Singonía

Syngony (del griego σύν “según, junto, junto a” + γωνία “ángulo”; lit. “similitud”) es una clasificación de grupos de simetría cristalográfica , cristales y redes cristalinas según el sistema de coordenadas ( marco de coordenadas ); los grupos de simetría con un solo sistema de coordenadas se combinan en una singonía. Los cristales que pertenecen a la misma singonía tienen esquinas y bordes similares de celdas unitarias .

Un sistema cristalino  es una clasificación de cristales y grupos cristalográficos basada en un conjunto de elementos de simetría que describen un cristal y pertenecen a un grupo cristalográfico.

Sistema de celosía  : clasificación de las redes cristalinas según su simetría .

Existe una confusión en la literatura de los tres conceptos: singonía [1] , sistema cristalino [2] y sistema de celosía [3] , que a menudo se usan como sinónimos .

En la literatura en idioma ruso, el término "sistema de celosía" aún no se usa. Habitualmente los autores confunden este concepto con un sistema cristalino. En el libro "Fundamentals of Crystallography" [4] , los autores utilizan el término "Lattice syngony" (" Según la simetría de los nodos, las redes espaciales se pueden dividir en siete categorías llamadas singonías de celosía "). Los mismos autores denominan sistemas de singonías (“ La clasificación más establecida de los grupos es su división en seis sistemas basados ​​en la simetría de los complejos de caras ”).

Singonía

Históricamente, la primera clasificación de los cristales fue la división en singonías, según el sistema de coordenadas cristalográficas. Se eligieron como ejes de coordenadas los ejes de simetría del cristal y, en su defecto, las aristas del cristal. A la luz del conocimiento moderno sobre la estructura de los cristales, tales direcciones corresponden a las traslaciones de la red cristalina , y las traslaciones de la celda de Bravais en la configuración estándar se eligen como sistema de coordenadas . Dependiendo de la relación entre las longitudes de estas traslaciones y los ángulos entre ellas , se distinguen seis singonías diferentes , que se dividen en tres categorías según el número de traslaciones de igual longitud [5] :

Sistema de Cristal

La división en sistemas cristalinos se realiza en función del conjunto de elementos de simetría que describen el cristal . Tal división conduce a siete sistemas cristalinos, dos de los cuales, trigonal (con un eje de tercer orden) y hexagonal (con un eje de sexto orden), tienen la misma forma de celda unitaria y, por lo tanto, pertenecen a uno, hexagonal, singonía A veces se dice que la singonía hexagonal se subdivide en dos subsigonias [6] o hiposigonias. [7]

Los sistemas de cristal también se dividen en tres categorías, según el número de ejes de orden superior (ejes por encima del segundo orden).

Posibles sistemas cristalinos en el espacio tridimensional con elementos de simetría que los definen, es decir, elementos de simetría, cuya presencia es necesaria para atribuir un cristal o grupo puntual a un sistema cristalino específico:

El sistema cristalino de un grupo espacial está determinado por el sistema de su correspondiente grupo puntual. Por ejemplo, los grupos Pbca, Cmcm, Immm, Fddd ( clase mmm) pertenecen al sistema rómbico.

La definición moderna de un sistema cristalino (aplicable no solo a grupos tridimensionales ordinarios, sino también a espacios de cualquier dimensión) se refiere a grupos puntuales (y grupos espaciales derivados de ellos) a un sistema cristalino si estos grupos se pueden combinar con el mismo Tipos de celosías de Bravais. Por ejemplo, los grupos mm2 y 222 pertenecen ambos al sistema rómbico, ya que para cada uno de ellos existen grupos espaciales con todo tipo de redes rómbicas (Pmm2, Cmm2, Imm2, Fmm2 y P222, C222, I222, F222), mientras que los grupos 32 y 6 no pertenecen al mismo sistema cristalino, ya que para el grupo 32 se permiten celdas hexagonales primitivas y bicentradas (grupos P321 y R32), y el grupo 6 se combina solo con una celda hexagonal primitiva (hay un grupo P 6 , pero no hay R 6 ).

Sistema de celosía

Describe los tipos de redes cristalinas. En resumen: las redes son del mismo tipo si sus grupos de simetría puntual (al considerar las redes como objetos geométricos) son iguales. Estos grupos de puntos que describen la simetría de la red se denominan holoedros . [ocho]

En total, hay siete sistemas de redes que, de manera similar a las clasificaciones anteriores (singonia y sistema cristalino), se dividen en tres categorías.

El sistema de celosía romboédrica no debe confundirse con el sistema cristalino trigonal. Los cristales del sistema reticular romboédrico siempre pertenecen al sistema cristalino trigonal, pero los cristales trigonales pueden pertenecer tanto a sistemas reticulares romboédricos como hexagonales. Por ejemplo, los grupos R 3 y P321 (ambos del sistema cristalino trigonal) pertenecen a diferentes sistemas reticulares (romboédrico y hexagonal, respectivamente).

Definición general aplicable a espacios de cualquier dimensión - Las celosías son del mismo tipo si se combinan con los mismos grupos de puntos. Por ejemplo, todas las redes rómbicas (rómbica P, rómbica C, rómbica I y rómbica F) son del mismo tipo, ya que se combinan con los grupos puntuales 222, mm2 y mmm para formar grupos espaciales P222, Pmm2, Pmmm; C222, Cmm2, Cmmm; I222, mm2, mmm; F222, Fmm2, Fmmm. A su vez, las celdas del sistema hexagonal (primitivo P y R bicentrado) corresponden a diferentes sistemas reticulares: ambos se combinan con los grupos puntuales del sistema cristalino trigonal, pero solo la celda primitiva se combina con los grupos del sistema hexagonal (hay grupos P6, P 6 , P6/m, P622, P6mm, P 6 m2, P6/mmm, pero no hay grupos R6, R 6 , R6/m, R622, R6mm, R 6 m2, R6 /mmm).

La conexión entre syngony, crystal system y lattice system en el espacio tridimensional se da en la siguiente tabla:

Singonía sistema de cristal Grupos de puntos Número de grupos espaciales celosía valiente [9] Sistema de celosía Holoedria
triclínica 1, 1 2 AP triclínica una
monoclínico 2, m, 2/m 13 mP, mS monoclínico 2/m
Rómbico 222, mm2, mmm 59 oP, oS, oI, de Rómbico mmm
tetragonal 4, 4 , 422, 4 mm, 42 m , 4/m, 4/mmm 68 tP, tI tetragonal 4/mmm
Hexagonal trigonal 3, 3 , 32, 3m , 3m 7 hora romboédrico 3 metros
Dieciocho caballos de fuerza Hexagonal 6/mmm
Hexagonal 6, 6 , 622, 6mm, 6m2 , 6/m, 6/mmm 27
cúbico 23, m 3 , 4 3 m, 432, m 3 m 36 cP, CI, CF cúbico metro 3 metro
totales: 6 7 32 230 catorce 7

Una descripción general de los grupos de puntos

sistema de cristal grupo de puntos / clase de simetría símbolo de moscas schön símbolo internacional símbolo de Shubnikov Tipo de
triclínica monoédrico C1 _ enantiomórfico polar
pinacoidal yo _ centrosimétrico
monoclínico diédrico axial C2 _ enantiomórfico polar
diédrico sin eje (domático) cs_ _ polar
prismático C 2h centrosimétrico
Rómbico rombo-tetraédrico D2 _ enantiomórfico
rombo- piramidal C 2v polar
rombo-bipiramidal D2h _ centrosimétrico
tetragonal tetragonal-piramidal C4 _ enantiomórfico polar
tetragonal-tetraédrico S4 _
bipiramidal tetragonal C4h _ centrosimétrico
tetragonal-trapezoédrico D4 _ enantiomórfico
ditragonal-piramidal C4v _ polar
tetragonal-escalenoédrico D2d _ o
ditragonal-bipiramidal D4h _ centrosimétrico
trigonal trigonal-piramidal C3 _ enantiomórfico polar
romboédrico S 6 (C 3i ) centrosimétrico
trigonal-trapezoédrico D3 _ o o enantiomórfico
ditrigonal-piramidal C 3v o o polar
ditrigonal-escalenoédrico D3d _ o o centrosimétrico
Hexagonal hexagonal-piramidal C6 _ enantiomórfico polar
bipiramidal trigonal C 3h
bipiramidal hexagonal C6h _ centrosimétrico
hexagonal-trapezoédrico D6 _ enantiomórfico
dihexagonal-piramidal C6v _ polar
ditrigonal-bipiramidal D3h _ o
dihexagonal-bipiramidal D6h _ centrosimétrico
cúbico tritetraédrico T enantiomórfico
didodecaédrico jue _ centrosimétrico
hexatetraédrico Td _
trioctaédrico O enantiomórfico
hexoctaédrico oh _ centrosimétrico

Clasificación de celosía

Singonía Tipo de centrado de celda valiente
primitivo centrado
en la base

centrado en el cuerpo
cara
centrada
doblemente centrado en
el cuerpo
Triclínico
( paralelepípedo )
Monoclínico
( prisma con un paralelogramo en la base)
Rómbico
( paralelepípedo rectangular )
Tetragonal
( paralelepípedo rectangular con un cuadrado en la base)
Hexagonal
( prisma con base de un hexágono regular centrado)
Trigonal ( paralelepípedo
equilátero - romboedro )
cúbico
( cubo )

Historia

La primera clasificación geométrica de los cristales fue dada de forma independiente por Christian Weiss y Friedrich Moos a principios del siglo XIX. Ambos científicos clasificaron los cristales según la simetría de su forma exterior (corte). En este caso, Weiss introduce el concepto de eje cristalográfico (eje de simetría). Según Weiss, "El eje es una línea que domina toda la figura del cristal, ya que todas las partes a su alrededor están ubicadas de manera similar y en relación con él se corresponden mutuamente" [13] . En su obra “Una representación visual de las divisiones naturales de los sistemas de cristalización”, Weiss clasificó los cristales por la presencia de ejes en cuatro grandes secciones de formas cristalinas, “sistemas de cristalización”, correspondientes al concepto moderno de singonía [14] . Los nombres modernos se dan entre paréntesis.

Para las singonías monoclínicas y triclínicas, Weiss utilizó un sistema de coordenadas rectangulares (los sistemas de coordenadas cristalográficas modernos para estas singonías son oblicuos).

Casi al mismo tiempo, Friedrich Moos desarrolló el concepto de sistemas cristalinos [15] . Cada sistema se caracteriza por la "forma básica" más simple de caras, de la que se pueden derivar todas las demás formas de este sistema. Así Mohs obtuvo los siguientes cuatro sistemas:

En ambas clasificaciones, Weiss y Moos identifican solo cuatro sistemas, aunque se enumeran las seis singonías, consideran solo las singonías monoclínicas y triclínicas como subsistemas del sistema rómbico. Según su propia declaración, Moos desarrolló este concepto en 1812-14, que fue objeto de una disputa con Weiss sobre la prioridad del descubrimiento de sistemas cristalinos. A diferencia de Weiss, Moos señaló la necesidad de un sistema de eje oblicuo para cristales monoclínicos y triclínicos.

Los sistemas de ángulo oblicuo fueron finalmente desarrollados e introducidos en la cristalografía por su alumno Carl Friedrich Naumann . Naumann basó su clasificación en los ejes cristalográficos y los ángulos entre ellos, distinguiendo así por primera vez las seis singonías [16] [17] . Curiosamente, ya en 1830, Naumann utiliza los nombres de singonías que son idénticas o cercanas a las modernas (los nombres tetragonal , hexagonal y rómbico fueron propuestos originalmente por Breithaupt).

Dado que en ese momento la teoría de la simetría solo se estaba desarrollando, apareció un sistema diclinoédrico (diclínico) inusual en la lista de sistemas. Tal sistema cristalino es en principio imposible en el espacio tridimensional, ya que la presencia de un eje de simetría siempre garantiza la presencia de traslaciones perpendiculares al eje, que se eligen como ejes de coordenadas. El sistema diclínico existió en cristalografía durante aproximadamente medio siglo (aunque ya en 1856 Dufrenois demostró que éste era sólo un caso especial del sistema triclínico). En 1880, Dana , en su famoso libro "The System of Mineralogy" [18] , menciona el "llamado sistema diclínico", pero al mismo tiempo señala que no se conoce ni un solo cristal natural o artificial perteneciente a este sistema, y que, además, se ha probado matemáticamente que sólo existen seis sistemas cristalinos. El mismo Naumann creyó en la singonía diclínica hasta el final de su vida, y en la novena edición de Fundamentals of Mineralogy [19] , publicada póstumamente en 1874, esta singonía todavía está en la lista, aunque Naumann señala que este sistema se encuentra solo en algunas sales artificiales, y no lo considera más.

Nombres de singonías cristalográficas entre los autores del siglo XIX

Autor cúbico tetragonal Hexagonal Rómbico monoclínico triclínica
Weiss Correcto, esférico, esférico, esferonómico, equiaxial, equinoccio Cuatro miembros, dos y un eje De seis miembros, de tres y un eje Dos y dos miembros, uno y un eje Dos y un solo miembro Uno y un término
mugidos Tesular, Teselar Piramidal romboédrico Prismático, Ortotípico hemiprismático, hemiortotípico Tetartoprismático, Anortotipo
Breithaupt tetragonal Hexagonal Rómbico hemirómbico tetrarrómbico
Nauman tesero tetragonal Hexagonal Rómbico, Anisométrico monoclinoédrico, clinorrómbico Triclinoédrico, Triclinométrico
Gausman isométrica monodimétrico Monotrimétrico trimétrica, ortorrómbica clinorrómbico, ortorromboidal clinoromboides
molinero 1839 Octaédrico Piramidal romboédrico Prismático prismático oblicuo Doble-oblicua-prismática
gadolín correcto Cuadrado Hexagonal Rómbico monoclinoédrico triclinoédrico
Otros autores Tetraédrico (Bedan), Cúbico (Duprenois) dimétrico Binario (Quenstedt) Monoclinométrica (Frankenheim),
Augita (Haidinger)
Triclínico (Frankenheim),
Anórtico (Haidinger)

Por primera vez, la división en siete sistemas cristalográficos se da en 1850 en la obra de Auguste Bravais "Memorias sobre los sistemas de puntos regularmente distribuidos en un plano o en el espacio" [20] . De hecho, esta es la primera división basada en elementos de simetría, y no en sistemas de coordenadas. Por tanto, todas las clasificaciones anteriores corresponden a la definición actual de singonía, mientras que la clasificación de Bravais es una clasificación según sistemas cristalinos (en sentido estricto, sistemas reticulares).

Bravais divide las redes según su simetría en 7 sistemas (clases de conjunto).

Al mismo tiempo, el propio Bravais señala que incluso Hayuy dividió las redes del sistema hexagonal (según la clasificación de Naumann) "en cristales generados por un prisma hexagonal regular y cristales generados por un núcleo romboédrico".

Clasificación de grupos en espacios multidimensionales

En la segunda mitad del siglo XX se estudiaron y clasificaron grupos cristalográficos en espacios de cuatro, cinco y seis dimensiones. A medida que aumenta la dimensión, el número de grupos y clases aumenta significativamente [21] . El número de pares enantiomórficos se da entre paréntesis.

Dimensión del espacio: una 2 3 cuatro 5 6
Número de singonías una cuatro 6 23 (+6) 32 91
Número de sistemas de red una cuatro 7 33 (+7) 57 220
Número de sistemas de cristal una cuatro 7 33 (+7) 59 251
Número de rejillas de Bravais una 5 catorce 64 (+10) 189 841
Número de grupos de puntos 2 diez 32 227 (+44) 955 7103
Número de grupos espaciales 2 17 219 (+11) 4783 (+111) 222018 (+79) 28927915 (+?) [22]

En el espacio de cuatro dimensiones, una celda unitaria se define por cuatro lados ( ) y seis ángulos entre ellos ( ). Las siguientes relaciones entre ellos definen 23 singonías:

  1. Hexaclina:
  2. Triclínico:
  3. Diklinnaya:
  4. Monoclínico:
  5. Ortogonal:
  6. Monoclínico tetragonal:
  7. Monoclínico hexagonal:
  8. Diclínica ditetragonal:
  9. diclínica ditrigonal:
  10. Ortogonal tetragonal:
  11. Hexagonal ortogonal:
  12. Monoclínico ditetragonal:
  13. Monoclínico ditrigonal:
  14. Ditetragonal ortogonal:
  15. Hexagonal tetragonal:
  16. Dihexagonal ortogonal:
  17. Ortogonal cúbica:
  18. Octagonal:
  19. Decagonal:
  20. dodecagonal:
  21. Di-isohexagonal ortogonal:
  22. Icosagonal:
  23. Hipercúbico:

La conexión entre singonía, sistema cristalino y sistema de celosía en el espacio de cuatro dimensiones se da en la siguiente tabla [23] [24] . Los asteriscos marcan los sistemas enantiomórficos. El número de grupos enantiomórficos (o redes) se da entre paréntesis.


Número de sintonía
Singonía sistema de cristal Número
de sistema
Número de grupos de puntos Número de grupos espaciales Número de rejillas de Bravais Sistema de celosía
yo hexaclina una 2 2 una Hexaclina P
II triclínica 2 3 13 2 Triclínico P, S
tercero Diklinnaya 3 2 12 3 Diclínica P, S, D
IV monoclínico cuatro cuatro 207 6 Monoclínico P, S, S, I, D, F
V ortogonal sin eje ortogonal 5 2 2 una KU ortogonal
112 ocho P, S, I, Z, D, F, G, U ortogonales
Ortogonal axial 6 3 887
VI Monoclínico tetragonal 7 7 88 2 Monoclínico tetragonal P, I
VII Monoclínico hexagonal Monoclínico trigonal ocho 5 9 una Monoclínico hexagonal R
quince una Monoclínico hexagonal P
Monoclínico hexagonal 9 7 25
viii diclínico ditetragonal* diez 1 (+1) 1 (+1) 1 (+1) Diclínica ditetragonal P*
IX diclínica ditrigonal* once 2 (+2) 2 (+2) 1 (+1) Diclínica ditrigonal P*
X ortogonal tetragonal ortogonal tetragonal invertida 12 5 7 una KG ortogonal tetragonal
351 5 Tetragonal ortogonal P, S, I, Z, G
Rotatorio tetragonal ortogonal 13 diez 1312
XI ortogonal hexagonal trigonal ortogonal catorce diez 81 2 Hexagonal ortogonal R, RS
150 2 Hexagonal ortogonal P, S
ortogonal hexagonal quince 12 240
XII Monoclínico ditetragonal* dieciséis 1 (+1) 6 (+6) 3 (+3) Ditetragonal monoclínica P*, S*, D*
XIII Monoclínico ditrigonal* 17 2 (+2) 5 (+5) 2 (+2) Monoclínico ditrigonal P*, RR*
XIV ditetragonal ortogonal Cripto-ditragonal ortogonal Dieciocho 5 diez una Ditetragonal ortogonal D
165 (+2) 2 Ditetragonal ortogonal P, Z
ditetragonal ortogonal 19 6 127
XV tetragonal hexagonal veinte 22 108 una P hexagonal tetragonal
XVI dihexagonal ortogonal Cripto-ditrigonal ortogonal* 21 4 (+4) 5 (+5) 1 (+1) Dihexagonal ortogonal G*
5 (+5) una P ortogonal dihexagonal
dihexagonal ortogonal 23 once veinte
ditrigonal ortogonal 22 once 41
dieciséis una RR ortogonal dihexagonal
XVII cúbico ortogonal Ortogonal cúbica simple 24 5 9 una KU ortogonal cúbico
96 5 Cúbico ortogonal P, I, Z, F, U
Ortogonal cúbico complejo 25 once 366
XVIII Octagonal* 26 2 (+2) 3 (+3) 1 (+1) P octogonal*
XIX Decagonal 27 cuatro 5 una P decagonal
XX Dodecagonal* 28 2 (+2) 2 (+2) 1 (+1) Dodecagonal P*
XXI Di-isohexagonal ortogonal Ortogonal diisohexagonal simple 29 9 (+2) 19 (+5) una RR ortogonal di-isohexagonal
19 (+3) una P ortogonal diisohexagonal
Complejo di-isohexagonal ortogonal treinta 13 (+8) 15 (+9)
XXIII Icosagonal 31 7 veinte 2 Icosagonal P, SN
XXIII hipercúbico Hipercúbico octogonal 32 21 (+8) 73 (+15) una P hipercúbica
107 (+28) una Hipercúbico Z
Dodecagonal hipercúbica 33 16 (+12) 25 (+20)
Total: 23 (+6) 33 (+7) 227 (+44) 4783 (+111) 64 (+10) 33 (+7)

Véase también

Notas

  1. Familia Crystal - Diccionario en línea de cristalografía . Consultado el 22 de febrero de 2009. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2013.
  2. Sistema cristalino - Diccionario en línea de cristalografía . Consultado el 22 de febrero de 2009. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2013.
  3. Sistema de celosía - Diccionario en línea de cristalografía . Consultado el 29 de abril de 2013. Archivado desde el original el 29 de abril de 2013.
  4. Shubnikov A. V., Bokiy G. B., Flint E. E., Fundamentals of Crystallography, Editorial de la Academia de Ciencias de la URSS, 1940
  5. Zagalskaya Yu.G., Litvinskaya G.P., Egorov-Tismenko Yu.K. Cristalografía geométrica. - M. : Editorial de la Universidad de Moscú, 1986. - 168 p.
  6. "Yu.K. Egorov-Tismenko, G.P. Litvinskaya, Theory of Crystal Symmetry, GEOS, 2000. Capítulo III. Sistemas de coordenadas, categorías, singonías". . Consultado el 12 de enero de 2021. Archivado desde el original el 13 de enero de 2021.
  7. Fedorov E. S., Curso de cristalografía. ed. 3, 1901 en línea
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  13. CS Weiss De indagando formarum crystallinarum charactere geometrico principali dissertatio. Lipsiae [Leipzig] 1809
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  15. Friedrich Mohs : Grund-Riß der Mineralogie. Cola Erster. Terminologie, Systematik, Nomenklatur, Charakteristik. Dresde 1822
  16. Carl Friedrich Naumann , Lehrbuch der Mineralogie Mineralogie, 1828 en línea
  17. Carl Friedrich Naumann , Lehrbuch der reinen und angewandten Krystallographie, 1830 en línea
  18. Edward Salisbury Dana, James Dwight Dana, Un libro de texto de mineralogía, 1880 en línea
  19. Carl Friedrich Naumann, Elemente der mineralogie, 1874 en línea
  20. Bravais, A. (1850) Mémoire sur les systèmes formés par les points distribués régulièrement sur un plan ou dans l'espace. Diario de L'Ecole Polytechnique.
  21. B. Souvignier: "Enantiomorfismo de grupos cristalográficos en dimensiones superiores con resultados en dimensiones hasta 6". Acta Crystallographica Section A, vol.59, pp.210-220, 2003.
  22. La página de inicio de CARAT . Fecha de acceso: 5 de mayo de 2015. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. Parte de los cálculos de Souvignier (2003) para el espacio de seis dimensiones se basaron en una versión errónea del programa CARAT.
  23. EJW Whittaker, Un atlas de hiperestereogramas de las clases de cristales de cuatro dimensiones. Clarendon Press (Oxford Oxfordshire y Nueva York) 1985.
  24. H. Brown, R. Bülow, J. Neubüser, H. Wondratschek y H. Zassenhaus, Grupos cristalográficos del espacio de cuatro dimensiones. Wiley, Nueva York, 1978.

Enlaces