首页 > 分享 > 称操作及性质判断.ppt

称操作及性质判断.ppt

花匠小妙招
2024-12-28 15:21

《称操作及性质判断.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《称操作及性质判断.ppt（110页珍藏版）》请在知学网上搜索。

1、对称操作及其性质对称操作及其性质赵赵波波南京师范大学南京师范大学化学奥赛化学奥赛QQ群：群：416992654 对称对称是一个很常见的现象。在自然界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，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槐树叶、榕树叶又是另一种对称在人工在人工建筑中，北京的古皇城是中轴线对称。在化建筑中，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称性，有时会

2、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。义了对称元素来描述这些对称。对称性基础对称性基础我们生活的世界，从微观到宏观普遍存在着对我们生活的世界，从微观到宏观普遍存在着对称性，对称性是结构化学的重要内容，在描述称性，对称性是结构化学的重要内容，在描述分子结构和晶体结构等方面具有重要作用。对分子结构和晶体结构等方面具有重要作用。对称性是联系物质结构与性质的重要桥梁，利用称性是联系物质结构与性质的重要桥梁，利用对称性的概念以及有关原理和方法分析物质的对称性的概念以及有关原理和方法分析物质的结构和性质会使我们对它

3、们的认识更加深入。结构和性质会使我们对它们的认识更加深入。对对称称性性概概念念和和原原理理对对化化学学的的重重要要性性主主要要体体现在以下几个方面：现在以下几个方面：（1）它能简明地表达晶体结构；）它能简明地表达晶体结构；（2）它可简化分子结构的测定工作；）它可简化分子结构的测定工作；（3）它可以帮助正确的了解分子的性质；）它可以帮助正确的了解分子的性质；（4）它可以指导化学合成工作。）它可以指导化学合成工作。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

4、称操作和相应的点对称元素有下列几项。4.1对称操作和对称元素对称操作和对称元素1.旋转轴和旋转操作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，旋转依据的的对称元素角度使分子复原的操作，旋转依据的的对称元素为旋转轴。为旋转轴。n次旋转轴用记号次旋转轴用记号Cn表示。使物体复表示。使物体复原的最小旋转角（原的最小旋转角（0度除外）称为基转角度除外）称为基转角（）Cn轴的基转角轴的基转角=360/n，旋转角度按逆时旋转角度按逆时针方向计算。针方向计算。分子常见的分子常见的Cn轴有：轴有：C2，C3，C4，C5，C6，C等。

5、等。如：如：H2O中有中有C2轴，轴，NH3，HCCl3有有C3轴等。轴等。C3轴轴图图INi(CN)Ni(CN)4 4 2-2-图图IIMM2 2（COORCOOR）4 4X X2 2图图IIIReRe2 2ClCl8 8 2-2-C4 轴轴2.镜面和反映操作镜面和反映操作镜面是平分分子的平面，在分子中除位于经面上的原子外，镜面是平分分子的平面，在分子中除位于经面上的原子外，其他成对地排在镜面两侧，它们通过反映操作可以复原。其他成对地排在镜面两侧，它们通过反映操作可以复原。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

6、侧等距离处。延长线上，在镜面另一侧等距离处。分子中常用分子中常用表示，而晶体中常用表示，而晶体中常用m表示表示。nE,n为偶数为偶数，n为奇数为奇数：含主轴的面：垂直于主轴的面：含主轴且平分两个C2轴的面存在镜面的分子存在镜面的分子3.对称中心和反演操作对称中心和反演操作当分子有对称中心时，从分子中人一原子至对称当分子有对称中心时，从分子中人一原子至对称中心连一直线，将次线延长，必可在和对称中心中心连一直线，将次线延长，必可在和对称中心等距离的另一侧找到另一相同原子。和对称中心等距离的另一侧找到另一相同原子。和对称中心相对应的对称操作叫反演。相对应的对称操作叫反演。分子中常用分子中常用i表示

7、表示:inE,n为偶数为偶数i,n为奇数为奇数二茂铁二茂铁二茂铁二茂铁存在对称中心的分子存在对称中心的分子映映轴轴Sn的的基基本本操操作作为为绕绕轴轴转转3600/n，接接着着按按垂垂直直于于轴轴的的平平面面进进行行反反映映，是是C1n和和相继进行的联合操作：相继进行的联合操作：S1n=C1n4.反轴和旋转反演操作反轴和旋转反演操作反反轴轴In的的基基本本操操作作为为绕绕轴轴转转3600/n，接接着着按按轴轴上上的的中中心心点点进进行行反反演演，它它是是C1n和和i相相继进行的联合操作：继进行的联合操作：I1n=iC1n5.映轴和旋转反映操作映轴和旋转反映操作S4S6对称操作第一类实操作第二

8、类对称元对称元素符号素符号对称元素对称元素基本对称基本对称操作操作符号符号基本对称操作基本对称操作ECniSnIn-旋转旋转镜面镜面对称中心对称中心映轴映轴反轴反轴EC1niS1n=C1nIn=IC1n恒等操作恒等操作绕绕Cn轴轴按按逆逆时时针针方方向向转转3600/n通过镜面反映通过镜面反映按对称中心反演按对称中心反演绕绕Sn轴轴转转3600/n，接接着着按按垂直于轴的平面反映垂直于轴的平面反映绕绕In轴转轴转3600/n，接着按，接着按中心反演中心反演分子点群分子点群v分子点群的分类分子点群的分类分子点群的分类分子点群的分类在分子中，原子固定在其平衡位置上，其空间在分子中，原子固定在其平衡

9、位置上，其空间排列是对称的图象，利用对称性原理探讨分子排列是对称的图象，利用对称性原理探讨分子的结构和性质，是人们认识分子的重要途径，的结构和性质，是人们认识分子的重要途径，是了解分子结构和性质的重要方法。分子对称是了解分子结构和性质的重要方法。分子对称性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一。性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一。一个有限分子的对称操作群称为点群。一个有限分子的对称操作群称为点群。点群中点的含义：点群中点的含义：（1）这些对称操作都是点操作，）这些对称操作都是点操作，操作时分子中至少有一点不动；（操作时分子中至少有一点不动；（2）分子的全部）分子的全部对称元素至少通过一个

10、公共点。对称元素至少通过一个公共点。分子点群是充分反映分子对称性的概念，有熊夫分子点群是充分反映分子对称性的概念，有熊夫利斯记号和国际记号两种。分子点群大致可分为几利斯记号和国际记号两种。分子点群大致可分为几类：类：C Cn n、群群群群C Cnvnv、群群群群C Cnhnh、群群群群D Dn n、群群群群 D Dnhnh、群群群群D Dndnd、群群群群SnSn、群群群群高阶群高阶群高阶群高阶群多个高次轴Cn或In无无无i无C1有Cin为奇数n为4的整数倍无无无无无无有有有有有有有有DnSnCniCnhCnCsDnhDndCnv有nC2CnInhvhd表4.3.2 分子点群的判别多个多个高次

11、轴高次轴无无无无无无有有有有有有有有6C53C44C3hddhTTdThOOhIhI表4.3.2 分子点群的判别Cn点群点群v若分子只有若分子只有n次旋转轴，它就属于次旋转轴，它就属于Cn群，群元素为群，群元素为E，Cn，Cn2Cnn-1。这是这是n阶循环群。阶循环群。v现以二氯丙二烯（图现以二氯丙二烯（图I）为例说明。为例说明。图图图图I Iv该分子两个该分子两个HC/Cl碎片分别位于两个相互垂直的平面上，碎片分别位于两个相互垂直的平面上，C2轴穿过中心轴穿过中心C原子，与两个平面形成原子，与两个平面形成45夹角。夹角。C2轴旋轴旋转转180，两个，两个Cl，两个两个H和头、尾两个和头、尾两

12、个C各自交换，整各自交换，整个分子图形复原。我们说它属于个分子图形复原。我们说它属于C2点群，群元素为点群，群元素为E，C2。图图图图IIIIII旋转一定角度的三氯乙烷（图旋转一定角度的三氯乙烷（图旋转一定角度的三氯乙烷（图旋转一定角度的三氯乙烷（图IIIIII）也是也是也是也是C C3 3对称性分子。对称性分子。对称性分子。对称性分子。Cnv点群点群若分子有若分子有若分子有若分子有n n重旋转轴和通过重旋转轴和通过重旋转轴和通过重旋转轴和通过C Cn n轴的对称面轴的对称面轴的对称面轴的对称面 v v，就生成一，就生成一，就生成一，就生成一个个个个C Cnvnv点群。对称元素有点群。对称元

13、素有点群。对称元素有点群。对称元素有C Cn n和和和和n n个个个个 v v，阶次为，阶次为，阶次为，阶次为2n2n。与水分子类似的与水分子类似的与水分子类似的与水分子类似的V V型分子，如型分子，如型分子，如型分子，如SOSO2 2、NONO2 2、ClOClO2 2、HH2 2S,S,船式环已烷船式环已烷船式环已烷船式环已烷(图图图图IVIV)、N N2 2HH4 4(图图图图V)V)等均属等均属等均属等均属C C2v2v点群。其点群。其点群。其点群。其它构型的分子亦多属它构型的分子亦多属它构型的分子亦多属它构型的分子亦多属C C2v2v点群的，如稠环化合点群的，如稠环化合点群的，如稠

14、环化合点群的，如稠环化合（C C1414HH1010），茚，杂环化合物呋喃茚，杂环化合物呋喃茚，杂环化合物呋喃茚，杂环化合物呋喃(C(C4 4HH4 4O)O)吡啶吡啶吡啶吡啶(C(C5 5HH5 5N)N)等。等。等。等。水分子属水分子属水分子属水分子属C C2v2v点群。点群。点群。点群。C C2 2轴经过轴经过轴经过轴经过OO原子、平分原子、平分原子、平分原子、平分HOHHOH，分分分分子所在平面是一个子所在平面是一个子所在平面是一个子所在平面是一个 v v平面，另一个平面，另一个平面，另一个平面，另一个 v v平面经过平面经过平面经过平面经过OO原子原子原子原子且与分子平面相互垂直

15、。且与分子平面相互垂直。且与分子平面相互垂直。且与分子平面相互垂直。图图IV.船式环已烷船式环已烷图图V.N2H4NHNH3 3分子分子分子分子(图图图图VI)VI)是是是是C C3v3v点群典型例子。点群典型例子。点群典型例子。点群典型例子。C C3 3轴穿过轴穿过轴穿过轴穿过N N原子和三原子和三原子和三原子和三角锥的底心，三个对称面各包括一个角锥的底心，三个对称面各包括一个角锥的底心，三个对称面各包括一个角锥的底心，三个对称面各包括一个N-HN-H键。键。键。键。图图VI.NH3COCO分子分子分子分子(图图图图VIII)VIII)是是是是C Cvv点群典型例子。点群典型例子。点群典型例

16、子。点群典型例子。C Cvv轴穿过了轴穿过了轴穿过了轴穿过了C C原原原原子和子和子和子和OO原子所在的直线，任何一个经过原子所在的直线，任何一个经过原子所在的直线，任何一个经过原子所在的直线，任何一个经过C C原子和原子和原子和原子和OO原子所原子所原子所原子所在的面都是其在的面都是其在的面都是其在的面都是其 v v平面。平面。平面。平面。其它三角锥型分子其它三角锥型分子其它三角锥型分子其它三角锥型分子PClPCl3 3、PFPF3 3、PSClPSCl3 3、CHCH3 3ClCl、CHClCHCl3 3等，等，等，等，均属均属均属均属C C3v3v点群。点群。点群。点群。P P4 4S S3 3(图图图图VIIVII)亦属亦属亦属亦属C C3v3v点群。点群。点群。点群。图图VII.P4S3图图VIII.CO分子分子Cnh点群点群属于属于属于属于C Cnhnh点群的分子，有一个点群的分子，有一个点群的分子，有一个点群的分子，有一个n n重旋转轴和一个重旋转轴和一个重旋转轴和一个重旋转轴和一个垂直于轴的对称面。阶次为垂直于轴的对称面。阶次为垂直于轴的对称面。阶次为垂直于轴的对称面。