晶系

晶体通常可分为七种晶系，即立方晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。其中的立方晶系具有各向同性，属于高级晶族。

晶系的特征编辑

晶系的特征与细分关系如下表:

晶族	晶系	点群的对称性	点群	空间群	布拉菲晶格	特征	晶格系统
三斜		无	2	2	1	α≠β≠γ≠90°，a≠b≠c	三斜
单斜		1个两次对称轴或 1个对称面	3	13	2	α=γ=90°，β≠90°，a≠b≠c	单斜
正交/斜方		3个两次对称轴或 1个两次对称轴+2个对称面	3	59	4	α=β=γ=90°，a≠b≠c	正交/斜方
四方/正方		1个四次对称轴	7	68	2	α=β=γ=90°，a=b≠c	四方/正方
六方	三方	1个三次对称轴	5	7	1	α=β=γ≠90°，a=b=c	三方
	三方	1个三次对称轴	5	18	1	α=β=90°，γ=120°，a=b≠c	六方
	六方	1个六次对称轴	7	27	1	α=β=90°，γ=120°，a=b≠c	六方
立方/等轴		4个三次对称轴	5	36	3	α=β=γ=90°，a=b=c	立方/等轴
6	7	共计	32	230	14		7

布拉菲晶格编辑

这14种布拉菲晶格可分成7种晶系，每种晶系又可依中心原子在晶胞中的位置不同再分成6种晶格：

简单（P）：晶格点只在晶格的八个顶点处
体心（I）：除八个顶点处有晶格点外，晶胞中心还有一个晶格点
面心（F）：除八个顶点处有晶格点外，在六个面的中央还有一个晶格点
底心（A，B或C）：除八个顶点处有晶格点外，在晶胞的一组平行面（A，B或C）的每个面中央还有一个晶格点

7种不同晶系与每种晶系的6种不同晶格共有7 × 6 = 42种组合，但是有些组合其实是相同的，都能组成14种布拉菲晶格。例如，单斜晶系的体心晶格可以通过单斜晶系的底心（C）晶格选择不同的晶轴得到，所以这两种其实是同一种；同样，所有的底心（A）、底心（B）晶格都相当于底心（C）或简单（P）晶格。因此，去除相同的组合，可以得到14种不同的布拉菲晶格，列于下表（晶格图下方是代表该布拉菲晶格的皮尔逊符号，表中空白的格表示于已有的晶格重复）：

晶系	点阵常数特征	布拉菲晶格
晶系	点阵常数特征	简单（P）	底心（C）	体心（I）	面心（F）
三斜晶系	a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°
单斜晶系	a≠b≠c，α=γ=90°≠β
斜方晶系（正交晶系）	a≠b≠c，α=β=γ=90°
四方晶系	a=b≠c，α=β=γ=90°
三方晶系（棱方晶系）	a=b=c，α=β=γ≠90°
六方晶系	a=b≠c，α=β=90º，γ=120°
等轴晶系（立方晶系）	a=b=c，α=β=γ=90°

每一个单位晶格的体积可以由 $\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} \times \mathbf {c}$ 计算得知。其中 $\mathbf {a} ,\mathbf {b}$ ,和 $\mathbf {c}$ 是晶格向量。各种布拉菲晶格的体积如下：

晶系	体积
三斜晶系	$abc{\sqrt {1-\cos ^{2}\alpha -\cos ^{2}\beta -\cos ^{2}\gamma +2\cos \alpha \cos \beta \cos \gamma }}$
单斜晶系	$abc\sin \alpha$
斜方晶系	$abc$
四方晶系	$a^{2}c$
三方晶系	$a^{3}{\sqrt {1-3\cos ^{2}\alpha +2\cos ^{3}\alpha }}$
六方晶系	${\frac {{\sqrt {3\,}}\,a^{2}c}{2}}$
等轴晶系	$a^{3}$

晶体学点群编辑

熊夫利记号编辑

在熊夫利中，点群是用字母符号加上数字下标表示的。下面简述晶体学中使用的这种符号的意义^[1]：

C_n（循环群）表示该群有一根n次旋转轴。C_nh是C_n加上一个与旋转轴垂直的镜面（反映）对称元素。C_nv则是C_n加上n个与旋转轴平行的镜面对称元素。
S_2n（源自德语Spiegel，意思是镜面）表示一根只含有2n次旋转反映轴（简称映轴）。
D_n（二面体群）表示这个群只有一根n次旋转轴和n根垂直于这根主轴的二重轴。D_nh是加上一个与n次旋转轴垂直的镜面。D_nd则是D_n是加上n个与n次旋转轴平行的镜面。
字母T（四面体）表示这个群有四面体的对称性。T_d则包括了旋转反映操作，T群本身则不包含旋转反映操作，T_h则是T群加上与旋转轴垂直的镜面。
字母O（八面体）表示该群具有八面体或者立方体的对称性，可能包括（O_h）或不包括（O）旋转反映操作。

根据晶体局限定理，在二维或三维空间中n的取值只有1、2、3、4和6。

n	1	2	3	4	6
C_n	C₁	C₂	C₃	C₄	C₆
C_nv	C_1v=C_1h	C_2v	C_3v	C_4v	C_6v
C_nh	C_1h	C_2h	C_3h	C_4h	C_6h
D_n	D₁=C₂	D₂	D₃	D₄	D₆
D_nh	D_1h=C_2v	D_2h	D_3h	D_4h	D_6h
D_nd	D_1d=C_2h	D_2d	D_3d	D_4d	D_6d
S_2n	S₂	S₄	S₆	S₈	S₁₂

D_4d和D_6d实际上是不存在的，因为它们分别包含了n=8和12的旋转反映轴。表格中剩下的27种点群与T、T_d、T_h、O和O_h共同组成32种晶体学点群。

赫尔曼–莫甘记号编辑

赫尔曼–莫甘记号的一种简略形式广泛用于表示空间群，也用于描述晶体学点群。群的名称列在下表中；点群间相互之关系可见右图。

1	1
2		²⁄_m	222	m	mm2	mmm
3	3		32	3m	3m
4	4	⁴⁄_m	422	4mm	42m	⁴⁄_mmm
6	6	⁶⁄_m	622	6mm	62m	⁶⁄_mmm
23	m3	432	43m	m3m

不同记号关系编辑

晶族	晶系	赫尔曼–莫甘（完整记号）	赫尔曼–莫甘（简写记号）	舒勃尼科夫^[2]	熊夫利	轨形记号	考克斯特记号	阶
三斜		1	1	$1\$	C₁	11	[ ]⁺	1
三斜		1	1	${\tilde {2}}$	C_i = S₂	x	[2⁺,2⁺]	2
单斜		2	2	$2\$	C₂	22	[2]⁺	2
		m	m	$m\$	C_s = C_1h	*	[ ]	2
		$\color {Black}{\tfrac {2}{m}}$	2/m	$2:m\$	C_2h	2*	[2,2⁺]	4
正交		222	222	$2:2\$	D₂ = V	222	[2,2]⁺	4
		mm2	mm2	$2\cdot m\$	C_2v	*22	[2]	4
		$\color {Black}{\tfrac {2}{m}}{\tfrac {2}{m}}{\tfrac {2}{m}}$	mmm	$m\cdot 2:m\$	D_2h	*222	[2,2]	8
四方		4	4	$4\$	C₄	44	[4]⁺	4
		4	4	${\tilde {4}}$	S₄	2x	[2⁺,4⁺]	4
		$\color {Black}{\tfrac {4}{m}}$	4/m	$4:m\$	C_4h	4*	[2,4⁺]	8
		422	422	$4:2\$	D₄	422	[4,2]⁺	8
		4mm	4mm	$4\cdot m\$	C_4v	*44	[4]	8
		42m	42m	${\tilde {4}}\cdot m$	D_2d	2*2	[2⁺,4]	8
		$\color {Black}{\tfrac {4}{m}}{\tfrac {2}{m}}{\tfrac {2}{m}}$	4/mmm	$m\cdot 4:m\$	D_4h	*422	[4,2]	16
六方	三方	3	3	$3\$	C₃	33	[3]⁺	3
		3	3	${\tilde {6}}$	S₆ = C_3i	3x	[2⁺,6⁺]	6
		32	32	$3:2\$	D₃	322	[3,2]⁺	6
		3m	3m	$3\cdot m\$	C_3v	*33	[3]	6
		3 $\color {Black}{\tfrac {2}{m}}$	3m	${\tilde {6}}\cdot m$	D_3d	2*3	[2⁺,6]	12
	六方	6	6	$6\$	C₆	66	[6]⁺	6
		6	6	$3:m\$	C_3h	3*	[2,3⁺]	6
		$\color {Black}{\tfrac {6}{m}}$	6/m	$6:m\$	C_6h	6*	[2,6⁺]	12
		622	622	$6:2\$	D₆	622	[6,2]⁺	12
		6mm	6mm	$6\cdot m\$	C_6v	*66	[6]	12
		6m2	6m2	$m\cdot 3:m\$	D_3h	*322	[3,2]	12
		$\color {Black}{\tfrac {6}{m}}{\tfrac {2}{m}}{\tfrac {2}{m}}$	6/mmm	$m\cdot 6:m\$	D_6h	*622	[6,2]	24
立方		23	23	$3/2\$	T	332	[3,3]⁺	12
		$\color {Black}{\tfrac {2}{m}}$ 3	m3	${\tilde {6}}/2$	T_h	3*2	[3⁺,4]	24
		432	432	$3/4\$	O	432	[4,3]⁺	24
		43m	43m	$3/{\tilde {4}}$	T_d	*332	[3,3]	24
		$\color {Black}{\tfrac {4}{m}}$ 3 $\color {Black}{\tfrac {2}{m}}$	m3m	${\tilde {6}}/4$	O_h	*432	[4,3]	48

其它维度编辑

二维编辑

二维空间具有相同数量的晶系、晶族和晶格。在二维空间有四种晶系：斜晶系、矩晶系、方晶系、六方晶系。

四维编辑

‌四维晶胞由四个边长（a、b、c、d）和六个轴间角（α、β、γ、δ、ε、ζ）定义。以下晶格参数条件定义了23种晶系。

四维晶系
No.	晶系（1985年Whittaker命名^[3]）	边长	轴间角
1	Hexaclinic	a ≠ b ≠ c ≠ d	α ≠ β ≠ γ ≠ δ ≠ ε ≠ ζ ≠ 90°
2	Triclinic	a ≠ b ≠ c ≠ d	α ≠ β ≠ γ ≠ 90° δ = ε = ζ = 90°
3	Diclinic	a ≠ b ≠ c ≠ d	α ≠ 90° β = γ = δ = ε = 90° ζ ≠ 90°
4	Monoclinic	a ≠ b ≠ c ≠ d	α ≠ 90° β = γ = δ = ε = ζ = 90°
5	Orthogonal	a ≠ b ≠ c ≠ d	α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
6	Tetragonal monoclinic	a ≠ b = c ≠ d	α ≠ 90° β = γ = δ = ε = ζ = 90°
7	Hexagonal monoclinic	a ≠ b = c ≠ d	α ≠ 90° β = γ = δ = ε = 90° ζ = 120°
8	Ditetragonal diclinic	a = d ≠ b = c	α = ζ = 90° β = ε ≠ 90° γ ≠ 90° δ = 180° − γ
9	Ditrigonal (dihexagonal) diclinic	a = d ≠ b = c	α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° γ ≠ δ ≠ 90° cos δ = cos β − cos γ
10	Tetragonal orthogonal	a ≠ b = c ≠ d	α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
11	Hexagonal orthogonal	a ≠ b = c ≠ d	α = β = γ = δ = ε = 90°, ζ = 120°
12	Ditetragonal monoclinic	a = d ≠ b = c	α = γ = δ = ζ = 90° β = ε ≠ 90°
13	Ditrigonal (dihexagonal) monoclinic	a = d ≠ b = c	α = ζ = 120° β = ε ≠ 90° γ = δ ≠ 90° cos γ = −1/2cos β
14	Ditetragonal orthogonal	a = d ≠ b = c	α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
15	Hexagonal tetragonal	a = d ≠ b = c	α = β = γ = δ = ε = 90° ζ = 120°
16	Dihexagonal orthogonal	a = d ≠ b = c	α = ζ = 120° β = γ = δ = ε = 90°
17	Cubic orthogonal	a = b = c ≠ d	α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°
18	Octagonal	a = b = c = d	α = γ = ζ ≠ 90° β = ε = 90° δ = 180° − α
19	Decagonal	a = b = c = d	α = γ = ζ ≠ β = δ = ε cos β = −1/2 − cos α
20	Dodecagonal	a = b = c = d	α = ζ = 90° β = ε = 120° γ = δ ≠ 90°
21	Diisohexagonal orthogonal	a = b = c = d	α = ζ = 120° β = γ = δ = ε = 90°
22	Icosagonal (icosahedral)	a = b = c = d	α = β = γ = δ = ε = ζ cos α = −1/4
23	Hypercubic	a = b = c = d	α = β = γ = δ = ε = ζ = 90°

由1985年Whittaker命名^[3]。

名字几乎与Brown等人^[4]的命名相同，只有9、13、22名称不同。括号是他们命的名。

四维晶族、晶系、晶格系之间的关系如下表所示。^[3]^[4]

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Enantiomorphic systems are marked with an asterisk. The number of enantiomorphic pairs is given in parentheses. Here the term "enantiomorphic" has a different meaning than in the table for three-dimensional crystal classes. The latter means, that enantiomorphic point groups describe chiral (enantiomorphic) structures. In the current table, "enantiomorphic" means that a group itself (considered as a geometric object) is enantiomorphic, like enantiomorphic pairs of three-dimensional space groups P3₁ and P3₂, P4₁22 and P4₃22. Starting from four-dimensional space, point groups also can be enantiomorphic in this sense.

四维晶体系统
晶族序	晶族（英文）	晶系（英文）	晶系序	点群	空间群	布拉菲晶格	晶格
I	Hexaclinic		1	2	2	1	Hexaclinic P
II	Triclinic		2	3	13	2	Triclinic P, S
III	Diclinic		3	2	12	3	Diclinic P, S, D
IV	Monoclinic		4	4	207	6	Monoclinic P, S, S, I, D, F
V	Orthogonal	Non-axial orthogonal	5	2	2	1	Orthogonal KU
		Non-axial orthogonal	5	2	112	8	Orthogonal P, S, I, Z, D, F, G, U
		Axial orthogonal	6	3	887	8	Orthogonal P, S, I, Z, D, F, G, U
VI	Tetragonal monoclinic		7	7	88	2	Tetragonal monoclinic P, I
VII	Hexagonal monoclinic	Trigonal monoclinic	8	5	9	1	Hexagonal monoclinic R
		Trigonal monoclinic	8	5	15	1	Hexagonal monoclinic P
		Hexagonal monoclinic	9	7	25	1	Hexagonal monoclinic P
VIII	Ditetragonal diclinic*		10	1 (+1)	1 (+1)	1 (+1)	Ditetragonal diclinic P*
IX	Ditrigonal diclinic*		11	2 (+2)	2 (+2)	1 (+1)	Ditrigonal diclinic P*
X	Tetragonal orthogonal	Inverse tetragonal orthogonal	12	5	7	1	Tetragonal orthogonal KG
		Inverse tetragonal orthogonal	12	5	351	5	Tetragonal orthogonal P, S, I, Z, G
		Proper tetragonal orthogonal	13	10	1312	5	Tetragonal orthogonal P, S, I, Z, G
XI	Hexagonal orthogonal	Trigonal orthogonal	14	10	81	2	Hexagonal orthogonal R, RS
		Trigonal orthogonal	14	10	150	2	Hexagonal orthogonal P, S
		Hexagonal orthogonal	15	12	240	2	Hexagonal orthogonal P, S
XII	Ditetragonal monoclinic*		16	1 (+1)	6 (+6)	3 (+3)	Ditetragonal monoclinic P, S, D*
XIII	Ditrigonal monoclinic*		17	2 (+2)	5 (+5)	2 (+2)	Ditrigonal monoclinic P, RR
XIV	Ditetragonal orthogonal	Crypto-ditetragonal orthogonal	18	5	10	1	Ditetragonal orthogonal D
		Crypto-ditetragonal orthogonal	18	5	165 (+2)	2	Ditetragonal orthogonal P, Z
		Ditetragonal orthogonal	19	6	127	2	Ditetragonal orthogonal P, Z
XV	Hexagonal tetragonal		20	22	108	1	Hexagonal tetragonal P
XVI	Dihexagonal orthogonal	Crypto-ditrigonal orthogonal*	21	4 (+4)	5 (+5)	1 (+1)	Dihexagonal orthogonal G*
		Crypto-ditrigonal orthogonal*	21	4 (+4)	5 (+5)	1	Dihexagonal orthogonal P
		Dihexagonal orthogonal	23	11	20
		Ditrigonal orthogonal	22	11	41
		Ditrigonal orthogonal	22	11	16	1	Dihexagonal orthogonal RR
XVII	Cubic orthogonal	Simple cubic orthogonal	24	5	9	1	Cubic orthogonal KU
		Simple cubic orthogonal	24	5	96	5	Cubic orthogonal P, I, Z, F, U
		Complex cubic orthogonal	25	11	366	5	Cubic orthogonal P, I, Z, F, U
XVIII	Octagonal*		26	2 (+2)	3 (+3)	1 (+1)	Octagonal P*
XIX	Decagonal		27	4	5	1	Decagonal P
XX	Dodecagonal*		28	2 (+2)	2 (+2)	1 (+1)	Dodecagonal P*
XXI	Diisohexagonal orthogonal	Simple diisohexagonal orthogonal	29	9 (+2)	19 (+5)	1	Diisohexagonal orthogonal RR
		Simple diisohexagonal orthogonal	29	9 (+2)	19 (+3)	1	Diisohexagonal orthogonal P
		Complex diisohexagonal orthogonal	30	13 (+8)	15 (+9)	1	Diisohexagonal orthogonal P
XXII	Icosagonal		31	7	20	2	Icosagonal P, SN
XXIII	Hypercubic	Octagonal hypercubic	32	21 (+8)	73 (+15)	1	Hypercubic P
		Octagonal hypercubic	32	21 (+8)	107 (+28)	1	Hypercubic Z
		Dodecagonal hypercubic	33	16 (+12)	25 (+20)	1	Hypercubic Z
共计	23 (+6)	33 (+7)		227 (+44)	4783 (+111)	64 (+10)	33 (+7)

参见编辑

参考资料编辑

Cornelis Klein, Barbara Dutrow, 2007. Manual of Mineral Science, 23rd Edition

^ （简体中文）麦松威、周公度、李伟基. 高等无机结构化学第二版. 北京: 北京大学出版社. 2006. ISBN 9787301047934.
^ （英文）存档副本. [2011-11-25]. （原始内容存档于2013-07-04）.
^ ^3.0 ^3.1 ^3.2 Whittaker, E. J. W. An Atlas of Hyperstereograms of the Four-Dimensional Crystal Classes. 牛津: 牛津大学出版社. 1985. ISBN 978-0-19-854432-6. OCLC 638900498.
^ ^4.0 ^4.1 Brown, H.; Bülow, R.; Neubüser, J.; Wondratschek, H.; Zassenhaus, H. Crystallographic Groups of Four-Dimensional Space. 纽约: Wiley. 1978. ISBN 978-0-471-03095-9. OCLC 939898594.

外部链接编辑

[gwj-1] （简体中文）麦松威、周公度、李伟基. 高等无机结构化学第二版. 北京: 北京大学出版社. 2006. ISBN 9787301047934.

[2] （英文）存档副本. [2011-11-25]. （原始内容存档于2013-07-04）.

[Whittaker-3] 3.0 ^3.1 ^3.2 Whittaker, E. J. W. An Atlas of Hyperstereograms of the Four-Dimensional Crystal Classes. 牛津: 牛津大学出版社. 1985. ISBN 978-0-19-854432-6. OCLC 638900498.

[Brown-4] 4.0 ^4.1 Brown, H.; Bülow, R.; Neubüser, J.; Wondratschek, H.; Zassenhaus, H. Crystallographic Groups of Four-Dimensional Space. 纽约: Wiley. 1978. ISBN 978-0-471-03095-9. OCLC 939898594.

[1]

[2]

[3]

[4]

晶系

晶系的特征 编辑

布拉菲晶格 编辑

晶体学点群 编辑

熊夫利记号 编辑

赫尔曼–莫甘记号 编辑

不同记号关系 编辑

其它维度 编辑

二维 编辑

四维 编辑

参见 编辑

参考资料 编辑

外部链接 编辑