华南师范大学高等无机化学讲义.ppt

1、高级无机化学，1。无机化学的发展趋势及课程基本概况。无机化学是一门研究无机物的组成、结构、反应、性质和应用的科学。目前，世界无机化学的发展趋势如下：1 .无机化学与其他学科的交叉和融合得到加强。2.无机化学的理论研究和实验研究更加紧密地结合在一起，多尺度研究越来越受到重视。3.无机化学非常规合成方法的发展已经加快。4.基于无机化学的过程工程加速了向应用的转化。(1)配位化学研究金属原子或离子与无机或有机离子或分子相互作用形成的配位化合物的特性，以及它们的成键、结构、反应、分类和制备。钴(乙二胺四乙酸)-络合离子，槲皮素-铝络合物，(2)生物无机化学，是无机化学和生物化学相互渗透形成的一门交叉学

2、科，运用无机化学理论和方法研究元素及其化合物与生物系统及其模拟系统的相互作用、结构和生物活性。金属-酶复合物。(3)固体无机化学是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的科学。固体无机化学是一个横跨无机化学、固体物理和材料科学的交叉学科。新的发光纳米粒子和氧化铁纳米粒子有助于蛋白质杀死癌细胞而不损伤正常细胞。(4)无机合成化学研究如何合成无机化合物及其合成反应机理。(5)理论无机化学以理论化学和计算化学为基础。通过定量、半定量计算或定性分析，得到复杂分子的性质。微波化学反应合成器，与无机化学、自然、科学、pansj.am.chem.soc相关的主要期刊和数据库；安吉尔。化学。Int。艾德。化学。

3、Sci。化学。欧元。j .化学。通信。化学。Rev .化学。足球。Rev .Acc。化学。Res。通知。化学。道尔顿。Trans。板牙。Adv. Funct。马特。化学。马特。克里斯特。成长德斯。自然，科学；皇家莎士比亚剧团；加入威利；3.课程安排和要求，课时：2-16周课程内容讲课内容：基础理论对称性和高等无机化学分组；无机立体化学；配体场论；无机物的光谱。无机化学研究前沿的金属-有机框架：无机纳米材料；生物无机化学；考试方法：笔试(1周)参考书陈慧兰，高等无机化学高等教育出版社主编，第1章对称性与群论，本章内容：对称性运算，群论的基本概念，分子的点群，群论的表示和特征表，群论在化学中的应用

4、，一种在不改变分子中原子间距离的情况下置换分子几何的行为。1.1对称元素，旋转，对称运算，运算，每一个运算都可以产生一个相当于原始图形的图形，而这个图形可以通过一个或几个运算完全恢复。对称元素：旋转轴、对称操作：旋转、对称操作、几何特征(点、线、平面和组合)、点、线、平面、组合、对称元素、对称中心、对称轴、对称平面、反轴H2O2图像旋转轴、I、CN、(3)反转操作和对称中心、旋转反射或旋转反转都是复合操作，对应的对称元素分别称为镜像轴Sn和反轴In。旋转反射(或旋转反转)的两步操作顺序可以颠倒。这两个复合操作都包含虚拟操作。因此，锡和铟都是虚轴。对于锡，如果N等于奇数，那么Cn和与其垂直的一个

5、独立存在；如果n等于偶数，Cn/2和Sn是同轴的，但Cn和它的垂线不一定独立存在。尝试观察下列分子模型并与：进行比较，(4)镜轴和旋转反射操作反轴和旋转反转操作，(1)重叠二茂铁有S5，所以C5和它的垂线也独立存在；(2)甲烷有S4，所以只有C2和S4是同轴的，而C4和它的垂线并不独立存在。轴S4和旋转反射在CH4中运行，注意： C4和它的垂线并不独立存在。(5)恒等式运算，对称运算和对称元素，旋转是真运算，其他对称运算是虚运算，对称元素。两个连续的对称运算称为对称运算的乘积、旋转运算的乘积和1.2对称运算的乘积。两个连续的反转操作等于固定操作，即最小周期为2；求逆运算等于它的求逆运算，也就是

6、说，n是偶数，n是奇数。两个连续的反射操作等于主操作。求逆运算的乘积是反射运算的乘积。反轴(输入)=旋转操作和反转操作的乘积。首先，绕轴旋转3600/n(不进入等效图)，然后根据对称轴(在轴上)继续。相应的操作是：，只有I4是一个独立的对称元素(严格地说，I4n)。其他输入可以用对称元素代替。I2=S1原理图，独立元素，包括6个对称运算，I3轴不仅包括C3和我的所有对称运算，还包括C3和我的组合运算，因此，I3轴可以视为： I3=C3 i，I3是C3和我组合得到的，其中包括4个对称运算。可以看出，I4轴包括C2的所有对称运算，也就是说，I4轴包括C2轴。但是含有I4对称性的分子没有C4轴和I，

7、也就是说，I4不等于C4和I的简单和，I4是一个独立的对称元素。具有I4轴的分子经历I41操作，并且三个正交的I4轴、在CH4分子中没有C4轴和I。因此，当n为奇数时，有2n个对称运算，可视为由n轴和对称中心I组成；当n为偶数或非4的整数倍时，它由旋转轴Cn/2和与之垂直的镜面h组成，I4n为独立的对称元素，此时I4n轴和C4n/2轴同时存在。轴Sn=旋转操作和反射操作的乘积，首先绕轴旋转3600/n(它不进入等效图)，然后根据垂直于轴的平面h进行反射(该图只进入等效图)。相应的运算是：独立元素，对于Sn群，当n为奇数时，有2n个运算，由Cn和h组成；当n为偶数但不是4的整数倍时，有n个运算，

8、Sn群可视为由Cn/2和I组成；只有S4是一个独立的对称运算(严格地说，S4n是一个独立的对称元素)，它的对称运算包括：S2=i示意图。讨论实际图形的对称性时，只能选择铟和锡中的一种。作为一般实践，当讨论分子点群时，使用像轴Sn，而当讨论晶体对称性时使用反轴In。1.3群论的基本概念群，与一个悲剧人物的名字密切相关，法国年轻数学家伽罗瓦(18111832)。他第一次使用这个术语是在17岁的时候，他系统地研究了群体。19岁时，他用群论的思想解决了解方程的问题，这对于当时最优秀的数学家来说也是一个棘手的问题。他在20岁之前对数学做出了杰出的贡献。他在一次决斗中被杀死，当时他还不到21岁。遗书留下了

9、方程理论和阿贝尔积分等三个范畴。群的概念和定义，群是一些元素的集合，即G=gin，而群必须同时满足。然后，如果组中的三个元素相乘，则组中必须有一个相同的元素，该元素乘以组中的任何元素以保持元素不变。也就是说，每个群元素必须有一个逆元素，它也是群的一个元素，也就是说，那么；此外，立正()，右转()，左转()和倒车()等组的例子构成了一个对称运算组，所有的整数对相加形成一个组，这就是所谓的整数加法群闭包：所有整数的加法(包括零)仍然是一个整数关联定律：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

10、=0，闭包：实数乘法仍然是实数组合的法则：积独立于阶单位元素：1逆元素：A-1=1/A这个群是一个无限群，一个群的例子，除了零，所有非零实数通过乘法形成一个群(群乘法是代数乘法)。-i乘法群对称运算群G=E，A，B，C，D，F，完整的水分子对称运算集构成一个群，闭包：关联：单位元素：E逆元素：分子的对称运算构成一个群点群，C2v群的乘法表(对称运算乘法表)，由对称运算乘法表中行与列的交集的元素表示。一般来说，操作的顺序是不可交换的，这就相当于一般操作符的不兼容性。H2O(在xz平面上的三个原子)，群的乘法表，C3v群的乘法表，NH3，如果群元素的子集能按照群的运算规则形成一个更小的群，它就叫做

11、原群的“子群”。子群的乘法与群的乘法相同。子群的阶是群阶的整数倍(拉格朗日定理)。子群、相似变换和共轭类。如果组中有元素，那么(它也可以与相同或相同)它也是组中的元素，表示为。也就是说，借助于所获得的相似变换，据说在共轭和相互共轭的元素之间存在相似的变换关系，并且它们聚集在一起形成共轭类，缩写为class。1.4分子点每个分子都有一定程度的对称性，它所具有的所有对称元素构成一个完整的对称元素系统，而对应于该对称元素系统的所有对称运算的集合构成一个对称运算群。下面介绍化学中各种常见类型的分子点群。根据分子中是否有对称轴或对称轴的数目，可以分为：无轴群、单轴群、双轴群(二面角群)、多面体群，如C1

12、群、CS群和Ci群；其中CS和Ci群是二阶群。C1群，CS群，Ci群，(1)无轴群，对称元素只有一个N阶轴，且有N个对称运算，即Cn1，Cn2，Cn3，Cnn=E，其阶为N.对称操作有：n阶群，(2)单轴群(轴向群)，Cn群，分子中常见的Cn点群有C1，C2，C3和C3。Cn基团分子的例子，C2基团和C3基团，在Cn的基础上加上垂直于Cn的h。因为hCn=Sn，所以Cnh组Sn有一个轴。当n为偶数时，有对称中心，CNH基团为2n阶基团，对称操作如下：Cnh基团，C2h=E，C2，h，I，反式二氯乙烯，C2h基团：反式二氯乙烯，C2h基团3360N2 F2，Cnh基团分子例子，C3h基团，在Cn

13、的基础上增加一个穿过主轴的V。对称操作：分子中常见的Cnv点群有：C2V: H2O，H2S，HCHO，顺式-1，2-乙烯等。c3v: NH3，ch3cl和其他三角锥分子。C4v:BrF5(四方锥结构)，cv: HCl，co，no，HCN和其他线性异核分子。当n是奇数时，Sn基团不独立存在。Sn组，当n是偶数时，该组包含n个元素。因为Sn=Cni、只有当n是4的整数倍时才独立存在，即S4、S8等。据说S8还没有找到相应的例子，属于S4的分子很少。在Cn群的基础上，增加一个垂直于Cn的C2轴将由于旋转产生n个C2轴，Cn群将是2n阶的。对称运算有：(3)双轴群(二面角群)，Dn群，Dn点群的分子例

14、子，D3，D2，D3，D2。在Dn组的基础上，增加一个垂直于主轴的H。由于C2轴和氢轴的结合，不可避免地会产生氮Vs。如果主轴Cn是偶轴，对称中心也会产生，群的顺序是4n。Dnh点群，Dnh群，D2h群：N2O4，D2h群：乙烯，D3h群：乙烷重叠型，D4h群：XeF4，D6h群：苯，Dh群：I3-，在Dn群的基础上增加一个通过主轴并平分两个C2轴之间角度的镜像d，群的顺序为4n，属于这种点群的分子很少。Dnd基团，累积丙二烯是D2d点基团，对称操作：D4d:元素硫，D5d :交错二茂铁，俯视图，以多个高阶轴为特征(n3的轴称为高阶轴)。正多面体的面数(F)、顶点数(V)和边数(E)之间存在以

15、下关系：F V=E 2，(4)多面体群，对称元与多个高阶轴组合而成的对称元系对应于正多面体的对称性。对称元素有四个C3轴、三个C2轴、六个D轴和三个S4轴(与三个C2轴重合)。这是一个24阶群。对称操作是：正四面体分子都属于这一点群。例如CH4、PO43-、SO42-、Td基团(四面体基团)、CH4、P4(白磷)，对称元素有4个C3、3个C4、6个C2、6个D、3个H、1、3个s 4和6个S6。对称操作为：顺序为48。SF6、PtCl62-和古巴尼C8H8属于羟基。Oh群(八面体群，立方群)，SF6，立方，其对称元素包括6 C5，10 C3，15 C2，15和I等。Ih组的顺序是120。具有正

16、五边形十二面体和正三角形二十面体构型的分子，如B12H 122-和B12，属于Ih点群。C60由12个五边形和20个六边形组成，也属于Ih点群。其第五和第三轴的位置如图所示。Ih群(十二面体群)，封闭公式B12H122-(骨架是正三角形二十面体)，C605二级轴顶视图，C603二级轴顶视图(b)，为了确定一个分子所属的点群，我们可以根据分子的对称元素按下列步骤进行判断。流程图有很多种，教材只是其中之一，但是，确定分子点群的流程图，对称运算的矩阵表示，以及对称运算的行为使人感到抽象，需要一定的空间想象力。如果我们能找到一些数学方法，我们就能严格地描述这些运算。描述这些操作之间的关系。然后你会觉得更现实。矩阵可以用来表示对称运算，这叫做对称运算的矩阵表示。选择以直角坐标为分量的空间矢量来表示运算前后的变换关系。1.5群表示和特征表，