สมมาตรและพันธะในเคมีอนินทรีย์
สมมาตรและพันธะประยุกต์ใช้สมมาตรโมเลกุลและทฤษฎีกลุ่มกับโมเลกุลอนินทรีย์ โดยเป็นกรอบแนวคิดที่ใช้ในการทำนายแผนภาพออร์บิทัลโมเลกุล กิจกรรมทางสเปกโทรสโกปี และสเปกตรัมอิเล็กตรอนของสารเชิงซ้อน
Definition
สมมาตรและพันธะในเคมีอนินทรีย์คือการประยุกต์ใช้สมมาตรโมเลกุลและทฤษฎีกลุ่มเพื่อกำหนดกลุ่มจุด สร้างคำอธิบายออร์บิทัลโมเลกุลและพันธะ และทำนายสเปกตรัมการสั่นและอิเล็กตรอนของโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อน
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมการใช้สมมาตรอย่างเป็นระบบในเคมีอนินทรีย์: การระบุองค์ประกอบสมมาตรและการกำหนดโมเลกุลให้อยู่ในกลุ่มจุด การใช้ตารางลักษณะเฉพาะและการแสดงแทนที่ลดทอนได้เพื่อสร้างออร์บิทัลที่ปรับตามสมมาตร การสร้างแผนภาพออร์บิทัลโมเลกุลสำหรับโมเลกุลอนินทรีย์และสารเชิงซ้อน และการตีความสเปกตรัมอิเล็กตรอนผ่านสัญลักษณ์เทอม แผนภาพ Orgel และ Tanabe–Sugano และกฎการเลือก สาขาวิชานี้ให้โครงสร้างทางทฤษฎีที่ใช้ในเคมีโคออร์ดิเนชันและเคมีกลุ่มหลัก มากกว่าที่จะเป็นเคมีเชิงพรรณนาของบล็อกธาตุใดๆ
Sub-topics
Core questions
- จะกำหนดกลุ่มจุดของโมเลกุลจากองค์ประกอบสมมาตรได้อย่างไร?
- ตารางลักษณะเฉพาะสร้างออร์บิทัลที่ปรับตามสมมาตรและแผนภาพออร์บิทัลโมเลกุลได้อย่างไร?
- การเปลี่ยนผ่านการสั่นและอิเล็กตรอนใดบ้างที่สมมาตรอนุญาต?
- สัญลักษณ์เทอมและแผนภาพ Tanabe–Sugano อธิบายสเปกตรัมอิเล็กตรอนของสารเชิงซ้อนได้อย่างไร?
Key concepts
- องค์ประกอบและปฏิบัติการสมมาตร
- กลุ่มจุดและตารางลักษณะเฉพาะ
- การแสดงแทนที่ลดทอนได้และลดทอนไม่ได้
- การรวมเชิงเส้นที่ปรับตามสมมาตร
- กฎการเลือกสำหรับสเปกโทรสโกปี
- สัญลักษณ์เทอมและแผนภาพ Tanabe–Sugano
Key theories
- ทฤษฎีกลุ่มและการจำแนกกลุ่มจุด
- ปฏิบัติการสมมาตรของโมเลกุลก่อให้เกิดกลุ่มทางคณิตศาสตร์ การกำหนดโมเลกุลให้อยู่ในกลุ่มจุดและการใช้ตารางลักษณะเฉพาะของกลุ่มนั้นช่วยจัดระเบียบออร์บิทัล การสั่น และกฎการเลือกทางสเปกโทรสโกปี
- การรวมเชิงเส้นที่ปรับตามสมมาตรและแผนภาพ MO
- การรวมออร์บิทัลของลิแกนด์เข้ากับการรวมเชิงเส้นที่ปรับตามสมมาตรซึ่งตรงกับออร์บิทัลของโลหะที่มีสมมาตรเดียวกัน จะให้แผนภาพออร์บิทัลโมเลกุลของสารเชิงซ้อน ซึ่งเป็นการขยายแนวคิดการแยกสนามผลึกไปสู่ภาพแบบโคเวเลนต์
- สัญลักษณ์เทอมและการวิเคราะห์ Tanabe–Sugano
- เทอมอิออนอิสระของการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ d จะแยกออกในสนามลิแกนด์ แผนภาพ Tanabe–Sugano พล็อตพลังงานสถานะที่ได้เทียบกับความแรงของสนาม และตีความสเปกตรัมการดูดกลืน d–d ของสารเชิงซ้อนในเชิงปริมาณ
Clinical relevance
การวิเคราะห์สมมาตรเป็นเครื่องมือที่ใช้ในชีวิตประจำวันสำหรับการตีความสเปกตรัมอินฟราเรด รามัน และอิเล็กตรอน การกำหนดโครงสร้าง และการทำนายพันธะและปฏิกิริยาของโมเลกุลอนินทรีย์และตัวเร่งปฏิกิริยา
History
การประยุกต์ใช้ทฤษฎีกลุ่มกับเคมีเติบโตมาจากการวิเคราะห์สมมาตรโมเลกุลในทศวรรษ 1930 และงานด้านสนามผลึกของ Bethe และ Van Vleck แผนภาพระดับพลังงานของ Tanabe และ Sugano ในปี 1954 และการตีความของ Orgel ได้เชื่อมโยงสมมาตรเข้ากับสเปกตรัมของสารเชิงซ้อน และตำราเรียนของ Cotton ได้ทำให้วิธีการเหล่านี้เป็นอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับนักเคมีอนินทรีย์
Key figures
- F. Albert Cotton
- Hans Bethe
- Leslie Orgel
- Yukito Tanabe
Related topics
Seminal works
- tanabe1954
- cottongrouptheory1990
- weller2018
Frequently asked questions
- ทำไมนักเคมีจึงต้องกำหนดโมเลกุลให้อยู่ในกลุ่มจุด?
- เมื่อทราบกลุ่มจุดแล้ว ตารางลักษณะเฉพาะของกลุ่มนั้นจะเปิดเผยทันทีว่าออร์บิทัลใดสามารถรวมกันได้ การสั่นใดที่แอคทีฟในอินฟราเรดหรือรามัน และการเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอนใดที่ได้รับอนุญาต ซึ่งเปลี่ยนโครงสร้างเชิงคุณภาพไปสู่การทำนายทางสเปกโทรสโกปีเชิงปริมาณ
- แผนภาพ Tanabe–Sugano บอกอะไรเราได้บ้าง?
- แผนภาพนี้แสดงให้เห็นว่าพลังงานของสถานะอิเล็กตรอนของไอออน d-อิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อความแรงของสนามลิแกนด์เพิ่มขึ้น ทำให้นักเคมีสามารถกำหนดแถบการดูดกลืนของสารเชิงซ้อนและสกัดค่าพารามิเตอร์การแยกสนามและการผลักอิเล็กตรอนได้