分子对称性与点群11jghx3的.pptx

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第三章 分子的对称性自然界中的对称建筑中的对称微观世界的对称性对称性在化学中的意义1)简明表达分子构型和晶体结构;2)简化分子构型的测定工作,减少计算量;3)帮助正确了解分子和晶体性质;4)指导化学合成工作。 §3.1 对称操作和对称元素对称操作:不改变物体内部任意两点间距离而使物体复原的操作。操作结果: ①等价 ②恒等等价恒等对称元素:对称操作所据以进行的几何要素(点、线、面)称为对称元素。分子中的对称元素有:旋转轴Cn镜面sn对称中心i映轴Sn3.1.1旋转轴 和旋转操作旋转操作是将分子绕通过其中心的轴旋转一定的角度使分子复原的操作,旋转依据的对称元素为旋转轴。 基转角:能使物体复原的最小旋转角(0o除外)a=360o/n 旋转角度按逆时针方向计算。基本旋转操作:旋转角等于基转角的旋转操作,记作113221233231阶次:使物体完全复原所需基本操作的最少次数。 Cn的阶次为n,称为n重旋转轴。1个Cn轴包含n个旋转操作:C2轴:C4轴:C4轴方向一定有C2轴C6轴:C6轴方向一定有C2轴和C3轴若分子存在多个旋转轴,轴次较高的为主轴,其余的为副轴。分子中常见的对称轴 对应的操作有两个奇数偶数3.1.2对称中心i和反演操作当分子有对称中心i时,从分子中任一原子至对称中心连一直线,将此线延长,必可在和对称中心等距离的另一侧找到另一相同原子。和对称中心相应的对称操作叫反演或倒反。 有对称中心的分子(中心对称分子)没有对称中心的分子: 对应的操作有两个3.1.3镜面 和反映操作反映操作是使分子中的每一点都反映到该点到镜面垂线的延长线上,在镜面另一侧等距离处。反映的对称元素是镜面。 奇数偶数当分子中同时含有对称轴和镜面时,根据对称轴与镜面的空间排布方式,镜面可分三类: ?v ?h ?d?v通过主轴的镜面 (vertical)?h垂直于主轴的镜面 (horizontal)?d过主轴且平分副轴(一般为C2轴)夹角的镜面(diagonal/dihedral)3.1.4映轴Sn 和旋转反映操作旋转反映操作:分子绕轴转360?/n,接着按垂直于该轴的镜面进行反映而能使分子复原的操作.旋转反映操作的对称元素称映轴。3214412343122143映轴包含的对称操作分析S1= ?S2= iS3=C3+ ?hS4独立 存在S5=C5+ ?hS6=C3+ i对于映轴Sn有Cn + ?h 2n个操作 n为奇数Sn =Cn/2 + i n个操作 n为偶数但不是4的倍数 Sn n个操作 n为4的倍数对称元素和对称操作对称操作对称元素旋转第一类对称操作,实操作旋转轴第一类对称元素反演第二类对称操作,虚操作对称中心第二类对称元素反映镜面旋转反映映轴(4) 满足结合律 §3.2对称操作群3.2.1 群的定义 当集合G:同时满足下列四个条件,则该集合G形成一个群。(1) 封闭性:集合中任意两元素的“乘积”仍在此集合中。“乘积”是群规定的元素运算法则。(2) 存在单位(恒等)元素(3) 存在逆元素说明:(1)群中的单位元素和每个元素的逆元素都是唯一的;(2)群中的元素是广泛的,可以是数字、物理动作、对称操作和矩阵等;(3)群元素之间的“乘法”是广义的。例:全体整数(包括0)对数学上的加法构成群。例:四个动作:立正、向左转、向右转和向后转构成群。分子全部对称操作形成一个对称操作群。例:H2O的所有对称操作构成群封闭性恒等元素逆元素结合律一个有限分子的对称操作群称为点群。“点”:1)分子的大小有限,对于任一对称操作都至少 有一点不动; 2)所有的对称元素至少有一个公共交点。“群”:分子中全部对称操作的集合满足数学上“群”的定义。(封闭性,存在主操作,存在逆操作,满足结合律)群元素:组成点群的每个独立对称操作称群元素。阶次:点群中独立操作的数目称阶次。3.2.2 群的乘法表将h阶群的h个元素分别排成一行和一列,在行坐标和列坐标的交点处按照列元素×行元素的规则作用,即先作用行元素,再作用列元素。规定进行对称操作时,参考坐标系在空间固定不动,只动分子。群的乘法表的性质:1) 在每一行或列中,群的每一元素必定出现一次,且只能出现一次。2) 每一行或列与其它行或列是不相同的。3)同类对称操作(同为第一类或同为第二类)相乘得第一类对称操作,异类对称操作(第一类和第二类,或第二类和第一类)相乘得第二类对称操作。 3.2.3 对称元素的组合当一个分子有多种对称元素同时存在时,可根据对称操作乘法关系证明,当两个对称元素按某种相对位置同时存在时,必定能推导出第三个对称元素,称为对称元素的组合。两个旋转轴的组合旋转轴与镜面的组合偶次轴与和它垂直的镜面的组合旋转轴组合当分子中存在一个Cn轴及一个与Cn轴垂直的C2轴,则必有n个C2轴垂直与Cn轴。 Cn+C

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