第4章 分子对称性VIP专享VIP免费

11第四章结构化学结构化学————第四章第四章分子的对称性分子的对称性22自然界的对称33自然界雪花的对称性图案44故宫博物院的对称排布55这些物体上存在若干个相等的部分，或可以划分为若干个相等的部分。如果把这些相等部分对换一下，就好象没有动过一样（即物体复原），或者说这些相等部分都是有规律重复出现的。对称性的特点具有对称性的图形称为对称图形，“对换”或“复原”的动作称为对称操作。66很多分子的几何形状，即其原子核的空间排布，都表现有某些对称性，这意味着作用于该分子内部电子的核电场也具有这样的对称性，因而其分子轨道必表现有与之相适应的对称性。所谓分子的对称性，是指相对固定的原子核框架的对称性。77对称元素和对称操作对称性与分子性质群的概念与分子点群一、分子的对称性一、分子的对称性88一个对称图形由许多相等的局部图形所构成，这种相等又可分为两种情况：叠合相等镜象相等1.1.对称元素和对称操作对称元素和对称操作99立体几何证明，能使有限对称图形中相等部分出现规律性重复（复原）的对称操作只有旋转、反映、反演(或倒反)和旋转反映四种，这些对称操作通常称为(宏观)对称操作。在对称图形中实施某种对称操作时，总要借助于某些辅助性的、假想的几何要素（点、线、面），这样的几何要素称为(宏观)对称元素。1010对称操作对称操作对称元素对称元素旋转旋转旋转轴旋转轴反映反映镜面镜面反演反演对称中心对称中心旋转反映旋转反映象转轴象转轴//映轴映轴旋转反演旋转反演反轴反轴对称操作和对称元素1111旋转轴和旋转操作图形中每一点都绕某一根设想的轴线转动，在转动过程中，该点到轴线的距离始终不变。且绕轴旋转一定角度后，图形复原。该轴线一定通过图形的几何中心。旋转操作的特点1212旋转轴以Cn表示。其中，n称为轴次，是在旋转3600过程中，图形复原的次数。相应的旋转操作以表示。ˆnC三重旋转轴C3：垂直分子平面。旋转操作：3ˆC13ˆC23ˆC33ˆCˆE3ˆC13131414镜面和反映操作在一根垂直于镜面的直线上，位于镜面两侧且距镜面等距离的两点，必定性质完全相同。反映操作的特点镜面：σ反映操作：ˆ15151616镜面通过主旋转轴：σv。镜面与主旋转轴垂直：σh。镜面通过主轴并平分两根C2轴的夹角：σd。17171818对称中心和反演操作通过对称中心的任一直线上与对称中心等距的两点必性质相同。反演操作的特点对称中心：i反演操作：ˆi191920202121象转轴和旋转反映操作ˆˆˆˆˆnnhhnSCC旋转反映操作实际上就是旋转操作后接反映操作的一个组合操作。相应的轴称为象转轴Sn2222在分子中，若独立地存在一个Cn轴和一个垂直于它的镜面σh，则分子必存在Sn轴，且。当分子中既不存在Cn，也不存在垂直于Cn的σh，但Sn轴往往是存在的。22ˆˆnnSC2323反轴和旋转反演操作ˆˆˆˆˆnnnICiiC旋转反演操作实际上就是旋转操作后接反演操作的一个组合操作。相应的轴称为反轴In反轴与象转轴两者是相通的,只要选择一中就可以。对分子的对称性采用象转轴Sn较多，晶体对称性中采用In的较多。2424分子点群的确定25252分子对称性与分子的物理性质对分子施行某个对称操作不能改变分子的任何物理性质，只能产生等价的分子图形。对称操作不能变更分子偶极矩的大小和方向。对称性与电偶极矩分子的对称性反映出分子中原子核和电子云空间分布的对称性，由此可找出分子正负电荷重心之间的关系，进而可以判断分子偶极矩存在与否和取向。2626如果分子仅有一个Cn，则其偶极矩必位于该轴上（不包括同核双原子分子）。如果分子有两个或多个互不重合的旋转轴，则这个分子不会存在偶极矩。如果分子有几个对称面，则其偶极矩一定位于对称面的交线上。如果分子含有对称中心，不存在偶极矩。分子偶极矩的对称性判据：若分子中只要有两个对称元素仅仅相交于一点时，则分子就不存在偶极矩。2727S4C3CH4、CCl4等分子中，有两个对称元素（S4和C3）交于一点（中心碳原子），故它们没有偶极矩。2828HHC＝CClClHClC＝CClHC2顺式二氯乙烯分子的两个σ相交于C2轴，故分子具有偶极矩，并且其偶极矩沿着C2轴取向。反式分子含有...