Đối xứng phân tử và các nhóm điểm

Đối xứng phân tử được mô tả bằng tập hợp các phép đối xứng giữ nguyên phân tử, cùng nhau phân loại nó vào một nhóm điểm—điểm khởi đầu cho mọi phân tích đối xứng.

Definition

Đối xứng phân tử và các nhóm điểm là sự phân loại các phân tử theo tập hợp đầy đủ các phép đối xứng khiến chúng không thể phân biệt được, được tổ chức thành các nhóm điểm toán học tóm tắt đối xứng của một phân tử.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc xác định các yếu tố và phép đối xứng—trục quay, mặt phẳng đối xứng, tâm nghịch đảo và phép quay không đúng—và việc gán hệ thống các phân tử vào các nhóm điểm bằng cách sử dụng lưu đồ của các yếu tố này. Nó đề cập đến việc nhận biết định tính đối xứng và các hệ quả trực tiếp của nó như tính bất đối xứng phân tử và tính phân cực, để lại việc sử dụng bảng ký tự và biểu diễn cho chủ đề tiếp theo.

Core questions

• Một phân tử có thể có những yếu tố và phép đối xứng nào?
• Một phân tử được gán vào nhóm điểm của nó như thế nào?
• Đối xứng xác định một phân tử có bất đối xứng hay phân cực như thế nào?
• Tại sao việc gán nhóm điểm là nền tảng của phân tích đối xứng?

Key concepts

• Các yếu tố và phép đối xứng
• Trục quay đúng và không đúng
• Mặt phẳng đối xứng và tâm nghịch đảo
• Gán nhóm điểm
• Tính bất đối xứng và đối xứng
• Tính phân cực phân tử

Key theories

Các yếu tố và phép đối xứng

Đối xứng của một phân tử được thể hiện qua các trục quay đúng, mặt phẳng đối xứng, tâm nghịch đảo và trục quay không đúng; các phép toán liên quan đến các yếu tố này tạo thành một tập hợp đóng mô tả đối xứng của nó.

Phân loại nhóm điểm

Áp dụng một chuỗi quyết định có hệ thống cho các yếu tố đối xứng đã xác định sẽ gán mỗi phân tử vào một trong các nhóm điểm tiêu chuẩn, cung cấp nhãn cần thiết để tra cứu bảng ký tự của nó.

Đối xứng và tính chất phân tử

Đối xứng nhóm điểm ngay lập tức xác định các tính chất như tính bất đối xứng, đòi hỏi không có bất kỳ trục quay không đúng nào, và sự tồn tại của một mômen lưỡng cực vĩnh cửu, từ đó xác định hành vi định tính quan trọng chỉ từ đối xứng.

Clinical relevance

Việc gán nhóm điểm là bước đầu tiên không thể thiếu trong việc giải thích phổ hồng ngoại và Raman, dự đoán các dao động và chuyển đổi điện tử nào được phép, và phân tích liên kết của các phân tử và phức chất vô cơ.

History

Sự phân loại đối xứng phân tử dựa trên lý thuyết nhóm điểm được Schoenflies và những người khác phát triển vào thế kỷ XIX cho tinh thể học, sau đó được điều chỉnh cho các phân tử. Việc Wigner áp dụng lý thuyết nhóm vào cơ học lượng tử và sách giáo khoa của Cotton đã đưa các phương pháp này vào sử dụng hóa học thường xuyên.

Key figures

• F. Albert Cotton
• Arthur Schoenflies
• Eugene Wigner

Seminal works

• cottongrouptheory1990
• carter1998
• weller2018

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa yếu tố đối xứng và phép đối xứng là gì?

Yếu tố đối xứng là một thực thể hình học như trục hoặc mặt phẳng mà xung quanh đó một phép toán được thực hiện, trong khi phép đối xứng là chuyển động thực tế—chẳng hạn như phép quay hoặc phép phản xạ—đưa phân tử vào một cấu hình không thể phân biệt được.

Đối xứng cho biết một phân tử có bất đối xứng hay không như thế nào?

Một phân tử là bất đối xứng, và do đó có hoạt tính quang học, chỉ khi nó không có phép đối xứng không đúng nào—không có mặt phẳng đối xứng, tâm nghịch đảo hoặc trục quay không đúng; nếu có bất kỳ yếu tố nào như vậy, phân tử có thể trùng với ảnh gương của nó và là đối xứng.