对称操作和对称元素(教学PPT)

4-1对称操作和对称元素基本概念1.对称:是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相对(对等、对应)而又相称(适合、相当)。这些部分能经过不改变其内部任何两点间距离的对称操作而复原.分子对称性是通过对称元素和对称操作来描述.2.复原:对称物体经过某一操作后,物体中每一点都被放在周围环境与原先相似的相当点上。操作前物体中原来在什么地方有些什么,操作后那个地方依然相同,无法区别是操作前的物体还是操作后的物体,这种情况叫复原复原和完全复原,1,3.对称操作:是不改变物体内部任两点间的距离而使物体复原的操作4.对称元素:就是对分子施行对称操作时,所依赖的几何要素(点、线、面及其组合)对称操作必须借助对称元素才能实现.5.点操作: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，所以叫点操作,2,一、旋转操作和旋转轴Cn,3.恒等操作：使分子完全复原的操作，常用E表示，也称为主操作,1.旋转操作:就是将分子绕通过其中心的轴旋转一定的角度使分子复原的操作。旋转轴:旋转依据的对称元素，n次旋转轴记作Cn。2.Cn轴的基转角=360o/nn为使分子完全复原所旋转的次数,有n个操作.,3,4.若一个分子中有多个旋转轴,则轴次高的为主轴,其余都为副轴.Eg:BF3,4,Fe(C5H5)2,5,6,二、反演操作和对称中心i1.当分子中存在一对称中心i,从分子中任一原子至这对称中心连一直线，并将此线延长，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作反演操作.,7,3.中心对称分子：具有对称中心。如：C6H6,SF6,CO2,C2H4,非中心对称分子：没有对称中心。如：CH4,H2O,NH3,CO等。,8,三、反映操作和镜面镜面是平分分子的平面.反映操作是使分子中的每一点都反映到该点到镜面的垂线的延长线上，在镜面另一侧等距离处。,NH3,9,5.v凡包含主轴的镜面h凡垂直于主轴的镜面d凡包含主轴且等分两个相邻副轴之间夹角的镜面.,10,11,四、旋转反演操作n和反轴I1.分子绕某一轴Cn旋转之后，再以经过Cn轴上的某点进行反演使之复原的复合操作称为旋转反演操作n,12,13,五、旋转反映操作n和映轴Sn以某一轴进行旋转操作后，再以垂直于该轴的平面进行反映，而能使分子复原的复合操作称为旋转反映操作n，进行旋转反映所凭借的轴称为映轴Sn或像转轴2.是旋转和反映的复合操作S1n=hC1nhCn先旋转后反映,14,15,4.如果一个分子中存在Cn轴和垂直于该轴的h，则必然有Sn映轴.但分子中有Sn映轴不一定存在Cn轴和h镜面.如：CH4,16,17,对称操作与对称元素,旋转是真操作,其它对称操作为虚操作,18,4.2对称操作群及对称元素的组合一、群的定义1.群:按一定的运算规则,相互联系的一些元素的集合.其中的元可以是操作、矩阵、算符或数字等.2.构成群的条件：,19,3.群的阶次：群的元的数目有限群无限群4.点群:一个有限分子的对称操作群.含义:a.对称操作都是点操作，操作时分子中至少有一点保持不动b.分子的所有对称元素至少通过一个公共点.,20,4.3分子的点群一、分子点群的分类1.Cn点群对称元素只有Cn轴,对称操作共有n个阶次为n,常见的Cn点群有:,21,22,2.Cnh点群就是在Cn点群所含对称元素的基础上又有一个垂直于主轴Cn的镜面h,点群阶次为2n.,C2h群:反式二氯乙烯N2F2,23,24,25,3.Cnv点群在Cn点群中加入一个通过Cn的镜面v，阶次为2n.,26,27,28,S4Ci,29,5.Dn点群除主轴Cn外,还有n条垂直主轴的C2副轴,但无镜面,30,6.Dnh点群在Dn的基础上,又增加一个垂直于Cn轴的镜面h,阶次为4n.往往是那些平面型分子,31,D2h群：N2O4乙烯,32,D3h群D4h群D6h群乙烷重叠型XeF4苯,Dh群：I3-,33,7.Dnd点群在Dn的基础上又增加n个包含主轴且平分二次副轴夹角的镜面d.,D2d:丙二烯,D2dB2Cl4,34,35,CH4P4,8.T,Th,Td点群T,Th点群的分子不常见.Td具有正四面体构型的AB4分子.如;CH4,CCl4,SiH4等,36,9.O,Oh点群O点群的分子不常见,一般是Oh点群的分子.具有正八面体或立方体构型的分子和离子.如:SF6,PtCl62-,Fe(CN)64-Fe(CN)63-,立方烷,SF6立方烷C8H8B6H62-,37,10.I，Ih点群,C60属于Ih点群,对称操作：Ei12C512S1012C5212S10320C320S615C215阶次120,38,Ih点群闭合式B12H122-,39,40,41,42,4.4.分子的偶极矩和极化率一丶分子的偶极矩和分子的结构1.偶极矩:是表示分子中电荷分布情况的物理量.2.极性分子:是正负电荷重心不重合的分子.它有偶极矩,偶极矩是个矢量,规定:其方向是由正电荷重心指向负电荷重心.=q.rq=电子电量，r=正负电重心间的距离=1.602210-29Cm(库仑米)=4.8Debye,43,3.分子有无偶极矩的判断依据:只有属于Cn和Cnv这两类点群的分子才有偶极矩,其它点群的分子偶极矩为0,注:C1vC1hCs也有偶极矩.,44,4.分子对称性分子有无偶极矩分子结构信息,45,二丶分子的诱导偶极矩和极化率1.永久偶极矩2.诱导偶极矩3.诱导极化又称变形极化a.电子极化b.原子极化4.极化率和摩尔折射率R有关,5.摩尔折射率直接和极化率成正比,所以它的数值大小反映分子中电荷分布变形的难易程度.,46,4.5分子的手性和旋光性1.旋光性(光学活性)：物质对入射偏振光的偏振面的旋转能力。,47,2.旋光性分子特点:分子本身和它在镜中的像只有对映关系而不完全相同,是一对等同而非全同的图形.分子有旋光性的充要条件:分子不能和其镜像(分子)完全重合。两个呈镜像关系的乳酸分子,48,3.分子有无旋光性的判据:若分子具有反轴In的对称性,则分子一定无旋光性若分子不具有反轴的对称性,则可能出现旋光性.归结为:看分子中是否有,i,I4n对称元素,若有肯定无旋光性.注意:没有,i,I4n等对称性的手性分子可能有旋光性,但并不是手性分子的准确判断标准.所以:非手性分子没有旋光性,手性是分子产生旋光性的必要条件.,49,有手性C，无旋光性内消旋,50,蛋白质仅有L氨基酸构型,