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结构化学分子的对称性备课讲稿

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化学分子的对称群精品教案

化学分子的对称群精品教案

化学分子的对称群【教学目标】1．熟练运用分子的对称群的定义解决具体问题。

2．亲历分子对称群的性质的探索过程，体验分析归纳得出保持空间所有点不动的恒等操作是一个对称操作，进一步发展学生的探究、交流能力。

【教学重难点】重点：掌握分子的对称性。

难点：分子的对称群性质的实际应用。

【教学过程】一、直接引入师：今天这节课我们主要学习分子的对称群，这节课的主要内容有分子的对称性，分子对称群的定义和性质，并且我们要掌握这些知识的具体应用，能熟练解决相关问题。

二、讲授新课（1）教师引导学生在预习的基础上了解分子的对称性内容，形成初步感知。

（2）首先，我们先来学习分子对称性的概念，它的具体内容是：为了建立严格的分子对称性的概念，科学家们使用了群这一数学工具。

保持空间所有点不动的恒等操作是水分子的一个对称操作。

研究的反射变换总是与对称面联系在一起。

它是如何在题目中应用的呢？我们通过一道例题来具体说明。

例：如何通过对称操作来定义分子的对称面？解析：如图，平面线段，且过线段的中点，这时，交换点的位置，得α⊥1AA 1AA O 1,A A 到的线段与原来的线段重合，就称平面为线段的对称面。

α1AA根据例题的解题方法，让学生自己动手练习。

H O练习：的对称面有哪些？2H O解：有两个对称面，分子所在的平面就是一个对称面，经过关于这个平面的反射，2所有的原子都保持不动；包含氧原子并垂直于分子所在平面的平面也是一个对称面，经过这个对称面的反射，氧原子保持不动，而两个氢原子交换位置。

（3）接着，我们再来看下分子的对称操作内容，它的具体内容是：旋转变换是绕一条直线的旋转，这条直线称为真轴。

H O的4个对称操作：恒等操作；关于2个对称面的2个反射；绕一条真轴的旋转。

2它是如何在题目中应用的呢？我们也通过一道例题来具体说明。

H O例：写出的全部对称操作。

2解析：恒等操作；关于2个对称面的2个反射；绕一条真轴的旋转。

这4个对称操作组H O成的集合包含了的全部对称操作。

结构化学分子的对称性演示文稿

结构化学分子的对称性演示文稿

条棱对应着3条S4. 每个S4可作出S41 、S42 、S43 三个
Z
对称操作，共有9个对称操作. 但每条S4必然也是C2， S42与C2对称操作等价，所以将3个S42划归C2，
穿过正四面体每条棱 并将四面体分为两半 的是一个σd , 共有6个 σd 。
Y
X
从正四面体的每个顶点到对
面的正三角形中点有一条C3 穿过, 所以共有4条C3,可作出 8个C3对称操作。
四面体 面：4个正三角形 顶点：4个 棱：6条
立方体 面：6个正方形 顶点：8个 棱：12条
八面体 面：8个正三角形 顶点：6个 棱：12条
十二面体 面：12个正五边形 顶点：20个 棱：30条
二十面体 面：20个正三角形 顶点：12个 棱：30条
立方群：包括T、Td 、Th 、O、Oh 、I、Ih 等.
D3群：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.
C2
C2
唯一的C3旋转轴从正三角形中 心穿过, 通向中心Co;
三条C2旋转轴分别从每个N–N
键中心穿过通向Co.
C2
Dnh群：在Dn 基础上，还有一个垂直于主轴的对称面σh。
群的阶为4n。
D2h 群 ：N2O4
θ
甲基不处于最高对称位置 甲基处于最高对称位置
属于T群
属于Td群
Th群：T群的基础上，在垂直C2轴方向还有对称面，3个C2 轴则有3个对称面，C2轴与垂直的对称面又会产生对称中 心。群的阶为24。 属Th群的分子也不多。近年合成了过渡金属与C的原子簇 合物Ti8C12+、V8C12+即属此对称性。
Ti8C12+ 属Th点群

第四章分子的对称性11讲解

第四章分子的对称性11讲解
（In=Cn/2+σ），Cn/2h标记，群阶为n 。
Td点群 ——有4个C3，3个I4，6个σd，群阶为24。
Oh点群 ——有3个C4，4个C3，6个C2，6个σd，3 个σh，i，群阶为48。
Ih点群 ——有6个C5， 20个C3，15个C2， 15个σ， i，群阶为120。
分子
确定分子点群的流程简图
➢ 对称元素的组合规则
根据对称操作的乘法关系可以证明： 当分子中两个对称元素按一定的相对位 置同时存在时，必能导出第三个对称元 素。
Cn v Cn，n v
Cn C2 Cn，n C2
Cn h Cn， h，i(n为偶数) Cn h vC2 Cn，n C2， (n 1)，i(n为偶数) S4或I4(C2 )
对称操作群——分子点群
分子的对称元素服从对称元素组合
规则，每一分子都具有一个特定的对称 元素系，由它产生的全部对称操作构成 一个对称操作集合 G，考察此集合对对 称操作的乘法的性质，可发现该集合 G 具备下列四条性质：
1. 封闭性
2. 结合律
3. 单位元
4. 逆元
称此对称操作集合对于对称操作的乘法构成一个 群，此群称为对称操作群。
{ˆ ,ˆ 2 Eˆ }
➢ σ。
H2O、NH3、BF3、HCN等分子均有
B2Cl4
映(转)轴和旋转反映操作
➢ 映(转)轴记为Sn，所对应的全部旋 转反映操作记为
n＝奇 {Sˆn1 , Sˆn2 ,, Sˆnn ˆ , Sˆnn1,, Sˆn2n Eˆ }
n＝偶 {Sˆn1 , Sˆn2 , Sˆn3, Sˆn4 ,, Sˆnn Eˆ }
旋转轴与旋转操作
➢ 旋转轴记为Cn，轴次记为n，旋转操 作的基转角α=360°/n。 ➢ 旋转轴 Cn所对应的全部对称操作为

结构化学 第四章 分子对称性

结构化学 第四章 分子对称性
I3包括C3和i的全部对称操作，I31 和 I35 可由 C31 和 i
等组合而得，故I3可看作由C3和 i 组合得到：
i I3= C3 +
I4对称元素包括下列操作： I14iC14 ，I42C12 ， I43iC43 ， I44E
I4轴包括C2轴，但是并不具有C4轴，也不具有i， I4不等于C4和i两个对称元素的简单加和，I4是一 个独立的对称元素。 在CH4中包含3个互相垂直相交的I4轴。
同核双原子分轴 反轴In的基本操作：绕轴转360/n，接着按轴上的 中心点进行反演。
I1niC1n 是操作C1n 和i相继进行的联合操作。 I1的对称元素等于i I2的对称元素等于h I3包括6个对称操作： I31iC31 ，I32C32， I33i，I34C31， I35iC32， I36E
反轴In与映轴Sn及它们与其他对称元素的关系：
I1S2 i
I2 S1
I3 S6 C3 i
S1I2
S2 I1 i
S3 I6 C3
I 4 S4 I5 S10 C5 i
S4 I 4
S5 I10 C5
I6 S3 C3
S6 I3 C3 i
逆操作: 按原途径退回的操作.
实操作：能具体操作，直接实现。 旋转操作
第4章 分子的对称性
分子的对称性
1. 对称操作和对称元素 2. 对称操作群及对称元素的组合 3. 分子的点群 4.分子的偶极矩和分子的结构 5.分子的手性和旋光性
掌握分子对称性的意义：
1. 它能简明地表达分子的构型。 2. 可简化分子构型的测定工作。 3. 帮助正确地了解分子的性质。 4. 指导化学合成工作。
推论: 一个偶次旋转轴与对称中心组合，必定有一个垂直 于这个轴的镜面。

结构化学第四章分子对称性

结构化学第四章分子对称性
X射线晶体学需要制备晶体样品，通过X射线照射晶 体并记录衍射数据，再通过计算机软件分析衍射数 据，最终得到分子的晶体结构。
X射线晶体学对于理解分子结构和性质具有重要意义 ，尤其在化学、生物学和材料科学等领域中广泛应 用。
分子光谱方法
分子光谱方法是研究分子对称 性的另一种实验方法。通过分 析光谱数据，可以确定分子的 振动、转动和电子等运动状态 ，从而推断出分子的对称性。
04
分子的点群
点群的分类
80%
按照对称元素类型分类
分子点群可按照对称元素类型进 行分类，如旋转轴、对称面、对 称中心等。
100%
按照对称元素组合分类
分子点群可按照对称元素的组合 进行分类，如Cn、Dn、Sn等。
80%
按照分子形状分类
分子点群可按照分子的形状进行 分类，如线性、平面、立体等。
点群的判断方法
分子没有对称元素，如 NH3。
分子有一个对称元素， 如H2O。
分子有两个对称元素， 如CO2。
分子有多个对称元素， 如立方烷。
02
分子的对称性
对称面和对称轴
对称面
将分子分成左右两部分的面。
对称轴
将分子旋转一定角度后与原分子重合的轴。
对称中心
• 对称中心：通过分子中心点，将分子分成互为镜像的两部分。
具有高对称性的分子往往表现出较弱的磁性，因为它们具有较低的轨道和自旋分 裂能。相反，对称性较低的分子可能表现出较强的磁性，因为它们的轨道和自旋 分裂能较高。
对称性与化学反应活性
总结词
分子对称性对化学反应活性也有重要影响，可以通过对称性 分析来预测和解释分子的化学反应行为。
详细描述
具有高对称性的分子往往具有较低的反应活性，因为它们的 电子云分布较为均匀，难以发生化学反应。相反，对称性较 低的分子可能具有较高的反应活性，因为它们的电子云分布 较为不均匀，容易发生化学反应。

结构化学授课教案

结构化学授课教案
分析与指导：学习本节的一种有效途径是用分子图形软件构造各种有代表性的三维 分子模型，进行演示，特别是让学生自己动手去操作和观察（由学生下载 Chemsk 软件 自行制作三维动态分子模型，或为学生提供 ENT 格式文件，下载 Rasmol 浏览器即可作 动态观察），在此过程中还能体会到真操作与虚操作的差异. 本教材 CD 中提供了大量的 可操作 3D 模型.
结构化学授课教案
第四章 分子对称性与群论初步
说明：
1．由课程负责人李炳瑞编著的《结构化学》多媒体版，2004 年 6 月已由高等教育 出版社作为普通高等教育“十五”国家级规划教材出版发行。 其中印刷本 46 万字， CD 版容量 426M.，含 1092 张幻灯片、700 多幅彩色图片、172 个分子与晶体模型。
—— 杨振宁
对称是自然界中普遍存在的一种性质,因而常常被认为是最平凡、最简单的现象. 然而, 对称又具有最深刻的意义. 科学家、艺术家、哲学家从各种角度研究和赞美对称， “完美的对称”、“可怕的对称”、“神秘的对称”，这些说法都表明了对称性在人类心灵 中引起的震撼.
对称性与化学有什么关系？ 对称性如何支配着物质世界的运动规律？ 下面,让我们首先观察一下自然界中广泛存在的丰富多彩的对称现象。这样的事例 俯拾皆是, 有些存在于自然现象和自然规律之中，有些则是人类受到自然界的启发，进 而将对称性融入自己的创造性活动的结果： 生物界的对称现象：花卉、树叶、仙人球、… …，蝴蝶、海星、飞鸟、蜂巢、… … 建筑艺术中的对称性：天坛、宝塔、亭、拱桥、泰姬陵、… …
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，其中每一半相当于一首“手性”诗，这就是回文， 是对称性在文学中的应用；有一种乐曲，从头到尾和从头到尾演奏，都是一首美妙乐曲， 这就是双声部乐曲，是对称性在音乐中的应用。

结构化学第四章分子对称性精讲


共同对称元素：
6C5，10C3，15C2，等

对称操作：
E
12C5
i
12S10
12C52
20C3 15C2
12S103
20S6 15σ h=120
C60
四面体群Td
八面体群Oh
十二面体群 Id
11、线形分子
共同对称元素： C ，v 对于HCN，无对称中心，对称点群为 Cv 若有对称中心，如CO2，对称点群为Dh
ˆ n 1 , C ˆ (1) , C ˆ (1) , ,C n 2 2
ˆ (1) ,C 2

群阶：2n
D2 群
主轴C2垂直于荧光屏
6、Dnh点群 Cn+ nC2(Cn) + h Dnh
对称元素： Cn+ nC2(Cn) + h Dnh
n=偶数：Cn, nC2(Cn), h, In, nv, i n=奇数：Cn, nC2(Cn), h, I2n, nv
药物分子的不对称合成
对称性破缺在生命科学中产生了极为深远的影响，因为构成生命 的重要物质如蛋白质和核酸等都是由手性分子缩合而成，生物体中 进行的化学反应也受到这些分子构型的影响. 药物分子若有手性中心 ，则对映异构体对人体可能会有完全不同的作用，许多药物的有效 成份只有左旋异构体有活性, 右旋异构体无效甚至有毒副作用。例如 ，早期用于减轻妇女妊娠反应的药物酞胺哌啶酮因未能将R构型对映 体分离出去而导致许多胎儿畸形. 类似的情况还有很多，仅举几例, 它们的有效对映体和另一对映体的构型与作用如下：
手性有机化合物的合成方法主要有4种: （1）旋光拆分,（2）用 光学活性化合物作为合成起始物,（3）使用手性辅助剂,（4）使用手 性催化剂. 一个好的手性催化剂分子可产生10万个手性产物. 21世纪的第一个诺贝尔化学奖授予威廉· S· 诺尔斯、野依良治、 K· 巴里· 夏普莱斯, 就是表彰他们在手性催化反应方面的贡献.

结构化学基础课件 第四章 分子的对称性


②第二步，进行右上角的乘法， 分子进行 反映，N和H1保持不变，H2与H3互换位置，
再绕 轴旋转120度，则N还是不变，H2到H1 位置，H1到H2位置，H3回到原位置，两个操 作的净结果，相当于一个 镜面反映……可
写出右上角的九个结果。
③同理也可写出左下角的九个结果。旋转操 作和反映操作相乘，得到的是反映操作；两 个旋转操作相乘和两个反映操作相乘得到的 是旋转操作。
学时安排 学时----- 4学时
第四章.分子的对称性
对称 是一种很常见的现象。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。
I1 S2 i
S1
I
2
I2 S1
S2 I1 i
I3
S
6
C3
i
S3
I
6
C3
I4 S4
S4
I
4
I5 S10 C5 i
S5 I10 C5
I6 S3 C3 S6 I3 C3 i
负号代表逆操作，即沿原来的操作退回去的操作。
S4 S6
对称元 素符号
E Cn
I1n=iC1n 4.1.5.映轴和旋转反映操作
映轴S1n的基本操作为绕轴转3600/n， 接着按垂直于轴的平面进行反映，是C1n和 σ相继进行的联合操作：
S1n=σC1n
如果绕一根轴旋转2/n角度后立即对垂直于这根轴的一 平面进行反映，产生一个不可分辨的构型，那么这个轴就

结构化学分子对称性省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件


Sn (even n)
C2 Cn?
NO
YES
if h
Cnh
if n v
Cnv
else
Cn
if h
Dnh
if n d
Dnd
else
Dn
28
分子旳偶极矩和极化率
偶极矩：dipole, μ=qr (库仑米 Cm)
μ=4.8×10-18 cm esu =4.8D Debye 1D=3.336×10-30 Cm
A sphere, like an atom, is Kh
27
Decision tree:
Linear?
YES Perpendicular Axis?
YES
Dh
NO
Cv
NO Special Group?
YES
Td, Oh, Ih
NO Cn? NO
if
Cs
if i
Ci
else
C1
YES
S2n? YES NO
entry
1 2 3 4 5 6 7[d] 8[d] 9[d] 10[d] 11[d] 12[e]
catalyst
HBC-1 HBC-2 HBC-3 HBC-4 HBC-5 HBC-6 HBC-6 HBC-6 HBC-6 HBC-6 HBC-6 HBC-6
solvent
h yield[%][b] ee[%][c]
Cnh: only n-fold axis, a horizontal mirror plane, a center of symmetry or
an
improper axis.
Example of C2h: trans dichloroethylene; of C3h: B(OH)3.

分子的对称性结构化学课件共47页文档

分子的对称性结构化学课件
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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