Le classificazioni dei cristalli

Perché i cristalli si classificano in base ai 32 gruppi puntuali e non secondo i 230 gruppi spaziali? E quando si studia la simmetria puntuale, sia nel piano che nello spazio, si lavora sugli elementi di simmetria di una singola cella?
Annalisa Meloni
20 settembre 2003
In generale, i gruppi puntuali servono a descrivere la simmetria di qualsiasi oggetto finito. Dunque in cristallografia vengono usati per descrivere la simmetria del cristallo in quanto oggetto macroscopico e finito, alla stessa maniera in cui si usano per definire la simmetria di una molecola. L'unica differenza sta nel fatto che, a causa delle proprietà periodiche dei cristalli, solo gli operatori di rotazione di ordine 2, 3, 4 e 6 possono essere presenti e questo riduce i possibili gruppi del punto ai 32 cristallografici (restrizione cristallografica). Solo in questo senso i gruppi puntuali vengono usati per classificare i cristalli, cioè per descriverne l'aspetto macroscopico.

Quello che invece caratterizza effettivamente un cristallo è il gruppo spaziale a cui appartiene. I gruppi spaziali descrivono la simmetria di insiemi infiniti di oggetti e per questo sono necessarie anche le operazioni di simmetria che hanno componenti traslazionali (slittopiani ed elicogire). Fra gli infiniti possibili gruppi spaziali si possono osservare nei cristalli solo i 230 tipi di gruppi riportati nelle tabelle internazionali di cristallografia (volume A).

Infine anche le celle unitarie, che per ripetizione in tre dimensioni (due per i reticoli bidimensionali) formano il reticolo cristallino, possiedono una simmetria che appartiene a uno dei gruppi del punto e sono da questi descritti. In pratica la morfologia di un cristallo tende a conformarsi al suo gruppo del punto e quindi classificarne la morfologia significa anche assegnare il gruppo puntuale del cristallo. Per assegnare invece il gruppo spaziale bisogna analizzare le immagini di diffrazione e in caso di ambiguità risolvere la struttura cristallina.

Stefano Mangani Dipartimento di Chimica, Università di Siena

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