第二章-高等无机化学-课件.ppt

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1、第2章分子对称性和群论基础掌握五种独立的对称操作及其对称元素掌握群的概念及其基本性质掌握点群的概念及化学中的重要点群了解对称性及群论在无机化学中的应用目标&要求什么是对称性？是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相对（对等、对应）而又相称（适合、相当）。什么是分子对称性？如果分子各部分能够进行互换，而分子的取向没有产生可以辨认的改变，这种分子就被说成是具有对称性。引言分子的对称性是分子的固有基本性质。因此利用对称性原理探讨分子的结构和性质，是人们认识分子的重要途径，是了解分子结构与性质的重要方法。对

2、称性的概念和原理对化学研究的重要性表现为：能简明地表达分子的构型可简化分子构型的测定工作可帮助正确地了解分子的性质能够指导化学合成工作引言(1)能简明地表达分子的构型例如Ni(CN)42－属于D4h点群，用D4h符号可以简洁、准确地表明9个原子处于同一平面，Ni原子在离子的中心位置，周围4个－CN完全等同，M－C－N都是直线形，互成90o。引言(2)可简化分子构型的测定工作将对称性基本原理用于量子力学、光谱学、X射线晶体学等测定分子和晶体结构时，许多计算可以简化，图像更为明确。引言(3)可帮助正确地

3、了解分子的性质分子的性质由分子的结构决定，分子的许多性质直接与分子的对称性有关，正确地分析分子的对称性，能帮助我们正确地理解分子的性质。引言(4)能够指导化学合成工作反映分子中电子运动状态的分子轨道，具有特定的对称性，化学键的改组和形成，常需要考虑对称性匹配的因素，许多化合物及生物活性物质，其性质与分子的绝对构型有关。因此合成化合物，特别是具有一定生物活性的化合物，需要考虑对称性因素。引言群论是一个很宽阔的数学领域，是研究对称性的有力工具。群论已经成为化学研究的一个不可缺少的方法，分子结构、晶体结构

4、、量化研究离开群论是难以想象的。晶体场理论几乎是与群论一起发展起来的。化学家因晶体场解释配合物光谱才对这一理论发生兴趣，这也是化学家对群论发生兴趣最初的动力。引言一、对称操作和对称元素二、群及其基本性质三、化学中重要的点群四、群论在无机化学中的应用第一节对称操作和对称元素在讨论分子对称性时，经常涉及到的两个概念是“对称操作”和“对称元素”。分子的对称性如果分子各部分能够进行互换，而分子的取向没有产生可以辨认的改变，这种分子就被说成是具有对称性。第一节对称操作和对称元素H2O的对称操作和对称元素对称操

5、作在保持任意两点间距离不变的条件下，使分子内部各部分变换位置，而且变换后的分子整体又恢复原状。对称元素指赖以进行对称操作的点、线、面（分别称为对称中心、旋转轴和镜面）。第一节对称操作和对称元素对称操作对称元素旋转旋转轴反映镜面反演对称中心旋转－反映旋转－反映轴恒等操作有五种对称元素能够用于适当的独立分子的对称操作。第一节对称操作和对称元素1.1旋转&旋转轴(a)H2O(b)BCl3(c)PtCl42-(d)C5H5-(e)C6H6(f)H2围绕通过分子的某一根轴转动2/n使分子复原，该操作称为旋转

6、。旋转操作的对称元素称为旋转轴，用Cn表示。分子的较高重旋转轴通常取作z轴。第一节对称操作和对称元素1.2反映&镜面PtCl42-离子的镜面通过某一镜面将分子的各点反映到镜面另一侧位置相应处使分子复原，该操作称为反映。反映操作的对称元素称为镜面，用表示。与主轴垂直的镜面：h通过主轴的镜面：v通过主轴且平分两副轴夹角的镜面：d第一节对称操作和对称元素1.3反演&对称中心分子中每一原子都沿直线通过分子中心移动，达到这个中心的另一边的相等距离处使分子复原，该操作称为反演。反演操作的对称元素称为对称

7、中心，用i表示。平面正方形的PtCl42－四面体SiF4不具有对称中心具对称中心第一节对称操作和对称元素1.4旋转－反映&旋转－反映轴先绕一根轴旋转2/n，再按垂直该轴的镜面进行反映，分子能够复原，该操作称为旋转－反映，该操作是旋转和反映的联合操作。旋转－反映操作的对称元素称为旋转－反映轴，用Sn表示。第一节对称操作和对称元素1.5恒等操作保持分子中任意点的位置不变，该操作称为恒等操作，用符号E表示。一切分子都具有这个对称元素。因为对分子不作任何动作，这个分子的状况是不会改变的。似乎这个元素是个毫

8、无价值的对称元素，但因群论计算中要涉及它，所以必须包括该操作。第二节群及其基本性质群论是一门比较抽象的数学学科，但它与现代化学结合后，就成为研究原子、分子和晶体结构的强有力的工具。2.1群的定义及性质2.2对称操作群（点群）的定义2.3对称操作群（点群）的基本性质2.4群论及特征标表第二节群及其基本性质2.1群的定义及性质数学上，群是由一定结合规则（称为乘法）联系起来的元素的集合。若干个固定元素的全体，在数学上称为集合，用符号G{a,b,…}表示。在一个非空集合G中，