第二章 分子对称性幻灯片.ppt

对称是一个很常见的现象。在自然界我们可观察到五瓣对称的梅花、桃花,六瓣的水仙花、雪花、松树叶沿枝干两侧对称,槐树叶、榕树叶又是另一种对称……在人工建筑中,北京的古皇城是中轴线对称。在化学中,我们研究的分子、晶体等也有各种对称性,有时会感觉这个分子对称性比那个分子高,如何表达、衡量各种对称?数学中定义了对称元素来描述这些对称。
2-1 对称性
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,作用于该分子内部电子的核电场也具有这样的对称性,其分子轨道必表现有与之相适应的对称性。
对称图形由多个等同部分组成,“对换”或“复原”的动作称为对称操作。对称性是通过对称元素和对称操作来加以描述的。经过对称操作的作用对称图形中的等同部分相互交换位置,图形等价。
分子对称性:分子的几何图形中有相互等同的部分,交换以后,与原来的状态相比,不发生可辨别的变化。
能简明地表达分子的构型
可简化分子构型的测定工作
帮助正确地了解分子的性质
指导化学合成工作
简化计算工作量
为什么我们要研究分子对称性?
对称操作是指不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作。对称操作所依据的几何元素称为对称元素。对于分子等有限物体,在进行操作时,物体中至少有一点是不动的,这种对称操作叫点操作。点对称操作和相应的点对称元素有下列几项。
2-2 对称操作和对称元素
(1) 恒等元素和恒等操作
(2)对称轴和旋转操作
(3)对称面和反映操作
(4)对称中心和反演操作
(5)反轴和旋转反映操作
六种对称元素和对称操作
二、旋转轴和旋转操作
分子中若存在一条轴线,绕此轴旋转一定角度能使分子复原,就称此轴为对称轴(旋转轴), . 旋转可以实际进行,为真操作;相应地,旋转轴也称为真轴.
将分子图形以直线为轴旋转某个角度能产生分子的等价图形。
单重(次)轴
p
q
2
=
)
(
2
C
二重(次)轴
三重(次)轴
n重(次)轴
n
…
p/
q
2
=
3
p/
q
2
=
2
p/
q
2
=
)
(
1
C
)
(
3
C
)
(
n
C
n
C
轴定义
n-fold rotation
主轴(principal axes):把轴次最高的(即n值最大)的那个轴称为主轴,其余的为非主轴。通常把主轴的方向定义为分子的Z方向。
例如:
有一个C3轴(主轴) 过B垂直于分子平面
有三个C2轴(非主轴) 在分子平面上
一次轴C1的操作是个恒等操作,又称为主操作E,因为任何物体在任何一方向上绕轴转3600/n均可复原,它和乘法中的1相似。
C2轴的基转角是180度,基本操作是,连续进行两次相当于主操作,即:


C3轴的基转角是120度,C4轴的基转角是90度,C6轴的基转角是60度。