分子对称性与点群
分子对称性由一组使分子保持不变的对称操作来描述，这些操作共同将分子归类为一个点群——这是所有对称性分析的起点。
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Definition
分子对称性与点群是对分子进行分类的方法，通过使其不可区分的完整对称操作集，并将其组织成数学点群，从而概括分子的对称性。
Scope
本主题涵盖对称元素和操作的识别——旋转轴、镜像平面、反演中心和非固有旋转——以及使用这些元素的流程图将分子系统地分配到点群。它处理对称性的定性识别及其直接后果，如分子手性和极性，将特征表和表示的使用留给下一个主题。
Core questions
- 分子可以拥有哪些对称元素和操作？
- 如何将分子分配到其点群？
- 对称性如何决定分子是手性还是极性？
- 为什么点群分配是对称性分析的基础？
Key concepts
- 对称元素和操作
- 固有和非固有旋转轴
- 镜像平面和反演中心
- 点群分配
- 手性和对称性
- 分子极性
Key theories
- 对称元素和操作
- 分子的对称性由其固有旋转轴、镜像平面、反演中心和非固有旋转轴捕捉；与这些元素相关的操作形成一个封闭集，描述其对称性。
- 点群分类
- 对已识别的对称元素应用系统决策序列，将每个分子分配到标准点群之一，提供查找其特征表所需的标签。
- 对称性与分子性质
- 点群对称性直接决定了诸如手性（需要不存在任何非固有旋转轴）和永久偶极矩的存在等性质，仅凭对称性就能确定关键的定性行为。
Clinical relevance
点群分配是解释红外和拉曼光谱、预测哪些振动和电子跃迁是允许的，以及分析无机分子和配合物键合不可或缺的第一步。
History
分子对称性的分类基于19世纪Schoenflies等人为晶体学开发的点群理论，后来适用于分子。Wigner将群论应用于量子力学以及Cotton的教科书使这些方法成为常规化学应用。
Key figures
- F. Albert Cotton
- Arthur Schoenflies
- Eugene Wigner
Related topics
Seminal works
- cottongrouptheory1990
- carter1998
- weller2018
Frequently asked questions
- 对称元素和对称操作有什么区别？
- 对称元素是几何实体，例如进行操作的轴或平面，而对称操作是实际的运动——例如旋转或反射——它将分子带入一个不可区分的构型。
- 对称性如何判断分子是否具有手性？
- 分子只有在不具备任何非固有对称操作（无镜像平面、反演中心或非固有旋转轴）时才具有手性，因此具有旋光性；如果存在任何此类元素，则分子可与其镜像重叠，并且是非手性的。