分子对称性

第四章分子对称性一、概念及问答题1、对称操作与点操作能不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作叫对称操作，对于分子等有限物体，在进行操作时，分子中至少有一点是不动的，叫做点操作2、旋转轴和旋转操作旋转操作是将分子绕通过其中心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，n次旋转轴用C n表示。

3、对称中心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。

和对称中心相应的操作。

叫做反演操作。

4、镜面和反映操作镜面是平分分子的平面，在分子中除位于镜面上的原子外，其他成对地排在镜面两侧，它们通过反映操作可以复原。

反映操作是使分子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。

5、C n群属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴。

6、C nh群属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴和垂直于此轴的镜σ。

面h7、C nv群属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴和通过此轴的镜面σ。

v8、D nh群在C n群中加入一垂直于C n轴的C2轴，则在垂直于C n轴的平面内必有n个σ，得D nh群。

C2轴得D n群，在此基础上有一个垂直于C n轴的镜面hσ能得到另外的什么群？9、在C3V点群中增加h得到D3h群。

根据组合原理两个夹角为α的对称面的交线必为一其转角为2α的对称轴，C 3V 中有三个v σ面，v σ与h σ之间为90度，所以必有三个C 2轴垂直于C 3轴，构成了D 3h 群。

10、假定-24CuCl 原来属于T d 群，四个氯原子的标记如图所示，当出现下列情况时，它所属点群如何变化？ a. 1Cl Cu -键长缩短b. 1Cl Cu -和2Cl Cu -缩短同样长度c. 12Cl Cl -间距离缩短 答：a. C 3V b. C 2V c. C 2V11、一立方体，在8个项角上放8个相同的球，如图所示，那么： a. 去掉1，2号球分子是什么点群？ b. 去掉1，3号球分子是什么点群？答：a. C 2V b. C 2V12、写出偶极矩的概念、物理意义及计算公式。

分子的对称性的概念和性质
分子的对称性是指分子内部的元素和化学键的排列方式能够使分子具有某种对
称性质，例如轴对称、面对称或中心对称等。

分子的对称性具有以下性质：
1. 对称性越高，分子越稳定。

高对称性的分子能更好地分散电荷，使电子对于分子的外界环境的影响降低，从而提高其稳定性。

2. 对称性决定了部分分子性质。

例如，分子的光学旋光性、通过红外光谱确定的基团、共振能力和一些电学性质，都与其对称性有关。

3. 不同的分子对称性能够使分子之间的相互作用发生变化。

例如，对称性相同的分子之间的吸引力强于对称性不同的分子，因为它们之间的电场相互作用更强。

4. 分子的对称性还决定了它们在不同状态下的性质。

例如，具有闭壳层分子轨道的分子具有惰性，而具有非闭壳层分子轨道的分子具有较强的反应性和化学活性。

第四章 分子的对称性§4.1 对称性操作和对称元素§ <1>分子对称性概念原子组成分子构成有限的图形，具有对称性。

与晶体的对称性不同。

晶体的主要对称性是点阵结构，而分子的对称性主要是指分子骨架在空间的对称性以及分子轨道（波函数）的对称性。

○1分子对称性：指分子的几何图形（原子骨架和原子、分子轨道空间形状）中有相互等同的部分，而这些等同部分互相交换以后，与原来的状态相比，不发生可辨别的变化，即交换前后图形复原。

○2对称操作：不改变物体内部任何两点间的距离，使图形完全复原的一次或连续几次的操作。

（借助于一定几何实体）○3对称元素：对图形进行对称操作，所依赖的几何要素，如：点，线，面及其组合。

<2>对称元素及相应的对称操作○1恒等元素和恒等操作，（E ） ΛE 所有分子图形都具有。

○2旋转轴（对称轴）和旋转操作，Λn n C C ,；对称轴是一条特定的直线。

绕该线按一定方向（逆时针方向为正方面）进行一个角度θ旋转，nπθ2=如：H 2O ： πθ21==n 。

分子中可能有 n 个对称轴，其中n 最大的称为主轴，其它称为非主轴，如：BF 3 ，主轴C 3 ，三个C 2垂直于C 3 与分子平面平行。

n C 将产生n 个旋转操作：E =-nn n n n n C C C C ,,,,12逆时旋转为正操作，k n C ；顺时旋转为逆操作，k n C -。

)(k n nk n C C --= 分子图形完全复原的最少次数称操作周期，旋转操作的周期为 n ；分子中，nC的轴次不受限制，n 为任意整数。

如： E =→332333,,C C C C○3对称和反映操作。

Λσσ, ：对称面是一个特定的镜面，把分子图形分成两个完全相等的对称部分，两部分之间互为镜中映像，对称操作是镜面的一个反映。

图形中相等的部分互相交换位置，其反映的周期为2。

E =Λ2σ。

对称面可分为：v σ面：包含主轴； h σ面：垂直于主轴；d σ面：包含主轴且平分相邻'2C 轴的夹角（或两个v σ之间的夹角）。

分子的对称性和空间构型在化学中，分子的对称性和空间构型是两个重要的概念。

对称性是指分子在一些操作下保持不变的性质，而空间构型则是描述分子中原子的相对位置和排列方式。

这两个概念在研究分子性质和反应机理中起着至关重要的作用。

首先，让我们来探讨分子的对称性。

对称性是指分子在一些操作下保持不变的性质，比如旋转、反射、转动等。

分子的对称性可以通过对称元素来描述，包括轴对称元素和面对称元素。

轴对称元素是指分子中存在一个轴，沿着这个轴旋转分子一定角度后，分子与原来的位置完全重合。

常见的轴对称元素有Cn轴（n为整数）和S2n轴（n为整数）。

面对称元素是指分子中存在一个面，将分子沿着这个面反射后，分子与原来的位置完全重合。

常见的面对称元素有σ面。

对称性对于分子的性质和反应机理的研究非常重要。

对称性可以决定分子的光谱性质、化学反应的速率和选择性等。

例如，分子的对称性可以决定分子的振动光谱中是否存在红外活性峰。

在化学反应中，对称性可以决定反应的速率和反应产物的选择性。

因此，通过对分子的对称性进行研究，可以更好地理解分子的性质和反应机理。

接下来，我们来讨论分子的空间构型。

空间构型是描述分子中原子的相对位置和排列方式的概念。

分子的空间构型可以通过分子的立体结构来描述。

分子的立体结构可以通过实验技术如X射线衍射、核磁共振等确定。

在分子的立体结构中，原子的相对位置和排列方式对于分子的性质和反应机理有着重要的影响。

例如，分子的立体结构可以决定分子的手性性质。

手性分子是指与其镜像不可重叠的分子，具有手性的分子在光学活性、药物作用等方面表现出独特的特性。

此外，分子的立体结构还可以决定分子之间的相互作用，如分子间的氢键、范德华力等。

分子的对称性和空间构型在化学中的应用非常广泛。

在有机化学中，对称性和空间构型的研究可以帮助我们理解有机分子的合成和反应机理。

在无机化学中，对称性和空间构型的研究可以帮助我们理解无机化合物的性质和反应机理。

化学中的分子对称性和分子手性化学是一门研究物质变化和构成的科学。

在研究物质的时候，人们关注物质的各个层面，从宏观到微观，从物理性质到化学性质。

其中，分子结构是理解物质性质的关键。

分子是由原子组成的，分子的性质受到原子数目、类型和结合方式的影响。

分子的对称性和手性是分子结构研究中的两个关键概念。

接下来，我们一起来了解分子对称性和分子手性的相关内容吧。

一、分子对称性对称性是物理学和数学中的一个基本概念，指物体在某种操作下，保持不变或沿着某个方向镜像对称。

在分子结构中，分子的对称性表现为分子各个部分在某些几何变换下保持不变。

如旋转、反演、镜面反射等。

分子对称性可以分为平面对称和空间对称。

平面对称是指分子中的某个平面将分子分为两个完全对称的部分。

例如在水分子中，氢原子相对于氧原子距离相等，形成了一个平面对称。

在NH3（氨）中，氢原子的三条化学键排列在一个平面上，这也是一个平面对称。

空间对称是指分子围绕空间中的轴或平面进行旋转或反演后，与原始结构重合。

如果转动360度之后重合，称为完全对称。

一个分子的对称性影响了分子的物理化学性质，也影响了分子的稳定性。

二、分子手性在分子结构中，当一个分子与其镜像分子之间不能重叠时，这个分子就是手性分子。

手性分子有左右两种形态，称为立体异构体。

因为它们的分子结构相似，但是它们的化学特性却不同。

手性分子存在于自然界中的生命物质、毒物、药物以及合成材料中。

例如，我们生活中常见的左旋糖和右旋糖就是一种手性分子，两种结构相同，但化学性质不同。

左旋糖不被人体代谢，而右旋糖能够被人体利用。

分子的手性是由分子中心对称性元素和键的排列方式决定的。

对角线和点对称元素都是分子手性的明显表现。

手性分子可以分为两种类型：左旋和右旋的手性分子。

三、分子对称性和手性的应用分子对称性和手性的研究是化学和生物化学不可或缺的一部分，因为它们关乎着各种物质的性质。

根据分子对称性和手性的不同表现，可以研究物质的反应规律以及物质的作用机理。