige rotatieas, waarbij alle drie de assen van gelijke lengte en gelijke hoeken zijn die niet 90° zijn.
• Hexagonaal kristal systeem:Heeft een zesvoudige rotatieas, met twee assen van gelijke lengte en een hoek van 120° tussen hen, terwijl de derde as loodrecht op de andere twee is.
• Kubisch kristalsysteem:Het hoogste symmetrische systeem, met drie loodrechte assen van gelijke lengte.

Merk op dat de trigonale en hexagonale kristallen systemen worden samengevoegd in de hexagonale kristallen familie vanwege hun gedeelde drievoudige rotatie symmetrie en correspondentie met het hexagonale rooster systeem.

Kristalsystemen, roostersystemen en kristallenfamilies vertegenwoordigen drie hiërarchische niveaus van kristallenclassificatie:

• Gittersystemende translatiesymmetrie van kristallenstructuren weergeven en de periodiciteit van atoomarrangementen beschrijven.
• Kristalsystemenweerspiegelen de puntgroepsymmetrie van kristalstructuren, die hun vermogen om symmetrieoperaties rond een vast punt in de ruimte te ondergaan beschrijft.
• Crystal familieszijn bredere classificaties die kristalsystemen samenvoegen die hetzelfde roostersysteem delen.

In de meeste gevallen hebben kristallen systemen en roostersystemen een één-op-één-correspondentie.omdat beide overeenkomen met het hexagonale roosterstelsel en dus samengevoegd zijn in de hexagonale kristallenfamilie.

Naast kristalsystemen beschrijven andere concepten kristalsymmetrie:

• Centrosymmetrie:Een kristalstructuur is centrosymmetrisch als elk atoom een symmetrisch tegenhanger heeft rond een centraal punt.
• Chiraliteit:Chirale kristallen kunnen niet op hun spiegelbeeld worden geplaatst.
• Polariteit:Een polair kristal heeft een richting (polaire as) waarbij de fysieke of geometrische eigenschappen verschillen van de tegenovergestelde richting.Polarkristallen vertonen piezo- of pyro-elektrische effecten en bestaan alleen in niet-centrosymmetrische structuren.
• Enantiomorfe ruimtegroepen:In de 3D-ruimte bestaan 65 dergelijke groepen, vaak relevant voor biologische macromoleculen zoals eiwitten.

met een gewicht van niet meer dan 20 g/m2De basis van de crystallografie is de translatiesymmetrie van kristalstructuren. Ze bestaan uit oneindige, discrete arrays waar elk punt een identieke omgeving heeft.Bravais-roosters worden gedefinieerd doorbasisvectoren, die alle rasterpunten genereren door middel van gehele getallencombinaties.

In de 3D-ruimte bestaan er 14 Bravais-roosters, ingedeeld in zeven roostsystemen:

• Triclinic Lattice:De laagste symmetrie; assen van ongelijke lengtes en hoeken die niet 90° zijn.
• Monoklinisch rooster:Twee rechthoekige assen; derde as niet-rechthoekig. Twee Bravais-roosters (primitieve en basis-gecentreerde).
• Orthorombisch raster:Drie loodrechte assen van ongelijke lengtes, vier Bravais-roosters (primitieve, basis-gericht, lichaam-gericht, gezicht-gericht).
• Tetragonale rooster:Drie loodrechte assen, twee gelijke lengtes, één ongelijk, twee Bravais-roosters.
• Romboëdraal rooster:Drie axes van gelijke lengte met gelijke hoeken, niet 90°.
• met een breedte van niet meer dan 20 mmTwee axes van gelijke lengte op 120°, derde loodrecht, één Bravais-rooster.
• Koepelrooster:Drie rechthoekige assen van gelijke lengte.

• 2D-ruimte:Vier kristallen systemen: scheef, rechthoekig, vierkant en zeshoekig, elk overeenkomend met een roosterstelsel.
• 4D-ruimte:Er bestaan 23 kristallenfamilies, met complexe classificaties op basis van vier assen en zes interaxiale hoeken.

Kristalsystemen zijn een hoeksteen van de kristallografie, waardoor kristallen kunnen worden geclassificeerd op basis van symmetrie en de verbinding tussen structuur en eigenschappen wordt verhelderd.,Met de ontwikkeling van de methode voor het bepalen van de symmetrie van het rasterstelsel en de bijbehorende symmetrieconcepten, krijgen onderzoekers een dieper inzicht in het gedrag en de toepassingen van kristallijne materialen.