第3章 分子的對稱性

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1、《結構化學》第三章分子的對稱性Chapter3.MolecularSymmetry第三章目錄1.1對稱操作和對稱元素②①④③作操映反和面稱對作操作映操反轉轉旋旋和和軸軸稱映對旋作操演反和心中稱對1.2分子點群②①④③群點子分義定定確學及數類的分群的群點子分表法乘的群1.3分子的對稱性和分子的物理性質性光旋的子分和矩極偶的子?分教學目標通過分子對稱性學習，使學生對分子點群有一系統(tǒng)了解，能判斷常見分子所屬的對稱點群及包含的對稱元素。學習要點⑴群的定義--滿足以下4個要素：具有恒等元素、逆元素、封閉性和滿足乘法分配律的集合稱為群。⑵分子點群具有對稱元素：旋轉軸、對稱面、對稱中心

2、和反軸、映軸。⑶分子對稱點群可分為C、C、C、D、D、D、Snnvnhnnhndn及高階群T、O等。dh⑷分子對稱性與偶極矩、旋光性的關系學時安排學時-----4h重要概念：重要概念：?對稱元素：對稱軸（真軸），對稱面、對稱中心，旋映軸（非真軸）?對稱操作：旋轉操作，反映操作、反演操作，旋映反映操作?分子點群、偶極矩、旋光性3.0對稱概念?對稱在自然界和我們日常生活是一個很常見的現象。?在自然界我們可觀察到五瓣對稱的梅花、桃花，六瓣的水仙花、雪花、及松樹葉沿枝干兩側對稱……圖3-1自然界常見雪花形狀圖3-2花冠?在人工建筑中，北京的古皇城是中軸線對稱(如圖3-3)。圖3-

3、3北京故宮平面圖對稱在科學界開始產生重要的影響始于19世紀.發(fā)展到近代，我們已經知道這個觀念是晶體學、分子學、原子學、原子核物理學、化學、粒子物理學等現代科學的中心觀念.近年來，對稱更變成了決定物質間相互作用的中心思想（所謂相互作用，是物理學的一個術語，意思就是力量，質點跟質點之間之力量）.——楊振寧?在數學、物理、化學、生物、地質、天文、材料、信息等自然科學中，也充滿著各自的對稱性表征方式和表達語言。?如何定義對稱性？?對稱(symmetry)——就是物體或圖形相同部分有規(guī)律的重復。而哲學范疇定義——變換中的不變性。組部相上個及兩須形或物稱然?成分同的以兩個有必圖體的對

4、顯圖3-4常見幾何圖形圖稱是一還部同有只是?形但的對定不分的相具因此，對稱的圖形還必須符合另一個條件：這些相同的部分，通過一定的變換(如旋轉、反映、反伸)可以發(fā)生重復；換句話說也就是相同的部分通過一定的變換彼此可以重合起來，使圖形恢復原來的形象。如：圖3-6蝴蝶的兩個相同的部分可以通過垂直平分它的鏡面的反映，彼此重合。圖3-5由兩個相同三角形組成的圖形圖3-6蝴蝶韋氏國際詞典：分界線或平面兩側各部分在大小、形狀和相對位置中的對應性。適當的或平衡的比例，由這種和諧產生的形式的美。對稱性的世界宏觀世界----植物,動物;昆蟲;人體微觀世界----電子云;某些分子對稱性與化學有

5、什么關系？對稱性如何支配著物質世界的運動規(guī)律？分子對稱性：是指分子中所有相同類型的原子在平衡構型時的空間排布是對稱的。目標:從對稱的觀點研究分子立體構型（幾何構型）和能量構型(電子構型)的特性。根據分子的對稱性可以：?了解物體平衡時的幾何構型,分子中原子的平衡位置；表示分子構型，簡化描述；簡化計算；指導合成；?平衡構型取決于分子的能態(tài),據此了解、預測分子的性質。對衡何高個性子覺有的各子研中?稱量表分比的這時對種存究在呢稱各達該子另對個會各在的我化性種如的一稱分感樣著分們學?數學中定義了對稱元素來描述這些對稱。?如何表達、衡量各種各樣的對稱性？3.1對稱操作和對稱元素?對稱

6、元素，亦稱對稱要素(symmetryelement)是指：在進行對稱變換時所憑借的幾何元素——點、線、面等。?對稱操作(symmetryoperation)亦稱對稱變換(symmetryconversion)它是指：能夠使對稱物體或圖形中的各個相同部分，作有規(guī)律重復的變換動作。對稱元素:旋轉軸對稱操作:旋轉能被一個以上的對稱操作（其中包括不動操作）復原的圖形叫做對稱圖形。?對稱元素和對稱變換舉例：圖3-7球體圖3-8正方體?分子中的對稱元素有四類：1)對稱軸和旋轉操作?旋轉操作是將分子繞通過中心的直線，旋轉一定的角度使分子復原的操作。旋轉依據的直線稱為對稱軸或旋轉軸。n次

7、旋轉軸用記號Cn表示。旋轉可以實際進行，為真操作；相應地，旋轉軸也稱為真軸。圖3-9BF3有一個C3對稱軸再如,平面形的BCl3分子具有一根三重軸C3和三根二重軸C2。BCl3分子有1C3、3C2H2O[PtCl4]2+C5H5-C6H6?基轉角(?)和軸次(n)?在旋轉過程中，能使圖形相同部分復原的最小旋轉角稱為該對稱軸的基轉角(?)。?由于任一物體旋轉一周（2?）后必然復原，因此有：2?/?=n(n為正整數)?n的物理意義：表示圖形圍繞旋轉軸一周過程中，圖形相同部分重復的次數。因此n定義為旋轉軸的軸次。?舉例：H2O2中的