分子对称性和分子点群ppt课件.ppt

它能简明地表达分子的构型 可简化分子构型的测定工作 帮助正确地了解分子的性质 指导化学合成工作 掌握分子对称性的意义 本章提要 对称操作和对称元素 对称操作群 分子的点群 分子的对称性与性质之间的关系 1 分子对称性和分子点群 点群对称元素和对称操作分子点群种类分子点群的确定 2 对称元素和对称操作 下一页 3 分子点群的种类 下一页 C1 C3 D2d D2h C1h C3v C2v C v C2 Oh D4h D3h D3 C3h C2h Td S2 D3d D h D6h 4 分子点群的确定 起点 轴向群 无轴群 C v D h 二面体群 立方群 D h Oh Cs Ci Cl Sn Dnh Dnd Dn Cnh Cnv Cn C v Td 正八面体 线性分子 有 正四面体 无 或i 有i 有 h 有 d 没有 有 h 有 v 没有 有i 无i 有n个大于2的高次轴 n 3 有Sn n为偶数 n 2 有n个垂直于Cn轴的C2 无垂直于Cn的C2 无Cn 有Cn 非线性分子 下一页 5 H Br Cl F 返回 6 H2O2 返回 7 部分交错式 返回 8 返回 9 返回 10 返回 11 HOCl 返回 12 返回 反式C2H2Cl2 13 返回 14 H H H H H H 部分交错式 返回 15 返回 乙烯分子 16 BF3分子 返回 17 PtCl4分子 返回 18 苯分子 返回 19 乙炔分子 返回 20 丙二烯分子 返回 21 反式乙烷 返回 22 返回 23 甲烷分子 返回 24 返回 PtCl6 2 25 我们称元素的某个集合形成一个群 群有着严格的定义 封闭性 结合律成立 存在恒等元素 存在逆元素 群中元素的个数 称作群阶 一 群的定义 群阶 例如 NH3分子 H2O E C2 v 1 v 2 4阶群 含有6个群元 E C31 C32 v 1 v 2 v 3 可以写成2C3 3 v E 所以NH3分子是6阶群 26 一个分子所具有的对称操作 点对称操作 的完全集合构成一个点群 PointGroup 每个点群具有一个特定的符号 国际上通用的分子点群符号叫Sch nflies 熊夫利斯 记号 熊夫利斯记号隐含了该点群中代表性的对称元素符号 例如 H2O分子 有1个C2轴 2个 v反映面 所以属于C2v点群 SO2 H2S也属于此点群 NH3分子 它有1个C3轴和3个 v反映面 属于C3v点群 类似的如CHCl3 NF3等 27 1 C1点群 HCBrClF分子 无任何对称元素 除C1外 属于C1点群 该类化合物称为非对称化合物 如 SiFClBrI POFClBr等 二 主要点群 28 2 Cn点群 仅含有一个Cn轴 如 H2O2仅含有一个C2轴 该轴平分两个平面的夹角 并交于O O键的中点 所以 该分子属于C2点群 类似的结构如 N2H4等 O O H H C2 29 3 Cs点群 仅含有一个镜面 如 HOCl为一与水类似的弯曲分子 只有一个对称面即分子平面 所以它属于Cs点群 O H Cl 30 4 Cnv点群 含有一个Cn轴和n个通过Cn轴的对称面 如 H2O分子具有一个C2轴和两个包含该轴的互相垂直的对称面 故属于C2v点群 又如 NH3属于C3v点群 XeOF4属于C4v点群 CO HCl属于C v点群 O H H C2 v v 31 5 Dn点群 含有一个Cn轴和n个垂直Cn轴的C2轴 如 Co en 3 3 分子具有一个C3轴和3个通过Co离子 垂直C3轴的C2轴 32 6 Dnh点群 C4 C2 C2 C4 4C2 4 v h S4 i E v h v C2 C2 33 XeF4为平面四边形 属于D4h点群 CO32 离子为平面正三角形 含有对称元素C3 3C2 3 v h S3 E 属于D3h点群 C6H6为平面正六边形 属于D6h点群 平面乙烯属于D2h群 环戊二烯是平面正五边形分子 为D5h点群 以上统属于Dnh点群 此点群的特点是具有一个Cn轴和n个垂直于主轴的C2轴 同时有 h面 34 7 Td点群 四面体点群 3S4 4C3 6 4C3 3S4 6 3C2 E 属于Td点群 35 Td点群属于高度对称的分子点群 但由于形象特殊 常常可从形象上加以确定 例如 CH4 CCl4 Ni CO 4 SO42 MnO4 等分子和离子的构型均属于Td点群 36 8 Oh点群 八面体点群 3C4 4C3 6C2 9 i 3S4 4S6 E 属于Oh点群 37 3 2 3分子点群的确定 首先确定该分子是否属于某一特殊点群 如Td 如非特殊点群 应先寻找旋转轴 如果没有旋转轴 则寻找对称中心或反映面 如有旋转轴 先指定主轴位置 再看是否存在Sn 在垂直Cn轴的平面中寻找一组n重轴 看分子中含有何种类型的反映面 确定分子点群 38 3 3 1 群的表示 例 SO2属于C2v群 对称元素有E C2 v xz v yz 现让SO2分子沿y方向平移一个单位长度 让C2v群的各个对称操作轮流对Ty作用 用 1 表示没有变化 用 1 表示改变了方向 39 E Ty 1 Ty C2 Ty 1 Ty yz Ty 1 Ty xz Ty 1 Ty 同理 各个对称操作作用于Tx Tz 也可以得到类似的结果 40 上述数字的集合 矩阵 代表群 就是群的表示 其中 用以表示Tx Ty Tz的不同对称行为 41 对称群是用群元对应的矩阵的集合表示的 有的矩阵太大 例如苯分子为36 36 要进行 约化 约化到不可再约的程度 这种表示为不可约表示 约化前的表示称为可约表示 3维矩阵变为一个2维和一维矩阵 3 3 2 可约表示与不可约表示 42 例 NH3 C3v群以键矢为基 得到的可约表示 43 为用更简便易行的方法进行群的表示 我们采用矩阵的特征标来代替矩阵 其根据是 任何表示矩阵的集合 包含了点群的全部对称信息 这些信息也包含在矩阵的特征标之中 三 特征标表 矩阵的特征标是矩阵的对角元之和 a11 a22 ann