과학자 들 이 결정학 에서 결정 체계 에 대한 이해 를 발전 시킨다

자연의 질서와 아름다움을 구현하는 결정체는 원자, 이온 또는 분자가 매우 규칙적으로 배열되어 있는 것이 특징입니다. 이 정확한 조직은 결정에 독특한 외관을 부여할 뿐만 아니라 물리적, 화학적 특성도 결정합니다. 그러나 결정의 다양성은 우리의 상상을 훨씬 뛰어넘으며, 결정학은 이러한 다양한 구조를 더 잘 이해하고 연구할 수 있는 분야로 등장했습니다. 결정학 내에서 결정 시스템의 개념은 유사한 대칭 특성을 가진 결정을 그룹화하여 구조와 특성 사이의 본질적인 관계를 밝히는 중요한 분류 체계 역할을 합니다.

결정학에서는크리스탈 시스템의 모음입니다점 그룹특정 대칭 특성을 공유합니다. 점 그룹은 공간의 고정된 점 주위에서 수행될 때 수정을 변경하지 않고 유지하는 회전, 반사 또는 반전과 같은 일련의 대칭 작업을 설명합니다. 간단히 말해서, 결정이 특정한 대칭을 나타내면 해당 결정 시스템에 속합니다.

크리스탈 시스템과 밀접하게 관련된 개념은 다음과 같습니다.격자 시스템, 이는 다음의 컬렉션을 나타냅니다.브라베 격자. 브라베 격자(Bravais lattice)는 특정 병진 대칭을 나타내는 공간 내 점의 무한하고 이산적인 배열입니다. 격자 시스템은 대칭 특성에 따라 분류됩니다.

공간 그룹병진 대칭과 점군 대칭을 모두 포함하여 공간에서 결정의 완전한 대칭을 설명합니다. 공간 그룹의 분류는 점 그룹(결정 시스템과 연결)과 Bravais 격자(격자 시스템과 연결)에 따라 달라집니다.

결정 분류를 더욱 단순화하기 위해 결정학에서는 다음 개념을 도입합니다.크리스탈 가족. 결정군은 동일한 격자 시스템을 공유하는 결정 시스템을 병합하여 형성된 더 넓은 분류 단위입니다. 즉, 여러 결정계의 공간군이 모두 동일한 격자계에 해당하는 경우, 이들 결정계는 단일 결정군으로 그룹화됩니다.

3차원 공간에는 7개의 뚜렷한 결정 시스템이 있습니다.

• Triclinic 크리스탈 시스템:이 시스템은 길이가 다르고 각도가 모두 90°와 다른 단위 셀 축을 사용하여 대칭성이 가장 낮습니다.
• 단사정계 크리스탈 시스템:단위 셀에는 두 개의 수직 축이 있지만 세 번째 축은 다른 두 축에 수직이 아닙니다. 축의 길이는 서로 다르며 두 각도는 90°이고 다른 각도는 90°입니다.
• 사방정계 크리스탈 시스템:세 축은 모두 서로 수직이지만 길이가 다릅니다.
• 정방형 크리스탈 시스템:세 개의 축은 수직이며 두 개의 축은 길이가 같고 세 번째 축은 길이가 다릅니다.
• 삼각 크리스탈 시스템:3개의 축이 모두 길이가 같고 각도가 90°가 아닌 3중 회전축이 특징입니다.
• 육각형 크리스탈 시스템:길이가 같고 두 축 사이의 각도가 120°인 6중 회전 축이 있으며 세 번째 축은 다른 두 축에 수직입니다.
• 큐빅 크리스탈 시스템:동일한 길이의 세 개의 수직 축을 갖는 가장 높은 대칭 시스템입니다.

삼각 및 육각형 결정 시스템은 공유된 삼중 회전 대칭 및 육각 격자 시스템과의 대응으로 인해 육각형 결정 계열로 병합됩니다.

결정 시스템, 격자 시스템 및 결정군은 결정 분류의 세 가지 계층적 수준을 나타냅니다.

• 격자 시스템결정 구조의 병진 대칭을 반영하여 원자 배열의 주기성을 설명합니다.
• 크리스탈 시스템결정 구조의 점군 대칭성을 반영하여 공간의 고정된 지점 주위에서 대칭 작업을 수행하는 능력을 설명합니다.
• 크리스탈 가족동일한 격자 시스템을 공유하는 결정 시스템을 병합하는 더 넓은 분류입니다.

대부분의 경우 결정 시스템과 격자 시스템은 일대일 대응을 갖습니다. 그러나 삼각형 및 육각형 결정 시스템은 예외입니다. 둘 다 육각형 격자 시스템에 해당하므로 육각형 결정 계열로 병합됩니다.

크리스탈 시스템 외에도 다른 개념이 크리스탈 대칭을 설명합니다.

• 중심대칭:모든 원자가 중심점을 중심으로 대칭 대응물을 갖는 경우 결정 구조는 중심대칭입니다. 중심대칭이 아닌 구조에는 이러한 특성이 없습니다.
• 키랄성:키랄 결정은 거울 이미지에 겹쳐질 수 없습니다. 이러한 구조는 종종 아미노산이나 당과 같은 키랄 분자로 구성됩니다.
• 극성:극성 결정은 물리적 또는 기하학적 특성이 반대 방향과 다른 방향(극축)을 갖습니다. 극성 결정은 압전 또는 초전 효과를 나타내며 중심대칭이 아닌 구조로만 존재합니다.
• 거울상 공간 그룹:이러한 공간 그룹은 거울 대칭이 부족하고 키랄 결정 구조를 설명합니다. 3D 공간에는 65개의 이러한 그룹이 존재하며, 종종 단백질과 같은 생물학적 거대분자와 관련이 있습니다.

브라베 격자결정 구조의 병진 대칭을 설명하는 결정학의 기본입니다. 이는 모든 지점이 동일한 환경을 갖는 무한한 개별 배열로 구성됩니다. Bravais 격자는 다음과 같이 정의됩니다.기본 벡터, 정수 조합을 통해 모든 격자 점을 생성합니다.

3D 공간에는 14개의 Bravais 격자가 존재하며 7개의 격자 시스템으로 분류됩니다.

• 삼사정 격자:가장 낮은 대칭; 길이가 다르고 각도가 90°가 아닌 축. 단 하나의 Bravais 격자(원시).
• 단사정계 격자:두 개의 수직 축; 세 번째 축은 수직이 아닙니다. 두 개의 Bravais 격자(기본 및 기본 중심).
• 사방정계 격자:길이가 다른 세 개의 수직 축. 4개의 브라베 격자(원시, 밑면 중심, 몸체 중심, 면 중심).
• 정방형 격자:세 개의 수직 축; 두 개의 동일한 길이, 하나는 동일하지 않습니다. 두 개의 Bravais 격자(원시 및 신체 중심).
• 능면체 격자:90°가 아닌 각도가 동일한 3개의 동일한 길이 축. 하나의 Bravais 격자.
• 육각형 격자:120°에서 동일한 길이의 축 2개; 세 번째 수직축. 하나의 Bravais 격자.
• 입방 격자:길이가 같은 세 개의 수직 축. 3개의 Bravais 격자(원시, 몸체 중심, 면 중심).

• 2D 공간:네 가지 결정 시스템(사선형, 직사각형, 정사각형, 육각형)은 각각 격자 시스템에 해당합니다.
• 4D 공간:4개의 축과 6개의 축간 각도를 기반으로 복잡한 분류를 갖춘 23개의 결정군이 존재합니다. 일부 시스템은 겹쳐질 수 없는 거울 이미지를 반영하는 키랄 시스템입니다.

결정 시스템은 결정학의 초석으로, 대칭에 따라 결정을 분류하고 구조와 특성 간의 연결을 밝힙니다. 결정 시스템, 격자 시스템 및 관련 대칭 개념을 연구함으로써 연구자들은 결정 물질의 동작과 응용에 대한 더 깊은 통찰력을 얻습니다.