Сингония - это разновидность симметрии кристаллов

Сингония - это математическая классификация симметрии кристаллов, основанная на форме их элементарной ячейки. Понимание сингонии помогает определять свойства минералов, а также применять их в науке и технике.

Определение сингонии

Что такое сингония: это термин, обозначающий классификацию кристаллов по симметрии их элементарной ячейки. Сингония отражает соотношения между длинами ребер (a, b, c) и углами (α, β, γ) элементарной ячейки.

Сингония характеризуется соотношениями между осями а, b, с и углами a, b, g ячейки.

Существует 7 кристаллографических сингоний:

• кубическая
• тетрагональная
• гексагональная
• тригональная
• ромбическая
• моноклинная
• триклиническая

Кристаллы, относящиеся к одной сингонии, имеют сходные элементы симметрии и форму элементарной ячейки. Например, в кубической сингонии a = b = c, α = β = γ = 90°.

Кубическая сингония

Кубическая сингония характеризуется наибольшей степенью симметрии среди всех сингоний. Для нее характерны равенство всех параметров элементарной ячейки:

• a = b = c
• α = β = γ = 90°

Типичными формами кристаллов с кубической сингонией являются куб, октаэдр, ромбододекаэдр. К этой сингонии относятся такие минералы, как галит, флюорит, пирит.

Благодаря высокой симметрии, минералы с кубической сингонией обладают уникальным комплексом полезных свойств. Они широко используются в оптике, электронике, ювелирном деле.

Гексагональная и тригональная сингонии

Для гексагональной и тригональной сингоний характерно наличие одной оси симметрии высшего порядка (L6 или L3 соответственно). При этом в обеих сингониях a = b ≠ c, α = β = 90°, γ = 120°.

Кристаллы сингония этих групп имеют форму призмы или пирамиды. К гексагональной сингонии относятся кварц, берилл, лед. К тригональной - кальцит, доломит.

Минералы гексагональной и тригональной групп обладают высокой твердостью, прочностью, а также уникальными оптическими свойствами. Их широко используют в ювелирном деле и оптике.

Тетрагональная сингония

Для тетрагональной сингонии характерны:

• a = b ≠ c
• α = β = γ = 90°
• Наличие одной оси симметрии 4 порядка (L4)

Типичные формы кристаллов - тетрагональная призма, бипирамида.

К этой сингонии относятся минералы рутил, касситерит, циркон. Они обладают высокой твердостью и используются как абразивы.

Ромбическая, моноклинная и триклиническая сингонии

Для ромбической сингонии характерно отсутствие осей симметрии выше 2 порядка. При этом:

• a ≠ b ≠ c
• α = β = γ = 90°

Типичные формы кристаллов - ромбическая призма, ромбическая бипирамида. К этой сингонии относятся такие минералы, как барит, арагонит, сидерит.

Моноклинная сингония характеризуется наличием только одной оси 2 порядка. Для нее свойственно:

• a ≠ b ≠ c
• α = γ = 90°
• β ≠ 90°

Типичные формы кристаллов моноклинной сингонии - моноклинная призма, моноклинная пирамида. Примеры минералов этой группы - глауконит, гипс, ортоклаз.

Диагностические признаки сингоний

Для определения сингонии кристалла по внешнему виду можно использовать такие диагностические признаки:

• Форма кристалла
• Наличие и количество осей симметрии
• Тип симметрии граней
• Относительные размеры граней

Зная эти признаки для разных сингоний, можно точно идентифицировать сингонию конкретного кристалла.

виды сингоний

Существует 7 основных видов сингоний. Каждая из них имеет свои отличительные признаки.

Дополнительно выделяют такие разновидности сингоний, как гексагонально-тригональная, ромбо-бипирамидальная, ромбо-пирамидальная.

Применение знаний о сингонии

Понимание особенностей разных сингоний позволяет решать важные практические задачи:

• Прогнозировать физические свойства минералов
• Определять области применения кристаллов
• Моделировать процессы кристаллизации

Связь сингонии со свойствами минералов

Сингония оказывает существенное влияние на различные свойства кристаллов.

В частности, от сингонии зависят оптические свойства минералов. Кубические кристаллы изотропны и не проявляют двойного лучепреломления. Кристаллы других сингоний, как правило, анизотропны.

Сингония влияет и на твердость минералов. Минералы кубической сингонии обычно обладают невысокой твердостью по шкале Мооса. Более высокие значени твердости характерны для гексагональной и тригональной сингоний.

Сингония и химический состав минералов

Существует определенная зависимость между сингонией кристаллов и их химическим составом.

Так, большинство солей и оксидов склонны кристаллизоваться в кубической сингонии. Силикаты - преимущественно в гексагональной или тригональной. Высокосимметричные соединения тяготеют к более симметричным сингониям.

Прогнозирование свойств минералов по сингонии

Зная сингонию минерала, можно с достаточно высокой долей вероятности предсказать такие его характеристики, как твердость, плотность, химический состав, оптические свойства.

Это имеет большое практическое значение при поиске месторождений полезных ископаемых, изучении новых минералов, идентификации камней.

Перспективы изучения сингонии кристаллов

Несмотря на многолетнюю историю, тема сингонии кристаллов не потеряла своей актуальности и по-прежнему привлекает пристальное внимание ученых.

Остается много открытых вопросов о влиянии сингонии на разнообразные характеристики твердых тел, процессы кристаллизации. Дальнейшие исследования в этой области открывают хорошие перспективы для создания новых материалов с уникальными свойствами.