下载文档原格式
对称性原理--------化学中的各种对称性化学系11级3班16号贠吉星摘要：化学科学自身有着丰富的哲学内涵，它于物理学有着密切的联系，物理中存在的对称现象，在化学中也存在。
这里，仅从分子的手性，手性以及晶体结构三个方面的理论问题做一论述。
关键词：对称极性手性晶体结构“对称性”一词在我们的生活中并不陌生。
它是人们在观察和认识自然的过程中产生的一种观念。
在物理学中，对称性可以理解为一个运动，这个运动保持一个图案或一个物体的形状在外表上不发生变化。
在自然界千变万化的运动演化过程中，运动的多样性显现出了各式各样的对称性。
对称的现象无所不在，不仅存在于物理学科，也存在于化学乃至自然界。
对称性在化学界有着广泛的应用。
通过对化学一年多的学习，我浅显的了解到化学中存在的一些对称现象。
这些对称现象既深奥，又充满趣味。
分子的极性在化学这门科学中，从微观的角度讲，分子可分为极性分子和非极性分子。
而非极性分子（non-polar molecule）就具有对称性，它是指原子间以共价键结合，分子里电荷分布均匀，正负电荷中心重合的分子（此定义来自百度百科）。
也就是说，在非极性分子中正负电荷中心重合，从整个分子来看，电荷分布是均匀的，对称的。
它大概可以分为两种情况：1）当分子中各键全部为非极性键，分子是非极性的（臭氧除外)。
例如，H2、O2、N2。
2）当一个分子中各个键完全相同，都为极性键，但分子的构型是对称的，则该分子也是非极性的。
例如，CO2、CH4、C2H2、BF3等区分极性分子和非极性分子的方法有以下几种:1、中心原子化合价法:组成为ABn型化合物,若中心原子A的化合价等于族的序数,则该化合物为非极性分子.如:CH4,CCl4,SO3,PCl52、受力分析法:若已知键角(或空间结构),可进行受力分析,合力为0者为非极性分子.如:CO2,C2H4,BF33、同种原子组成的双原子分子都是非极性分子。
4、简单判断方法对于AnBm型 n=1 m>1 若A化合价等于主族数则为非极性 分子的手性手性（chirality）一词源于希腊语词干“手”χειρ(ch[e]ir~)，在多种学科中表示一种重要的对称特点。
高中化学竞赛题--对称性和VSEPR中学化学竞赛试题资源库——对称性和VSEPRA组B组1．IO65－中的I是采用何种形式杂化A d2sp3B sp3dC dsp3D sp3d22．下列分子或离子为平面四边形构型的是A ICl4B ClO4－C BrF4＋D SF43．ClO3F的结构属于A 线型B 平面四边C 平面三角D 四面体4．XeF2和PCl5两种分子没有极性，而XeO3分子则是极性分子，试画出这三种分子的结构。
5．磷的氯化物有PCl3和PCl5，氮的氯化物只有NCl3，为什么没有NCl5？白磷在过量氯气（其分子有三种不同的相对分子质量）中燃烧时，其产物共有几种不同分子。
6．在立方体中找出4根三重轴，3根四重轴和9个镜面。
C组7．HCN和CS2都是直线型分子，请写出它们的对称元素。
8．写出H3CCl分子中的对称元素。
9．写出三重映轴S3和三重反轴I3的全部对称操作。
10．写出四重映轴S4和四重反轴I4的全部对称操作。
11．写出σxz和通过原点并与x轴重合的C2轴的对称操作C21的表示矩阵。
12．用对称操作的表示矩阵证明：（a）C21（x）σxy＝i （b）C21（x）C21（y）＝C21（x）（c）σyzσxz＝C21（x）13．写出ClHC＝HCl（反式）分子的全部对称操作及其乘法表。
14．写出下列分子所归属的点群：HCN，SO3，氯苯（C6H5Cl），苯（C6H6），素（C10H8）。
15．判断下列结论是否正确，说明理由。
（a）凡直线型分子一定有C∞轴。
（b）甲烷分子有对称中心。
（c）分子中最高轴次（n）与点群记号中的n相同（例如C3h中最高轴次为3）。
（d）分子本身有镜面，它的镜像和它本身全同。
16．联苯C6H5－C6H5有三种不同构象，两苯环的二面角（α）分别为：（a）α＝0（b）α＝90o，（c）0＜α＜90o，试判断这三种构象的点群。
17．SF5Cl分子的形状和SF6相似，试写出它的点群。
《化学对称性的解题方法归纳》化学对称性的解题方法归纳1. 对称元素的识别在解题时，首先要识别化合物中存在的对称元素。
对称元素包括旋转轴、反射面和平面镜等。
- 旋转轴：旋转轴是指围绕某一轴线旋转一定角度后，分子结构保持不变。
常见的旋转轴有C2、C3、C4和C6。
通过识别旋转轴的存在，可以确定化合物的旋转对称性。
- 反射面：反射面是指可以将分子结构完全翻转而得到原始结构的平面。
常见的反射面有垂直于分子主轴的σv和垂直于分子对称面的σh。
通过识别反射面的存在，可以确定化合物的反射对称性。
- 平面镜：平面镜是指可以将分子结构完全映射到其余空间上的平面。
通过识别平面镜的存在，可以确定化合物的平面对称性。
2. 分子对称元素的应用分子对称元素的存在对于求解化学问题非常重要。
- 找到所有的旋转轴、反射面和平面镜，并标记出来。
- 利用对称元素的存在，可以推导出分子的对称性和分子的属性，如立体结构、高对称性等。
- 根据分子的对称性，可以推断其物理和化学性质。
例如，根据分子的对称性可以预测其光谱性质、溶解度、熔点等。
3. 对称性的应用举例以下是几个对称性在化学中的具体应用举例：- 反应速率：分子的对称性可以影响化学反应的速率。
对称性越高的分子，其反应速率越快。
- 光谱特性：分子的对称性可以影响其红外光谱和拉曼光谱的特性。
具有高对称性的分子往往在红外光谱和拉曼光谱中表现出特殊的对称性规律。
- 分子的性质：分子对称性与其性质之间存在一定的关联。
例如，具有D2h对称性的分子通常具有高熔点和高沸点。
4. 结论在化学中，对称性是一个重要的概念，可以帮助我们理解分子结构和性质。
通过识别分子中的对称元素，我们可以推导出分子的对称性，并进一步推断其物理和化学性质。
因此，在解题时，我们应该重视对称性的应用。
中级无机化学习题第二章 对称性与群论基础1、利用Td 点群特征标表(右表)回答下列问题 （1）、群阶，对称操作类数，不可约表示数（2）、SO 42-离子中S 原子3p x 轨道及3d xy 轨道所属的不可约表示 （3）、可约表示Г（10,-2,2,0,0）中包括了哪些不可约表示？SO 42-离子是否表现为红外活性？SO 42-离子是否表现为拉曼活性的？解：（1）点群的阶h=8；对称操作类=5；不可约表示数=5（2）S 原子的P X 轨道所属不可约表示为T 2表示。
（3）()01231)2(811018111=⨯⨯+⨯-⨯+⨯⨯=⋅Γ⋅=∑iA g h a χ；同理 02=A a ;11=T a ;12=T a ;2=E a ；故可约表示E T T 221)0,0,2,2,10(⊕⊕=Γ-因T 2表示中包含（x,y,z ）和 (xy,xz,yz),故既表现为红外活性又表现为拉曼活性。
2（1）、点群的阶，对称操作类数，不可约表示数（2）、NH 3分子中偶极矩所属的不可约表示（3）可约表示Г（6，0，2）中包括了哪些不可约表示？ 解：（1）点群的阶h=6; 对称操作类=3；不可约表示数=3 （2）NH 3分子中偶极矩所属不可约表示为A 1表示 （3）()21231021616111=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=⋅Γ⋅=∑iA g h a χ；同理 02=A a ， 2=E a ； 故可约表示E A 221)2,0,6(⊕=Γ3．利用C 4v 点群特征标表(见下表)回答下列问题（1）、点群的阶，对称操作类数，不可约表示数 （2）、SF 5Cl 分子中S 原子Px 轨道所属的不可约表示 （3）、可约表示Г（4，0，0，-2，0）中包括了哪些不可约表示？4、 试用特征标表的分析MnO 4-的杂化方式。
（要求有分析的详细过程）。
第三章 配位化学基础1、配位体与中心金属离子的π 成键作用将影响配合物的分裂能，假定配位体的π 轨道能量低于中心金属离子的π 轨道，且已被电子所填满。
![中级无机化学[第二章分子的对称性与分子结构] 山东大学期末考试知识点复习](https://img.taocdn.com/s1/m/1f7d2a472b160b4e767fcf28.png)
第二章分子的对称性与分子结构1．对称操作与分子点群(1)对称操作与对称元素对称操作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。
对称操作分为点操作和空间操作。
点操作：操作进行时图像中至少有一个点(质量重心)不动。
点操作适用于组成有限的物体或分子。
空间操作：操作进行时图像中每个点都移动。
空间操作适用于无限的点阵或晶体结构。
(2)点对称操作群(点群) 点群：一个分子具有的对称操作的完备集合。
根据分子具有的特征对称元素可以判断分子所属的点群。
2．特征标表的结构和意义特征标表：将点群的所有不可约表示的特征标及相应的基列成的表称为特征标表。
不可约表示的Mulliken符号：(1)一维表示：A(对称)或B(反对称)；二维表示：E；三维表示：T(也用F)；四维表示：G；五维表示：H。
(2)A和B的下标：基向量对于垂直于主轴的旋转是对称的则下标为1，是反对称的则下标为2。
是对称的则上标为“'”，是反对称的则上标为“''”。
(3)上标：基向量对于σh下标：基向量对于反演是对称的则下标为g，是反对称的则下标为u。
可约表示的约化——群分解公式：——第i个不可约表示出现的次数；式中：aiR——点群中任意一个对称操作；h——点群的阶或所有对称操作之和；g——同类操作中操作数目；χ(R)——不可约表示的特征标；i(R)——可约表示的特征标。
χs对称性和群论在无机化学中的应用：可以利用分子对称性判断偶极矩和旋光性；判断AB型分子中中心原子A的s，p和d轨道的对称性；构建分子轨道和σn杂化轨道；分析化学反应中的轨道对称性效应；讨论键伸缩振动的对称性等。
浅说高中化学竞赛中“对称”问题的解题思路在化学竞赛中高度对称化合类试题在历年竞赛中均有所涉及，且结构对称的化合物在中学教材中有不少，如甲烷、乙烷、白磷、金刚石、立方烷等等。
化学竞赛中,利用这些结构高度对称的分子作为基础来命题，倍受命题者的青睐，成为化学竞赛的一个亮点。
这类试题能充分考查学生的空间想象能力和思维的广阔性、灵活性,还考查了学生触类旁通及将化学问题抽象成数学问题的能力。
因此，平时教学过程中，应对学生进行对称意识的培养。
本文就“对称”问题谈一些解题的切人点,供竞赛的学生与教练参考.一、以最基本的结构单元为想象的基点1．以正四面体为基点正四面体是一种最简单的几何体,它蕴涵着极为丰富的线面位置和数量关系。
在近年来各类考试中，正四面体备受命题者青睐,命题者常以正四面体中的线面问题为载体，借以考查学生的数学思维能力和思维品质。
因此，应对这个几何体引起足够的重视。
例1 （2008年全国初赛题)A五四面体(A为中心原子，如硅、锗；为配位原子，如氧、硫)在无机化合物中很常见。
四面体按图1所示方式相连可形成一系列“超四面体"①图1中、和的化学式分别为A墨、．。
和。
,推出超四面体的化学式。
②分别指出超四面体、中各有几种环境不同的原子,每种原子各连接几个A原子?在上述两种超四面体中每种原子的数目各是多少?③若分别以。
、、、为结构单元共顶点相连（顶点原子只连接两个A原子)，形成无限三维结构，分别写出所得三维骨架的化学式。
④欲使上述超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和一4，A选Zn“、In¨或Ge“, 取S ，给出带三种不同电荷的骨架的化学式(各给出一种，结构单元中的离子数成简单整数比)。
解题思路本题化学成分很少，却蕴含着浓厚的数学色彩，充分体现了数学中转化与化归思想.数学思想是自然学科中不可或缺的核心思想，利用数学方法解决化学问题也成了近几年化学竞赛的热点.而本题以正四面体为基点，运用了数学中立体几何、数列、组合几何、不定方程等多方面知识，数学方法的综合性之高也是近几年来绝无仅有的。
