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Hermann-Mauguin-Symbolik

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DieHermann-Mauguin-Symbolik (nach denKristallographenCarl Hermann undCharles-Victor Mauguin) wird zur Beschreibung vonSymmetrieelementen undSymmetriegruppen verwendet. Ihr Hauptanwendungsgebiet ist die Beschreibung der 32 kristallographischenPunktgruppen und der 230 kristallographischenRaumgruppen. Weiter wird sie zur Beschreibung zweidimensionalerebener Gruppen, zwei- und dreidimensionaler subperiodischer Gruppen (Bandornament-,Stab- undSchichtgruppen) und nicht-kristallographischer Gruppen verwendet. Normiert ist sie in denInternational Tables for Crystallography.

Neben derSymbolik nach Hermann-Mauguin existiert eine Schreibweise nachArthur Schoenflies, dieSchoenflies-Symbolik. Sie wird jedoch kaum noch für die Beschreibung eines kristallinen Zustands genutzt, sondern zur Beschreibung derSymmetrie von Molekülen.

Symbole der Symmetrieelemente

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Drehachsen

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Eine Drehung um360n{\displaystyle {\frac {360^{\circ }}{n}}} wird dargestellt durchn{\displaystyle n} (gesprochen „n-fache Drehung“).

Spezialfälle sind:

In kristallographischen Raum- und Punktgruppen können folgende Drehungen vorkommen:

n (= Anzahl
symmetrieäquivalente Teilchen)
BeschreibungDrehwinkelBemerkung
1{\displaystyle 1}Identität0° = 360°Element jeder Gruppe;
entfällt meist im Kurzsymbol
2{\displaystyle 2}zweizählige
Drehachse
180°
3{\displaystyle 3}dreizählige
Drehachse
120°
4{\displaystyle 4}vierzählige
Drehachse
90°
6{\displaystyle 6}sechszählige
Drehachse
60°

Inversionszentrum

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Gekoppelte Symmetrieoperationen (Drehinversionsachsen)

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Hauptartikel:Drehspiegelgruppe #Beispiele

Eine Drehung um360n{\displaystyle {\frac {360^{\circ }}{n}}} und anschließende Punktspiegelung an einem Punkt auf der Drehachse wird dargestellt durchn¯{\displaystyle {\overline {n}}}.

In kristallographischen Raum- und Punktgruppen können folgende Drehinversionen vorkommen:

n¯{\displaystyle {\overline {n}}}BeschreibungDrehwinkelAnzahl
symmetrieäquivalente Teilchen
1¯{\displaystyle {\overline {1}}}Inversion / Punktspiegelung0° = 360°2
m{\displaystyle \mathrm {m} }
(=2¯){\displaystyle (={\overline {2}})}*
zweizählige
Drehinversionsachse
180°2
3¯{\displaystyle {\overline {3}}}dreizählige
Drehinversionsachse
120°6
4¯{\displaystyle {\overline {4}}}vierzählige
Drehinversionsachse
90°4
6¯{\displaystyle {\overline {6}}}sechszählige
Drehinversionsachse
60°6

{\displaystyle }*) Da diese Operation zum selben Ergebnis führt wie die Spiegelung an einer Ebene, wird das Symbol2¯{\displaystyle {\overline {2}}} nicht verwendet, sondern immer als Spiegelebenem {\displaystyle m\ } angegeben.

Spiegelebene

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Kombinierte Symmetrieoperationen (Drehachsen senkrecht zu Spiegelebenen)

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Eine Drehachse senkrecht zu einer Spiegelebenem{\displaystyle m} wird dargestellt durchnm{\displaystyle {\frac {n}{m}}} odern/m {\displaystyle n/m\ } (jeweils gesprochen „n über m“; beide Schreibweisen sind äquivalent, die erste ist in der älteren Literatur üblich).

nm=n/m {\displaystyle {\frac {n}{m}}=n/m\ }BeschreibungAnzahl
symmetrieäquivalente Teilchen
2m=2/m{\displaystyle {\frac {2}{m}}=2/m}zweizählige Drehachse
senkrecht zu einer Spiegelebene
4
6¯{\displaystyle {\overline {6}}}
(=3m=3/m){\displaystyle (={\frac {3}{m}}=3/m)}*
dreizählige Drehachse
senkrecht zu einer Spiegelebene
6
4m=4/m{\displaystyle {\frac {4}{m}}=4/m}vierzählige Drehachse
senkrecht zu einer Spiegelebene
8
6m=6/m{\displaystyle {\frac {6}{m}}=6/m}sechszählige Drehachse
senkrecht zu einer Spiegelebene
12

{\displaystyle }*) Da diese Operation zum selben Ergebnis wie die sechszählige Drehinversionsachse führt, wird das Symbol3m{\displaystyle {\frac {3}{m}}} bzw.3/m{\displaystyle 3/m} nicht verwendet, sondern immer als sechszählige Drehinversionsachse6¯{\displaystyle {\bar {6}}} angegeben.

Symbole der Punktgruppen

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Mit den oben beschriebenen Symbolen lassen sich die 32 Punktgruppen (Kristallklassen) beschreiben, da deren Symmetrieoperationen anders als die Raumgruppen (s. u.)keineTranslation beinhalten.

Für jedesKristallsystem werden die Symmetrieoperationen bezüglich dreier vorgegebener kristallographischer Richtungen angegeben:

  • die Dreh- und Drehinversionsachsenparallel zu folgenden Richtungen
  • die Spiegelebenensenkrecht zu folgenden Richtungen:
Kristallsystem1. Stelle2. Stelle3. Stelle
monoklin[100]{\displaystyle [100]\;}[010]{\displaystyle [010]\;}[001]{\displaystyle [001]\;}
orthorhombisch[100]{\displaystyle [100]\;}[010]{\displaystyle [010]\;}[001]{\displaystyle [001]\;}
tetragonal[001]{\displaystyle [001]\;}100{\displaystyle \langle 100\rangle }110{\displaystyle \langle 110\rangle }
trigonal,
hexagonale Aufstellung
[00.1]{\displaystyle [00.1]\;}10.0{\displaystyle \langle 10.0\rangle }12.0{\displaystyle \langle 12.0\rangle }
hexagonal[00.1]{\displaystyle [00.1]\;}10.0{\displaystyle \langle 10.0\rangle }12.0{\displaystyle \langle 12.0\rangle }
trigonal,
rhomboedrische Aufstellung
[111]{\displaystyle [111]\;}11¯0{\displaystyle \langle 1{\bar {1}}0\rangle }
kubisch100{\displaystyle \langle 100\rangle }111{\displaystyle \langle 111\rangle }110{\displaystyle \langle 110\rangle }

Imtriklinen Kristallsystem gibt es die Punktgruppen

(Die farbig hinterlegten Richtungen werden in denPunktgruppensymbolen grundsätzlichnicht angegeben, da dort nie Symmetrieelemente außer1{\displaystyle 1} oder1¯{\displaystyle {\bar {1}}} liegen. Für dieRaumgruppensymbole werden sie aber gelegentlich benötigt.)

Bei der gekürzten Schreibweise der Hermann-Mauguin-Symbole werdenredundante Informationen weggelassen: so wird z. B.4/m m m{\displaystyle 4/m\ m\ m} statt4/m 2/m 2/m{\displaystyle 4/m\ 2/m\ 2/m} geschrieben.

Beispiel

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Als Beispiel lässt sich die kristallographische Punktgruppe bzw. Kristallklasseorthorhombisch-disphenoidisch (Kristallklasse Nr. 6) beschreiben mit dem Hermann-Mauguin-Symbol 222. (Die konkreten Symbole für die weiteren Kristallklassen finden sich hier:Punktgruppe #Die 32 kristallographischen Punktgruppen (Kristallklassen).)

Dieses Symbol ist wie folgt zu deuten: es ist aus drei Einzelysmbolen zusammengesetzt, die sich jeweils auf eine vorgegebene (Blick-)Richtung beziehen. Die drei betrachteten Richtungen sind im orthorhombischen Kristallsystem:

  • Richtung der a-Achse (<100>): 1. Einzelysmbol
  • Richtung der b-Achse (<010>): 2. Einzelysmbol
  • Richtung der c-Achse (<001>): 3. Einzelysmbol.

In diesen drei Richtungen enthält die beschriebene Kristallklasse jeweils eine zweizählige Drehachse (Einzelsymbol 2), aber im Unterschied zu den anderen orthorhombischen Kristallklassen keine Drehinversionsachse.

Die drei o. g. Richtungen und damit auch die zweizähligen Drehachsen, die bei dieser Kristallklasse in ihnen liegen, stehen jeweils paarweise senkrecht aufeinander.

Da es bei dieser Kristallklasse keine Richtung ohne Symmetrieelement gibt, die man bei der Aufstellung des Symbols weglassen könnte, ist die Kurzform des Symbols identisch mit der Langform.

Symbole der Raumgruppen

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Die Bezeichnung für die Raumgruppen funktioniert im Prinzip wie die der Punktgruppen.

Zusätzlich wird dasBravais-Gitter vorangestellt:

Außerdem treten zusätzliche Symbole auf:

Ein Beispiel für eine tetragonale Raumgruppe in gekürzter Schreibweise istI 41/a m d{\displaystyle I\ 4_{1}/a\ m\ d}.

Literatur

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