تقارن و پیوند در شیمی معدنی

تقارن و پیوند، تقارن مولکولی و نظریه گروه را در مورد مولکول‌های معدنی به کار می‌گیرد و چارچوبی را فراهم می‌کند که طرح‌های اوربیتال مولکولی، فعالیت طیف‌سنجی و طیف‌های الکترونیکی کمپلکس‌ها را پیش‌بینی می‌کند.

Definition

تقارن و پیوند در شیمی معدنی، کاربرد تقارن مولکولی و نظریه گروه برای تعیین گروه‌های نقطه‌ای، ساخت توصیفات اوربیتال مولکولی و پیوندی، و پیش‌بینی طیف‌های ارتعاشی و الکترونیکی مولکول‌ها و کمپلکس‌های معدنی است.

Scope

این حوزه استفاده سیستماتیک از تقارن در شیمی معدنی را پوشش می‌دهد: شناسایی عناصر تقارن و اختصاص مولکول‌ها به گروه‌های نقطه‌ای، استفاده از جداول مشخصه و نمایش‌های کاهنده برای ساخت اوربیتال‌های سازگار با تقارن، ساخت نمودارهای اوربیتال مولکولی برای مولکول‌ها و کمپلکس‌های معدنی، و تفسیر طیف‌های الکترونیکی آن‌ها از طریق نمادهای ترم، نمودارهای اورگل و تانابه-سوگانو، و قواعد انتخاب. این حوزه داربست نظری مورد استفاده در شیمی کوردیناسیون و شیمی گروه‌های اصلی را فراهم می‌کند، نه شیمی توصیفی بلوک‌های عنصری.

Sub-topics

• جداول مشخصه و نمایش‌ها
• طیف‌های الکترونی و نمادهای ترم در شیمی معدنی
• نظریه اوربیتال مولکولی مولکول‌های معدنی
• تقارن مولکولی و گروه‌های نقطه‌ای

Core questions

• چگونه گروه نقطه‌ای یک مولکول از عناصر تقارن آن تعیین می‌شود؟
• چگونه جداول مشخصه اوربیتال‌های سازگار با تقارن و نمودارهای اوربیتال مولکولی را تولید می‌کنند؟
• کدام گذارهای ارتعاشی و الکترونیکی توسط تقارن مجاز هستند؟
• چگونه نمادهای ترم و نمودارهای تانابه-سوگانو طیف‌های الکترونیکی کمپلکس‌ها را توضیح می‌دهند؟

Key concepts

• عناصر و عملیات تقارن
• گروه‌های نقطه‌ای و جداول مشخصه
• نمایش‌های کاهنده و غیرقابل کاهنده
• ترکیبات خطی سازگار با تقارن
• قواعد انتخاب برای طیف‌سنجی
• نمادهای ترم و نمودارهای تانابه-سوگانو

Key theories

نظریه گروه و طبقه‌بندی گروه نقطه‌ای

عملیات تقارن یک مولکول یک گروه ریاضی را تشکیل می‌دهند؛ اختصاص مولکول به یک گروه نقطه‌ای و استفاده از جدول مشخصه آن، اوربیتال‌ها، ارتعاشات و قواعد انتخاب طیف‌سنجی را سازماندهی می‌کند.

ترکیبات خطی سازگار با تقارن و نمودارهای MO

ترکیب اوربیتال‌های لیگاند به ترکیبات خطی سازگار با تقارن که با اوربیتال‌های فلزی با تقارن یکسان مطابقت دارند، نمودارهای اوربیتال مولکولی کمپلکس‌ها را به دست می‌دهد و شکافتگی میدان بلور را به یک تصویر کووالانسی تعمیم می‌دهد.

نمادهای ترم و تحلیل تانابه-سوگانو

ترم‌های یون آزاد یک پیکربندی الکترونی d در یک میدان لیگاند شکافته می‌شوند؛ نمودارهای تانابه-سوگانو انرژی‌های حالت‌های حاصل را در برابر قدرت میدان رسم می‌کنند و طیف‌های جذب d–d کمپلکس‌ها را به صورت کمی تفسیر می‌کنند.

Clinical relevance

تجزیه و تحلیل تقارن ابزاری روزمره برای تفسیر طیف‌های فروسرخ، رامان و الکترونیکی، تخصیص ساختارها و پیش‌بینی پیوند و واکنش‌پذیری مولکول‌ها و کاتالیزورهای معدنی است.

History

کاربرد نظریه گروه در شیمی از تحلیل‌های تقارن مولکولی دهه ۱۹۳۰ و کارهای میدان بلور بت و ون ولک نشأت گرفت. نمودارهای سطح انرژی تانابه و سوگانو در سال ۱۹۵۴ و تفسیرهای اورگل، تقارن را به طیف کمپلکس‌ها مرتبط کردند، و کتاب درسی کاتن این روش‌ها را به ابزاری استاندارد برای شیمی‌دانان معدنی تبدیل کرد.

Key figures

• F. Albert Cotton
• Hans Bethe
• Leslie Orgel
• Yukito Tanabe

Seminal works

• tanabe1954
• cottongrouptheory1990
• weller2018

Frequently asked questions

چرا شیمی‌دانان زحمت اختصاص یک مولکول به یک گروه نقطه‌ای را به خود می‌دهند؟

هنگامی که گروه نقطه‌ای مشخص شود، جدول مشخصه آن بلافاصله نشان می‌دهد که کدام اوربیتال‌ها می‌توانند ترکیب شوند، کدام ارتعاشات فعال فروسرخ یا رامان هستند، و کدام گذارهای الکترونیکی مجاز هستند، و ساختار کیفی را به پیش‌بینی‌های طیف‌سنجی کمی تبدیل می‌کند.

نمودار تانابه-سوگانو چه چیزی را به شما می‌گوید؟

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه انرژی‌های حالت‌های الکترونیکی یک یون با الکترون d با افزایش قدرت میدان لیگاند تغییر می‌کند، و به شیمی‌دانان اجازه می‌دهد باندهای جذب یک کمپلکس را تخصیص دهند و پارامترهای شکافتگی میدان و دافعه الکترونی را استخراج کنند.