第四章 分子对称性.ppt

第四章 分子对称性 4.1 对称性概念 判天地之美,析万物之理。 —— 庄 子 在所有智慧的追求中，很难找到其他例子能够在深刻的普遍性与优美简洁性方面与对称性原理相比. —— 李政道 文学中的对称性——回文 将这首诗从头朗诵到尾, 再反过来, 从尾到头去朗诵, 分别都是一首绝妙好诗. 它们可以合成一首“对称性”的诗，其中每一首相当于一首“手性”诗. 4.2 分子的对称操作与对称元素 对称操作：不改变图形中任何两点的距离而能使图形复原的操作叫做对称操作； 对称操作据以进行的几何要素叫做对称元素. 分子中的四类对称操作及相应的对称元素如下: H2O2中的C2 （2）反映操作与镜面 (3) 反演操作与对称中心 CH4中的3个互相垂直的反轴 I4与旋转反演操作 (5) 旋转反映操作与映轴 旋转反映也是复合操作，是先绕轴转360?/n 后，再相对垂直于此轴的平面?h进行反映。相应的对称元素称为映轴Sn. 旋转反映的两步操作顺序可以反过来. CH4中的映轴S4与旋转反映操作 例如,先作二重旋转，再对垂直于该轴的镜面作反映，等于对轴与镜面的交点作反演. 4.3 分子点群 单轴群: 包括Cn 、Cnh 、Cnv 点群. 这类点群的共同特点是旋转轴只有一条. Cnh群 :  除有一条n次旋转轴Cn外，还有与之垂直的一个镜面σh . Cnv群： 除有一条n次旋转轴Cn外，还有与之相包含的n个镜面σv . 双面群：包括Dn、Dnh、Dnd . 这类点群的共同特点是旋转轴除了主轴Cn外，还有与之垂直的n条C2副轴. D3：这种分子比较少见，其对称元素也不易看出. [Co(NH2CH2CH2NH2)3]3+是一实例. 唯一的C3旋转轴从xyz轴连成的正三角形中心穿过, 通向Co; Dnh : 在Dn 基础上，还有垂直于主轴的镜面σh . Dnd: 在Dn基础上, 增加了n个包含主轴且平分二次副轴夹角的镜面σd. 立方群：包括Td 、Th 、Oh 、Ih 等. 这类点群的共同特点是有多条高次(大于二次)旋转轴相交. Oh 群 : 属于该群的分子，对称性与正八面体或正方体完全相同.具有互相垂直的3个C4轴, 其交点作为原点，3个C4分别和3个坐标轴重合。 穿过每两个相对棱心有一条C2 ; 这样的方向共有6个(图中只画出一个) ； 此外还有对称中心i. Ih群:120阶群, 在目前已知的分子中，对称性最高的就属于该群. 对称操作： E i 12C5 12S10 12C52 12S103 20C3 20S6 15C2 15σ h=120 Ih 群:具有6个C5轴 非真旋轴群: 包括Cs 、Ci 、S4 这类点群的共同特点是只有虚轴(不计包含在Sn中的Cn/2. 此外, i= S2 , σ = S1). Cs 群 : E σh , h=2只有镜面 确定分子点群的流程简图 3. 偶极矩与极化率 无外电场时，一般分子平均偶极矩为0。 在外外电场中，分子产生诱导极化，诱导极化产生诱导偶极矩（?诱）。 诱导极化包括电子极化和原子极化。 电子极化，由电子和核产生相对位移引起。 原子极化，由原子核间产生相对位移，即键长和键角改变引起。 ?诱??? ?—极化率 ? —电场强度 Dn 群: 除主轴Cn外，还有与之垂直的n条C2副轴( 但没有镜面). D2 群 主轴C2垂直于荧光屏 x y z 何其相似！ C3 C2 C2 C2 三条C2旋转轴分别从每个N–N键中心穿过通向Co. D2h 群 ：N2O4 D2h群：乙烯 主轴垂直于荧光屏. σh在荧光屏上. D3h 群 ： 乙烷重叠型 D4h群：XeF4 D6h群：苯 D?h群： I3- D2d : 丙二烯 D3d : 乙烷交错型 D4d ：单质硫 Td 群：属于该群的分子，对称性与正四面体完全相同。具有4 C3个轴，按立方体对角线安置。 CH4 P4 （白磷） Td 群是24阶群： E ，