分子32种点群的分类.pdf

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1、分子点群的分类乔妥(学号:00014014,辅修号:01034)北京大学地质系00级地质班[摘要]文章主要介绍了分子点群的分类及分类原则.[关键字]点群,对称操作,螯合物在分子中原子固定在其平衡位置上其空间排列是对称的图象利用对称性原理探讨分子的结构和性质是人们认识分子的重要途径是了解分子结构和性质的重要方法分子对称性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一在化学研究中我们经常要确定一个分子离子或原子簇所属的对称点群如果分子M所具有的对称元素的所有对称操作形成一个完全集合G我们就说分子M的对称性属于点群G由于群论原理制约某个分子具有的对称元素和可能进行的对称操作是有限的所以分子点群大致

2、可分为几类CnCnvCnhDnDnhDnd及高阶群以下分类介绍CnCnvCnhDnDnhDnd及高阶群.1Cn群若分子只有n重旋转轴它就属于Cn群群元素为{ECnCn2Cnn-1}这是n阶循环群现以二氯丙二烯图I为例说明该分子两个HC/Cl碎片分别位于两个相互垂直的平面上C2轴穿过中心C原子与两个平面形成45夹角C2轴旋转180两个Cl两个H和头尾两个C各自交换整个分子图形复原我们说它属于C2I.C2H2Cl2点群群元素为{EC2}H2O2分子是C2群的又一个例子H2O2象躺在一本打开的书上C2轴穿过O-O键的中心和两个H连线的中心1,3,5-三甲基苯图II是C3点群的例子若不考虑

3、甲基上H原子分子的对称性可以很高但整体考虑C6H3(CH3)3只有C3对称元素C3轴位于苯环中心垂直于苯环平面分子绕C3轴转动120240都能复原.旋转一定角度的三氯乙烷图III也是C3对称性分子1II.1,3,5-三甲基苯III.CH3CCL32Cnv群若分子有n重旋转轴和通过Cn轴的对称面就生成一个Cnv群由于Cn轴的存在有一个对称面必然产生n-1个对称面两个平面交角为/n它也是2n阶群水分子属C2v点群C2轴经过O原子平分HOH分子所在平面是一个v平面另一个v平面经过O原子且与分子平面相互垂直与水分子类似的V型分子如SO2NO2ClO2H2S,船式环已烷(图IV)N2H4(图V

4、)等均属C2v点群其它构型的分子亦多属C2v群的.图IV.船式环已烷图V.N2H4NH3分子(图VII)是C3v点群典型例子C3轴穿过N原子和三角锥的底心三个垂面各包括一个N-H键其它三角锥型分子PCl3PF3PSCl3CH3ClCHCl3等均属C3v点群P4S3(图)亦属C3v点群CO分子(图)是Cv点群典型例子Cv轴穿过了C原子和O原子所在的直线任何一个经过C原子和O原子所在的面都是其v平面2图VII.NH3图.P4S3图.CO分子3Cnh群若分子有一个n重旋转轴和一个垂直于轴的水平对称面就得到Cnh群它有2n个对称操作{ECnCn2Cnn-1nSn2Snn-1}包括n-1个旋转

5、一个反映面及旋转与反映结合的n-1个映转操作当n为偶次轴时S2nn即为对称中心现以二氯乙烯分子为例说明C2h点群该分子是一个平面分子C=C键中点存在垂直于分子平面的C2旋转轴()分子所在平面即为水平对称面h()C=C键中点还是分子的对称中心i所以C2h点群()的对称操作有四个{EC2hi}若分子中有偶次旋转轴及垂直于该轴的水平平面就会产生一个对称中心反式丁二烯等均属C2h点群I7-离子(图)亦属于C2h点群I7-离子为Z型的平面离子C2轴与对称心位于第四个I原子上萘的其中二氯化物亦属于C2h点群(图)H3BO3分子是C3h群的例子由于B与O原子都以Sp2杂化与其它原子成键所以整个分子

6、在一个平面上C3轴位于B原子上且垂直分子平面(图VI)IV.I7-离子V.萘的二氯化物VI.H3BO3分子34Dn群如果某分子除了一个主旋转轴Cn(n2)之外还有n个垂直于Cn轴的二次轴C2则该分子属Dn点群左图为D2对称性分子C2主轴穿过联苯轴线经过2个O为水平面上的C2轴还有一个C2轴与着两个C2轴垂直双乙二胺NH2-CH2-CH2-NH2-CH2-CH2-NH2可对Co3+离子3配位螯合2个双乙二胺与Co3+形成Co(dien)2配合物具有D2对称性(右图)非平衡态的乙烷甲乙碳上的2组氢原子相互错开一定角度该状态对称性为D3另有Co3+与乙二胺形成的螯合物螯合配体(乙二胺)象风

7、扇叶片一样排布非平衡态的乙烷白色的为上层的H原子黄色的为下层的H原子5Dnh群Dnh分子含有一个主旋转轴Cnn>2n个垂直于Cn轴的二次轴C2还有一个垂直于主轴Cn的水平对称面h由此可产生4n个对称操作{ECnCn2Cn3Cnn-1C1(1)C2(2)C2(n)hSn1Sn2Snn-1v(1)v(2)v(n)Cn旋转轴产生n个旋转操作n个C2(i)轴旋转产生n个旋转操作还有对称面反映及n-1个映转操作n个通过Cn主轴的垂面v的反映操作故Dnh群为4n阶群4