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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。

分配點群

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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)。

  1. 確定分子是否具有高對稱性或低對稱性。
  2. 如果不是,則找到最高階旋轉軸,Cn
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
分配點群的流程圖

確定分子整體點群的步驟在附帶的流程圖中顯示。

苯,C6H6

示例:尋找苯 (C6H6) 的點群

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  1. 苯既不是高對稱性也不是低對稱性
  2. 最高階旋轉軸:C6
  3. 有 6 個垂直於主軸的 C2
  4. 存在一個水平鏡面 (σh)

苯處於 D6h 點群中。

低對稱點群

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低對稱點群包括 C1、Cs 和 Ci 群。

低對稱群
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

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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。

高對稱群
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。

D 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。

C 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)。

S 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

對稱相簿

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