分子对称性讲稿

1、关于分子对称性第一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/31 第四章 分子的对称性 分子的对称性是指分子的几何构型或构象的对称性。它是电子运动状态和分子结构特点的内在反映。第二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/32 第四章 分子的对称性 4-1 对称操作和对称元素 对称操作 不改变图形中任意两点间的距离而使图形复原或完全复原的操作。 H1H2O对称操作: 旋转第三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/33 第四章 分子的对称性 对称元素 对称操作所依据的几何要素。线点对称中心对称轴对称面反轴或象转轴面组合第四张，PPT共六十页，创作于2022

2、年6月2022/9/34 第四章 分子的对称性 对称操作和对称元素是两个相互联系的不同概念，对称操作是借助于对称元素来实现，而一个对称元素可以对应着一个或多个对称操作。 注意第五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/35 第四章 分子的对称性 一、旋转操作( )和旋转轴( )1. 旋转操作( )将图形绕某一直线旋转一定角度的操作。 2. 旋转轴( ) 旋转操作所依据的几何元素是一条直线，称为旋转对称轴。第六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/36 第四章 分子的对称性 3. 基转角( ) 能够使分子复原所需要旋转的最小角度。 n指图形完全复原旋转基转角的次数，

3、称为轴次。旋转轴就是依据轴次命名的。旋转操作是实动作，可以真实操作实现。第七张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/37 第四章 分子的对称性 4. 分子中常见的旋转轴 以H2O为例H1H2OH1H2OH2H1O C2轴的独立动作共有2个 。 第八张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/38 第四章 分子的对称性 以BF3为例3 3= 3233= C3独立动作共有3个第九张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/39 第四章 分子的对称性 结论 轴共有n个独立动作， 偶次轴必包含二次轴。 n=偶数（n2），C2 轴正好位于动作一半时 。 主轴和副轴:一个

4、分子中可能有几个旋转轴， 其中轴次最高的（最大）称为主轴，其余为副 轴，一般将主轴放在z方向。第十张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/310 第四章 分子的对称性 对称操作的矩阵表示： 各种操作相当于坐标交换。将向量(x, y, z)变为(x, y, z) 的变换, 可用下列矩阵方程表达:图形是几何形式矩阵是代数形式第十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/311 第四章 分子的对称性 若将 z 轴选为旋转轴，旋转操作后新旧坐标间的关系为:第十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/312 第四章 分子的对称性 二、反演操作( )和对称中心(

5、 )1. 反演操作( ) 将图形各点移到与中心点连线的反向延长线等距离处。xyi(x, y)(x, y)第十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/313 第四章 分子的对称性 2. 对称中心( )反演操作依据的是一个几何点称为对称中心。3. 反演操作的独立动作i 共有两个独立动作 。反演操作是一种虚动作。 第十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/314 第四章 分子的对称性 三、反映操作( )和镜面( )1. 反映操作( )将图形各点垂直移到某一平面的另一侧等距点上。xy(x, y)(x, y)第十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/3

6、15 第四章 分子的对称性 2. 镜面( )进行反映操作所依据的平面，称为镜面。 3. 反映操作的独立动作 共有两个独立动作。 反映操作是一种虚动作。 第十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/316 第四章 分子的对称性 4. 镜面的分类设主轴位于z轴 ，记为 （horizontal水平的）； ，记为 （Vertical 垂直的 ）； 且平分两个相邻 轴夹角，记为 (diagonal 对角线的）； 第十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/317 第四章 分子的对称性 四、旋转反演操作( )和反轴( )1. 旋转反演操作( ) 这是一个联合操作，先依据某一

7、直线旋转 ，然后按照轴上的中心点进行反演， 。2. 反轴( ) 旋转反演操作依据的轴和对称中心称为反轴，In的n决定于转轴的轴次。 第十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/318 第四章 分子的对称性 若分子中有 ，且有 ，则一定有 ；反过来，若分子中没有 和 也可能有 。转900第十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/319 第四章 分子的对称性 分子中的反轴有：I1I2 I3 I3包括6个对称动作。 第二十张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/320 第四章 分子的对称性 其余动作为二者的联合。 I4 I4包括4个对称动作，可以独立存

8、在。 第二十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/321 第四章 分子的对称性 I6 I6包括6个对称动作。 第二十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/322 第四章 分子的对称性 结论In 包含的独立动作 当 为奇数时， 包含 个对称动作，可由 组成； 当 为偶数时， (1) 不是4的倍数时， 可由 组成，包 含 个对称动作。 (2) 是4的倍数，为独立的对称元素(n个动作)。 第二十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/323 第四章 分子的对称性 五、旋转反映操作( )和象转轴( )1. 旋转反映操作( ) 联合操作，先依据某一直线

9、旋转 ，然后再依据与此直线垂直的平面进行反映， 。2. 象转轴( ) 旋转反映操作依据的轴和镜面称为象转轴。第二十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/324 第四章 分子的对称性 与 互相联系、互相包含。 第二十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/325 第四章 分子的对称性 4-2 对称操作群及对称元素的组合 群的定义群是一些元素的集合，即 G =gin。群必须同时满足四个条件： 封闭性若 ； 则结合律群中三个元素相乘有 第二十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/326 第四章 分子的对称性 逆元素 恒等元素（单位元素） 群中必有一

10、个恒等元素，它与群中任意元素相乘，使该元素保持不变。即 ，则 ；且 第二十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/327 第四章 分子的对称性 群的例子 全体整数对加法构成群，称为整数加法群： 封闭性： 所有整数（包括零）相加仍为整数 结合律： A(BC)=(AB)C; 2+(3+4)=(2+3)+4 单位元素： 0; 0+3=3+0=3 逆元素： A-1=-A ; 3-1=-3 3+(-3)=(-3)+3=0第二十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/328 第四章 分子的对称性 群的乘法表C2v 群的乘法表 H2O(位于xz平面上) 第二十九张，PPT共六

11、十页，创作于2022年6月2022/9/329 第四章 分子的对称性 对称元素组合定理 轴轴组合定理：若有一个 轴与主轴 垂直，则必有n个 轴与主轴垂直，且相邻两个 轴夹角为主轴基转角的一半。 轴面组合定理：若有一个镜面通过主轴 ，则必有n个镜面通过主轴 ，且相邻两个镜面夹角为主轴基转角的一半。 轴、面、心组合定理：偶次轴(n=偶数)， 和 三者共存。第三十张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/330 第四章 分子的对称性 4-3 分子点群 每个分子所具有的全部对称元素构成一个完整的对称元素系，与对称元素系对应的全部对称操作的集合构成一个对称操作群。无轴群单轴群双面群多面体群第

12、三十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/331 第四章 分子的对称性 一、单轴或无轴群 群 对称元素：第三十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/332 第四章 分子的对称性 群 对称元素：分子中常见的 Cn点群有：C1, C2, C3 。C1群 第三十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/333 第四章 分子的对称性 C2群 C3群 第三十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/334 第四章 分子的对称性 群分子中常见的 Cnv点群有： Cs, C2v, C3v , C4v, Cv 。CS群 平面型不对称分子 第三十五

13、张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/335 第四章 分子的对称性 C2V群 第三十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/336 第四章 分子的对称性 C3V群 三角锥结构第三十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/337 第四章 分子的对称性 BrF5CV群 C4V群 BrF5直线型非对称分子第三十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/338 第四章 分子的对称性 群C2h群 第三十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/339 第四章 分子的对称性 C3h群 第四十张，PPT共六十页，创作于2022年6月

14、2022/9/340 第四章 分子的对称性 群 分子中只包含一个映轴Sn(或反轴In)的点群。当n为奇数时:当n为偶数时:不是4的倍数，是4的倍数， 可以独立存在。 故：Sn点群中真正独立存在的只有S4点群 。第四十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/341 第四章 分子的对称性 S4群 第四十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/342 第四章 分子的对称性 二、双面群 群第四十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/343 第四章 分子的对称性 D2群 C2C2D3群 第四十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/344

15、 第四章 分子的对称性 群D2h群 平面矩形分子第四十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/345 第四章 分子的对称性 D3h群 乙烷重叠型 平面正三角或三角双锥分子 第四十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/346 第四章 分子的对称性 D4h群：XeF4D6h群：苯Dh群： I3-第四十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/347 第四章 分子的对称性 群D2d群 第四十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/348 第四章 分子的对称性 D3d群 D5d群 交错式乙烷构象交错式二茂铁第四十九张，PPT共六十页，创作

16、于2022年6月2022/9/349 第四章 分子的对称性 三、正凸多面体群特点是含有两个以上高次轴（n3)。 正凸多面体：面为彼此相等的正多边形。正四面体 正六面体 正八面体 正十二面体 正二十面体 第五十张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/350 第四章 分子的对称性 1. Td群(四面体群) 对称元素有：4个C3轴，3个C2轴，6个d ，3个S4 （与3个C2重合)。第五十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/351 第四章 分子的对称性 正四面体构型分子都属于此点群。 如：CH4，PO43-，SO42- CH4P4 (白磷)第五十二张，PPT共六十页

17、，创作于2022年6月2022/9/352 第四章 分子的对称性 2. Oh群 (正八面体群)对称元素有：SF6立方烷第五十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/353 第四章 分子的对称性 分子线 形有多个高阶轴(正四面体、正八面体)只有镜面或对称中心, 或无对称性 只有S4nCn轴(非S4n) 四、分子点群的确定方法有 无第五十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/354 第四章 分子的对称性 第五十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/355 第四章 分子的对称性 4-4 分子对称性和分子的物理性质 一、分子的对称性和偶极矩 偶极矩的概念:当正、负电荷中心重合时， =0，为非极性分子。q正、负电荷重心电量； r正、负电荷重心的间距。 单位：1D=3.33610-30Cm第五十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月2022/9/356 第四章 分子的对称性 偶极矩的判据: 极性分子所属的点群： 凡是有 、 及两个或多个对称元素只相交于一点的分子，无极性， =0 第五十七张，PPT共六十