Ćwiczenie 14 - Uniwersytet Śląski

Uniwersytet Śląski – Instytut Chemii – Zakład Krystalografii
Laboratorium z Krystalografii
Międzynarodowe Tablice Krystalograficzne
(International Tables for Crystallography)
2 godz.
Cel ćwiczenia: analiza informacji zawartych w
Międzynarodowych Tablicach
Krystalograficznych, nabycie umiejętności odczytywania podstawowych danych
charakterystycznych dla danej grupy przestrzennej.
Pomoce naukowe: Międzynarodowe Tablice Krystalograficzne
Wstęp teoretyczny.
Międzynarodowe Tablice Krystalograficzne zawierają dokładną charakterystykę 230 grup
przestrzennych. Prezentują symetrię grup przestrzennych i współrzędne pozycji
równoważnych. O czym informują:
 w pierwszej linii prezentują nazwę układu, skrócony symbol międzynarodowy klasy
krystalograficznej, pełny i skrócony symbol międzynarodowy grupy przestrzennej,
jej numer wśród 230 grup oraz symbol Schoenfliesa.
 następnie tablice podają rzut komórki elementarnej z zaznaczonymi punktami
symetrycznie równoważnymi dla zespołu pozycji ogólnych. Komórka jest wykreślana
w rzucie wzdłuż osi Z na płaszczyznę (001). Osie krystalograficzne X i Y leżą w
płaszczyźnie rzutu, oś X jest skierowana w dół rysunku, oś Y skierowana od lewej
strony do prawej (kąt między osiami zależy od układu krystalograficznego).
 elementy symetrii na takich rzutach oznacza się standardowymi symbolami
graficznymi, a punkty w zespołach pozycji – kółkami, na poniższym rysunku
przedstawiono symbole pozycji punktu.
a) pkt. nad płaszczyzną rzutu, dla którego z ≠ 0
b) pkt. pod płaszczyzną rzutu, dla którego z ≠ 0
c) pkt. nad płaszczyzną rzutu, dla którego z = 1/2 + z
d) pkt. pod płaszczyzną rzutu, dla którego z = 1/2 - z
e) pkt., który powstał w wyniku odbicia w płaszczyźnie lub środku symetrii
f i g ) dwa punkty znajdujące się jeden nad drugim, z których jeden powstał w wyniku
odbicia w płaszczyźnie lub środku symetrii (znaczenia + i – oraz ½+ i ½- jak wyżej).
 każda grupa przestrzenna ma umownie przedstawiony początek układu (powinien
znajdować się na elemencie symetrii o najwyższej krotności),
 w tablicach podaje się dla każdej grupy przestrzennej zespół pozycji ogólnych i
szczególnych punktów równoważnych.
Każdy punkt w komórce elementarnej, który przedstawia położenie atomu (jonu),
przekształcony symetrycznie względem występujących w komórce elementów
symetrii – daje zbiór punktów spokrewnionych symetrycznie tzw. punktów lub
pozycji równoważnych.
Liczebność punktów symetrycznie równoważnych, zależy od:
- elementów symetrii, charakterystycznych dla grup przestrzennych,
- umiejscowienia punktu, który poddajemy przekształceniom symetrycznym.
Punkty mogą zajmować pozycje ogólne i szczególne (specjalne).
Pozycję ogólną posiadają punkty o współrzędnych x, y, z (wyrażone ułamkami
odcinków translacji wzdłuż krawędzi komórki) nie leżące na żadnym z elementów
symetrii. Na punkty w położeniu ogólnym działają wszystkie przekształcenia
symetryczne zapisane w symbolu grupy przestrzennej.
Jeśli punkt leży na płaszczyźnie, w środku symetrii na osi właściwej lub inwersyjnej
to ma pozycję szczególną (jest w położeniu specjalnym) i nie jest przez ten element
powielany. Jeśli punkt leży na osiach śrubowych lub na płaszczyznach poślizgu to
działa na niego wektor ślizgu - jest wówczas symetrycznie powielony.
 przyjmuje się, że punkt w pozycji ogólnej jest asymetryczny (symetria 1), natomiast
punkty w pozycjach szczególnych wykazują symetrię tych pozycji.
W Tablicach Krystalograficznych podaje się:
 liczebność pozycji ogólnej i pozycji szczególnej,
 symbol Wyckoffa (mała litera alfabetu) charakteryzuje pozycje punku początkowego,
 symetrię własną punktu (położenie punktu w stosunku do elementów symetrii).
 współrzędne punktów symetrycznie równoważnych.
Skrócony symbol
grupy przestrzennej
Grupa punktowa
Pełny symbol
grupy przestrzennej
Układ krystalograficzny
symbol Schoenfliesa
Położenie punktów
symetrycznie równoważnych
Położenia elementów
symetrii
Informacje o refleksach
dyfrakcyjnych
Liczebność pozycji ogólnej
Współrzędne punktów
w pozycji ogólnej
Liczebność pozycji szczególnej
Współrzędne punktów
w pozycji szczególnej
Symbol Wyckoffa
Symetria własna punktu
Wykonanie ćwiczenia:
Zadanie 1
Korzystając z Międzynarodowych Tablic Krystalograficznych podać dla podanych poniżej
grup przestrzennych następujące dane:
 nazwę układu;
 symbol międzynarodowy klasy krystalograficznej;
 pełny i skrócony symbol międzynarodowy grupy przestrzennej;
 symbol Schoenfliesa;
 liczebność pozycji ogólnej i współrzędne punktów symetrycznie równoważnych;
 liczebność pozycji szczególnej dla punktu o danej symetrii własnej;
 symbol Wyckoffa dla pozycji punku początkowego i pozycji ogólnej;
 symetrię własną punktu dla danej pozycji szczególnej.
Wybrane grupy przestrzenne:
4
P121, P222, P4, P41, P , P6, P63, Pm3m.
m
Zadanie 2
Wyznaczanie rozkładu elementów symetrii i ogólnego zespołu pozycji równoważnych na
podstawie symbolu międzynarodowego grupy przestrzennej - na przykładzie grup


przestrzennych: C222; P 4 ;P31, P11b; Pmc21; P 6

P4
C222
P31
Na podstawie międzynarodowego symbolu grupy przestrzennej określamy elementy symetrii i ich
położenie
2 ║do osi X
2 ║do osi Y
2║do osi Z

4 ║ do osi Z
31 ║ do osi Z
Rysujemy rzut komórki na płaszczyznę xy
Stosując graficzne symbole elementów symetrii zaznaczamy na rzucie w lewym górnym rogu
(przyjętym za punkt 000) występujące w danej grupie przestrzennej elementy symetrii
Zaznaczmy symbolem graficznym punkt o pozycji ogólnej
Punkt o pozycji ogólnej poddajemy działaniu wszystkich elementów symetrii
Elementy symetrii i punkty odpowiadające pozycji ogólnej przenosimy translacyjnie zgodnie z typem
sieci Bravais.
Na podstawie rozmieszczenia punktów pozycji ogólnej w całej komórce elementarnej wyznaczamy
rodzaj i położenie wtórnych elementów symetrii
Wykonujemy rysunek rozmieszczenia elementów symetrii oraz rysunek przedstawiający zespół ogólnych pozycji równoważnych.
P11b
Pmc21
P
Na podstawie międzynarodowego symbolu grupy przestrzennej określamy elementy symetrii i ich
położenie
(P )
b ┴ do osi Z
m ┴ do osi X
c ┴ do osi Y
21 ║do osi Z
║ do osi Z
 3/m
Rysujemy rzut komórki na płaszczyznę xy
Stosując graficzne symbole elementów symetrii zaznaczamy na rzucie w lewym górnym rogu
(przyjętym za punkt 000) występujące w danej grupie przestrzennej elementy symetrii
Zaznaczmy symbolem graficznym punkt o pozycji ogólnej
Punkt o pozycji ogólnej poddajemy działaniu wszystkich elementów symetrii
Elementy symetrii i punkty odpowiadające pozycji ogólnej przenosimy translacyjnie zgodnie z typem
sieci Bravais.
Na podstawie rozmieszczenia punktów pozycji ogólnej w całej komórce elementarnej wyznaczamy
rodzaj i położenie wtórnych elementów symetrii
Wykonujemy rysunek rozmieszczenia elementów symetrii oraz rysunek przedstawiający zespół ogólnych pozycji równoważnych.
Zadanie 3
Dla poniższych grup przestrzennych wykonaj rysunek rozmieszczenia elementów symetrii
2
oraz przedstaw zespół ogólnych pozycji równoważnych: P2 (pełny symbol P112); P
m
2
(pełny symbol P1 1); P11m; P1m1; Pmm2.
m
Rozmieszczenie elementów symetrii
Zespół ogólnych pozycji
równoważnych
Zadanie 4
Dla kilku wybranych grup przestrzennych przedstawiono poniżej rozmieszczenie elementów
symetrii. Przedstaw zespół ogólnych pozycji równoważnych (we wszystkich przypadkach
uwzględnij komórkę typu P) oraz podaj współrzędne punktów równoważnych w pozycjach
ogólnych. Wskaż wtórne elementy symetrii.
Zadanie 5
Dla kilku wybranych grup przestrzennych przedstawiono poniżej rozmieszczenie elementów
symetrii oraz odpowiadający mu zespół ogólnych pozycji równoważnych. Podaj symbole
przedstawionych grup przestrzennych. Wskaż wtórne elementy symetrii.
Rozmieszczenie elementów
symetrii
Zespół ogólnych pozycji równoważnych
Zadanie 5
Dla grup przestrzennych P42/m, P63, P62 i P63/m podać współrzędne pozycji symetrycznie
równoważnych dla szczególnej pozycji punktu wyjściowego 0,0,z.
Literatura
1. Z.Trzaska-Durski,
H.Trzaska-Durska,
“Podstawy
krystalografii
strukturalnej
i rentgenowskiej”, PWN Warszawa 1994.
2. Z. Trzaska-Durski i H. Trzaska-Durska „Podstawy krystalografii”, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
3. Z.Bojarski, M.Gigla, K.Stróż, M.Surowiec, „Materiały do nauki krystalografii –
podręcznik wspomagany komputerowo” PWN Warszawa 1996.
4. Z. Bojarski, M. Gigla, K. Stróż, M. Surowiec, „Krystalografia”, PWN, Warszawa 2007.
5. Z. Kosturkiewicz, „Metody krystalografii”, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2004.
6. M. Van Meerssche i J. Feneau-Dupont, „Krystalografia i chemia strukturalna“, PWN,
Warszawa 1984.