Симметрия молекул и кристаллов

Преобразования симметрии

1. Симметрия тела определяется совокупностью тех перемещений, которые совмещают тело с самим собой; об этих перемещениях говорят как о преобразованиях симметрии. Каждое из возможных преобразований симметрии можно представит в виде комбинации одного или нескольких из трех основных типов преобразовании. Этими тремя существенно различными видами преобразовании являются:

1 - поворот тела на определенный угол вокруг некоторой оси;

2 - зеркальное отражение в некоторой плоскости;

3 - параллельный перенос тела на некоторое расстояние.

Последним типом преобразований может обладать лишь бесконечная среда (кристаллическая решетка). Тело же конечных размеров (молекула) может быть симметрична только по отношению к поворотам и отражениям.

2. Если тело совмещается само с собой при повороте вокруг некоторой оси на угол j=2p/n, то такая ось называется осью симметрии n-го порядка и обозначается Cn. Число n может иметь различные целые значения n=2,3.4 ... Значение n=1 соответствует повороту на угол 2p/1, или 0, т.е. соответствует тождественному преобразованию. Повторяя операцию Cn два, три и т.д. раз получаем поворот на угол 2×2p/n, 3×2p/n,... и т.д. Эти повороты также совмещают тело само с собой и обозначаются Cn2, Cn3 и т.д. Очевидно, что если n кратно p, то Cnp=Cn/p. Произведя преобразования n раз, мы вернемся в первоначальное положение, т.е. произведем тождественное преобразование, которое принято обозначать символом Е.

3. Если тело совмещается само с собой при зеркальном отражении в некоторой плоскости s, то такая плоскость называется плоскостью симметрии. Операцию отражения обычно обозначают также символом s. Очевидно, что двукратное отражение в одной плоскости есть тождественное преобразование ss-1=Е.

4. Одновременное применение обоих преобразований поворота и отражения приводим к так называемой зеркально-поворотной оси Sn. Тело обладает зеркально-поворотной осью n-го порядка, если оно совмещается с самим собой при повороте вокруг этой оси на угол 2p/n и последующем отражении в плоскости sh, перпендикулярной к этой оси. Это новый вид симметрии, если n четное. Если n-нечетное, то применение этой операции n раз даст поворот на угол 2p/n, а нечетное отражение в плоскости даст простое отражение. Только при четном n применение n раз этой операции даст тождественное преобразование, т.е. sS2p2p=E. Зеркально-поворотное преобразование обозначается Sn. Поскольку при отражении в плоскости s, перпендикулярной оси Cn принято ставить индекс h при s плоскость обозначается sh. Важным случаем является зеркально-поворотная ось второго порядка S2. Легко сообразить, что поворот на угол j с последующим отражением в плоскости sh, представляет собой преобразование инверсии I, при котором происходит отражение тела в точке пересечения оси C2 и плоскости sh. I=S2=C2×sh; I×sh=C2; I×C2=sh, т.е. C2, sh и I взаимно зависимы: наличие любых двух элементов приводит к существованию третьего.

5. Произведение двух поворотов вокруг осей, пересекающих в точке А есть также некоторое вращение вокруг оси, проходящей через точку А. ............