高階無機化學/分子點群
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點群描述了可以對分子進行的所有對稱操作,這些操作會導致與原始構象無法區分的構象。點群在群論中使用,群論是對群的數學分析,用於確定分子的性質,例如分子的分子軌道。
雖然一個點群包含了可以對給定分子進行的所有對稱操作,但不必確定所有這些操作來確定分子的整體點群。相反,可以透過遵循一組步驟來確定分子的點群,這些步驟分析了特定對稱元素的存在(或不存在)。
- 確定分子是否具有高對稱性或低對稱性。
- 如果不是,則找到最高階旋轉軸,Cn。
- 確定分子是否具有任何垂直於主 Cn 軸的 C2 軸。如果是,則有 n 個這樣的 C2 軸,並且分子處於 D 組點群中。如果不是,則它處於 C 組或 S 組點群中。
- 確定分子是否具有垂直於主 Cn 軸的水平鏡面 (σh)。如果是,則分子處於 Cnh 組或 Dnh 組點群中。
- 確定分子是否具有包含主 Cn 軸的垂直鏡面 (σv)。如果是,則分子處於 Cnv 組或 Dnd 組點群中。如果不是,並且如果分子具有 n 個垂直 C2 軸,則它屬於 Dn 組點群。
- 確定是否存在與主 Cn 軸共線的非正常旋轉軸,S2n。如果是,則分子處於 S2n 點群中。如果不是,則分子處於 Cn 點群中。

確定分子整體點群的步驟在附帶的流程圖中顯示。

- 苯既不是高對稱性也不是低對稱性
- 最高階旋轉軸:C6
- 有 6 個垂直於主軸的 C2 軸
- 存在一個水平鏡面 (σh)
苯處於 D6h 點群中。
低對稱點群包括 C1、Cs 和 Ci 群。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| C1 | 只有恆等操作 (E) | CHFClBr |
| Cs | 只有恆等操作 (E) 和一個鏡面 | C2H2ClBr |
| Ci | 只有恆等操作 (E) 和一個反演中心 (i) | C2H2Cl2Br |
高對稱點群包括 Td、Oh、Ih、C∞v 和 D∞h 群。下表描述了它們的特徵對稱操作。點群中包含的對稱操作的完整集合在相應的特徵表中描述。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| C∞v | 具有無限多個旋轉軸和垂直鏡面 (σv) 的線性分子 | HBr |
| h | 具有無限多個旋轉軸、垂直鏡面 (σv)、垂直 C2 軸、水平鏡面 (σh) 和反演中心 (i) 的線性分子 | CO2 |
| Td | 通常具有四面體幾何形狀,具有 4 個 C4 軸、3 個 C2 軸、3 個 S4 軸和 6 個二面體鏡面 (σd) | CH4 |
| Oh | 通常具有八面體幾何形狀,具有 3 個 C4 軸、4 個 C3 軸和一個反演中心 (i) 作為特徵對稱操作 | SF6 |
| Ih | 通常具有二十面體結構,具有 6 個 C5 軸作為特徵對稱操作 | B12H122- |
D 組點群分類為 Dnh、Dnd 或 Dn,其中 n 指的是主旋轉軸。總的來說,D 群的特點是存在 n 個垂直於主 Cn 軸的 C2 軸。D 群中分子的進一步分類取決於水平鏡面或垂直/二面體鏡面的存在。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| Dnh | n 個垂直 C2 軸和一個水平鏡面 (σh) | 苯,C6H6 是 D6h |
| Dnd | n 個垂直 C2 軸和一個垂直鏡面 (σv) | 丙二烯,C3H4 是 D2d |
| Dn | n 個垂直 C2 軸,沒有鏡面 | [Co(en)3]3+ 是 D3 |
C 組點群分類為 Cnh、Cnv 或 Cn,其中 n 指的是主旋轉軸。C 組的特點是缺少 n 個垂直於主 Cn 軸的 C2 軸。C 群中分子的進一步分類取決於水平鏡面或垂直/二面體鏡面的存在。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| Cnh | 垂直於主 Cn 軸的水平鏡面 (σh) | 硼酸,H3BO3 是 C3h |
| Cnv | 包含主 Cn 軸的垂直鏡面 (σv) | 氨氣,NH3 是 C3v |
| Cn | 沒有鏡面 | P(C6H5)3 是 C3 |
S 點群組被分類為 S2n,其中 n 指的是主旋轉軸。S 點群組的特點是,沒有垂直於主 Cn 軸的 n 個 C2 軸,也沒有水平和垂直/二面鏡面。但是,有一個與主 Cn 軸共線的反轉軸(或旋轉反射軸)。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| S2n | 反轉軸(或旋轉反射軸)與主 Cn 軸共線 | 12-冠醚-4 是 S4 |