結(jié)構(gòu)化學(xué) 第三章 分子的對稱性chap3

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1、 第 三 章 分 子 的 對 稱 性 Chapter 4. Molecular Symmetry 對 稱 性 概 念 判 天 地 之 美 ,析 萬 物 之 理 。 莊 子 在 所 有 智 慧 的 追 求 中 ， 很 難 找 到 其 他例 子 能 夠 在 深 刻 的 普 遍 性 與 優(yōu) 美 簡 潔 性 方面 與 對 稱 性 原 理 相 比 . 李 政 道 對 稱 在 科 學(xué) 界 開 始 產(chǎn) 生 重 要 的 影 響 始 于 19世 紀(jì) .發(fā) 展 到 近 代 ， 我 們 已 經(jīng) 知 道 這 個(gè) 觀 念 是晶 體 學(xué) 、 分 子 學(xué) 、 原 子 學(xué) 、 原 子 核 物 理 學(xué) 、 化學(xué) 、 粒 子 物

2、 理 學(xué) 等 現(xiàn) 代 科 學(xué) 的 中 心 觀 念 . 近 年來 ， 對 稱 更 變 成 了 決 定 物 質(zhì) 間 相 互 作 用 的 中 心思 想 （ 所 謂 相 互 作 用 ， 是 物 理 學(xué) 的 一 個(gè) 術(shù) 語 ，意 思 就 是 力 量 ， 質(zhì) 點(diǎn) 跟 質(zhì) 點(diǎn) 之 間 之 力 量 ） . 楊 振 寧對 稱 性 自 然 界 中 普 遍 存 在 對 稱 性 在 自 然 界 ,我 們 可 觀 察 到 五 瓣 對 稱 的 梅 花 、 桃 花 ， 六 瓣 的 水 仙花 、 雪 花 、 松 樹 葉 沿 枝 干 兩 側(cè) 對 稱 ， 槐 樹 葉 、 榕 樹 葉 又 是 另 一 種對 稱 微 觀 的 分 子

3、也 和 宏 觀 的 物 體 一 樣 ,具 有 多 種 多樣 的 對 稱 性 ,那 么 對 稱 性 和 化 學(xué) 有 什 么 關(guān) 系 ? 對 稱 性 如 何 支 配 著 物 質(zhì) 世 界 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 ? 本 章 ,我 們 將 涉 足 這 一 領(lǐng) 域 ,討 論 一 些 化 學(xué) 中 的對 稱 性 問 題 .對 稱 性 的 普 遍 性 對 稱 操 作 ： 不 改 變 圖 形 中 任 何兩 點(diǎn) 的 距 離 而 能 使 圖 形 復(fù) 原 的 操 作叫 做 對 稱 操 作 ；對 稱 操 作 據(jù) 以 進(jìn) 行 的 幾 何 要 素叫 做 對 稱 元 素 .（ 點(diǎn) 、 線 、 面 ）分 子 中 的 五 類 對 稱

4、 操 作 及 相 應(yīng)的 對 稱 元 素 如 下 : 3.1 分 子 對 稱 性對 稱 元 素 : 旋 轉(zhuǎn) 軸對 稱 操 作 : 旋 轉(zhuǎn)3.1.1 對 稱 操 作 與 對 稱 元 素 3.1.2.1旋 轉(zhuǎn) 軸 與 旋 轉(zhuǎn) 操 作 分 子 中 若 存 在 一 條 軸 線 ， 繞 此 軸 旋 轉(zhuǎn) 一 定 角 度 能 使分 子 復(fù) 原 ， 就 稱 此 軸 為 旋 轉(zhuǎn) 軸 , 符 號 為 Cn . 旋 轉(zhuǎn) 可 以 實(shí) 際進(jìn) 行 ， 為 真 操 作 ； 相 應(yīng) 地 ， 旋 轉(zhuǎn) 軸 也 稱 為 真 軸 .H2O2中 的 C23.1.2 分 子 的 對 稱 操 作 旋 轉(zhuǎn) 2/3 等 價(jià) 于 旋 轉(zhuǎn) 2 (復(fù)

5、 原 ) 基 轉(zhuǎn) 角 =360/nC3 三 重 軸 ， 逆 時(shí) 針 。操 作 3C例 如 ：基 轉(zhuǎn) 角 : 能 使 圖 形 復(fù) 原 的 最 小 旋 轉(zhuǎn) 角 (00除 外 )旋 轉(zhuǎn) 的 軸 次 (n): 圖 形 旋 轉(zhuǎn) 一 周 復(fù) 原 的 次 數(shù) ， n = 2/ 3.1.2.2鏡 面 與 反 映 操 作 分 子 中 若 存 在 一 個(gè)平 面 ， 將 分 子 兩 半 部 互相 反 映 而 能 使 分 子 復(fù) 原 ，則 該 平 面 就 是 鏡 面 （ 對 稱 面 ） ， 這 種 操 作就 是 反 映 . 分 子 可 以 存 在 一 個(gè)或 多 個(gè) 鏡 面 H2O 對 稱 面 分 為 三 類 ： （

6、1） 包 含 主 軸 的 對 稱 面 （ 2） 垂 直 主 軸 的 對 稱 面 h（ 3） 包 含 主 軸 且 平 分 垂 直 于 主軸 的 兩 個(gè) C2軸 夾 角 的 對 稱 面 d BF3分 子 h C6H6分 子 試 找 出 分 子 中 的 鏡 面 3.1.2.3 對 稱 中 心 與 反 演 操 作 分 子 中 若 存 在 一 點(diǎn) ,將 每 個(gè) 原 子 通 過 這 一 點(diǎn) 引 連 線 并 延長 到 反 方 向 等 距 離 處 而 使 分 子 復(fù) 原 ,這 一 點(diǎn) 就 是 對 稱 中 心 i,這 種 操 作 就 是 反 演 . 分 子 中 最 多 可 能 有 一 個(gè) 對 稱 中 心 。 i

7、i k 12 Ei k 2 （ k=0， 1， 2， ） 沒 有 對 稱 中 心 i有 對 稱 中 心 i除 位 于 對 稱 中 心 i上 的 原 子 外 ， 其 他 原 子 必 定 成 對 地 出 現(xiàn) 旋 轉(zhuǎn) 反 映 是 復(fù) 合 操 作 ， 其 對 稱 元 素 稱 為 映 軸 Sn。 旋 轉(zhuǎn) 反映 的 兩 步 操 作 順 序 可 以 反 過 來 .Sn是 虛 軸 . 3.1.2.4映 軸 與 旋 轉(zhuǎn) 反 映 操 作 iCSCS CSCS iSS hhh 3655 2433 21 ; ; ; ; ; 獨(dú) 立 ， 包 含 nhn CS 對 于 Sn， 若 n等 于 奇 數(shù) ， 則 Cn和 與 之

8、 垂 直 的 都 獨(dú) 立 存 在 ；若 n等 于 偶 數(shù) ， 則 有 Cn/2與 Sn共 軸 ， 但 Cn和 與 之 垂 直 的 并 不 一 定 獨(dú)立 存 在 .試 觀 察 以 下 分 子 模 型 并 比 較 : (1) 重 疊 型 二 茂 鐵 具 有S5， 所 以 , C5和 與 之 垂 直的 也 都 獨(dú) 立 存 在 ； (2) 甲 烷 具 有 S4， 所 以 , 只 有 C2與 S4共 軸 ， 但 C4和 與之 垂 直 的 并 不 獨(dú) 立 存 在 . CH4中 的 映 軸 S4與 旋 轉(zhuǎn) 反 映 操 作 注 意 : C4和 與 之 垂 直 的 都 不 獨(dú) 立 存 在 S6=C3 + i交

9、叉 式 C2H6 對 稱 操 作 與 對 稱 元 素 旋 轉(zhuǎn) 是 真 操 作 , 其 它 對 稱 操 作 為 虛 操 作 . 對 稱 元 素 和 對 稱 操 作對 稱 元素 符 號 對 稱 元 素 基 本 對 稱 操作 符 號 基 本 對 稱 操 作E E 恒 等 操 作Cn 旋 轉(zhuǎn) 軸 繞 Cn軸 按 逆 時(shí) 針 方向 轉(zhuǎn) 360/ni 對 稱 中 心 按 對 稱 中 心 反 演 鏡 面 通 過 鏡 面 反 映Sn 映 軸 Sn= 繞 Sn軸 轉(zhuǎn) 360/n，接 著 按 垂 直 于 軸 的平 面 反 映 i cn1Cn1 3.2 對 稱 類 型 -點(diǎn) 群 點(diǎn) 群 ： 有 限 分 子 的 對

10、稱 操 作 群 。 點(diǎn) 操 作 ， 所 有 對 稱 元 素 至 少交 于 一 點(diǎn) ， 有 限 性 。 設(shè) 元 素 ， ， C， .屬 于 集 合 ， 在 中 定 義 有 稱 為 “乘 法 ” 的 某 種 組 合 運(yùn) 算 . 如 果 滿 足 以 下 條 件 ， 則 稱 集 合 G構(gòu) 成群 ： (1) 群 元 素 滿 足 封 閉 性 ; (2) 集 合 中 有 一 個(gè) 且 僅 有 一 個(gè) 恒 等 元 素 E； (3) 群 元 素 滿 足 結(jié) 合 律 ; (4) 中 任 一 元 素 R都 有 逆 元 R -1且 也 是 群 中 元 素 .群 元 素 的 數(shù) 目 稱 為 群 的 階 h. 3.2.1

11、群 的 定 義 先 作 二 重 旋轉(zhuǎn) ， 再 對 垂直 于 該 軸 的鏡 面 作 反 映 ，等 于 對 軸 與鏡 面 的 交 點(diǎn)作 反 演 .幾 對 對 稱 操 作 的 乘 積 ： 由 圖 可 以 證 明 ：還 可 以 證 明 ： 以 上 三 個(gè) 對稱 操 作 中 ， 任 意 兩 個(gè) 都 對易 ， 且 其 積 為 第 三 者 。 iC 2 （ 1） 2 Ci （ 2） 2 Ci（ 3） 分 子 中 全 部 對 稱 操 作 的 集 合 構(gòu) 成 分 子 點(diǎn) 群 (point groups ). 分 子 點(diǎn) 群 可 以 歸 為 四 類 : (1) 單 軸 群 : 包 括 Cn 、 Cnh 、 Cnv

12、 ; (2) 雙 面 群 ： 包 括 Dn、 Dnh、 Dnd ; (3) 立 方 群 ： 包 括 Td 、 Th 、 Oh 、 Ih 等 ; (4) 非 真 旋 軸 群 ： 包 括 Cs 、 Ci 、 S4等 .3.2.2 分 子 的 點(diǎn) 群 Cn 群 ： 只 有 一 條 n次 旋 轉(zhuǎn) 軸 Cn .（ 1） 單 軸 群 : 包 括 Cn 、 Cnh 、 Cnv 點(diǎn) 群 . 這 類 點(diǎn) 群 的 共 同 特 點(diǎn) 是 旋 轉(zhuǎn) 軸 只 有 一 條 .C2 群 R 2R2 R1R1R1 R1R2R2 元 素 ： E， Cn 操 作 ： 11 , nnn CCE 階 數(shù) ： n 例 CHFClBr C2

13、群 C1群對 稱 軸 C1對 稱 軸 C2 C3群 對 稱 軸 C3(扭 曲 式 ) Cnh群 : 除 有 一 條 n次 旋 轉(zhuǎn) 軸 Cn外 ， 還 有 與 之 垂 直 的 一 個(gè) 鏡 面 h .C 2h群 : N2F2C2h群 : 反 式 二 氯 乙 烯 C2垂 直 于 熒 光 屏 , h 在 熒 光 屏 上 元 素 ： Cn群 h 操 作 ： )1,1(,),1,1(, nlCnkCE lnhhkn 階 數(shù) ： 2n 對 稱 元 素E,C3， 1 ， S3 對 稱 操 作2 3 6個(gè)C3h群 hH3BO3 只 有 一 個(gè) 對 稱 面 而 沒 有 其 它任 何 對 稱 元 素 的 分 子角

14、狀 分 子 HOCl C1h群 (Cs)OH Cl C1h群 Cnv群 ： 除 有 一 條 n次 旋 轉(zhuǎn) 軸 Cn外 ， 還 有 與 之 相 包 含 的 n個(gè) 鏡 面 v . H2O中 的 C2和 兩 個(gè) v 元 素 ： Cn群 n v操 作 ： vkn nnkCE ),1,1(, 階 數(shù) ： 2nNH H HC3NH3 F FFF v C3v ： CHCl3C3v ： NF3 C2v群 ： 臭 氧 C2v 群 ： 菲C2與 兩 個(gè) v 的 取 向 參 見 H2O分 子 C4v群 ： BrF5 C5v群 ： Ti(C5H5)Cv群 ： N2O (2) 雙 面 群 ：包 括 Dn、 Dnh、 D

15、nd . 這 類 點(diǎn) 群 的 共 同 特 點(diǎn) 是 旋 轉(zhuǎn) 軸 除 了主 軸 Cn外 ， 還 有 與 之 垂 直 的 n條 C2副 軸 .Dn 群 : 除 主 軸 Cn外 ， 還 有 與 之 垂 直 的 n條 C2副 軸 ( 但 沒 有 鏡 面 ).D 2 群 主 軸 C2垂 直 于 熒 光 屏元 素 E， nC2Cn操 作 212 , CnCCCE n nnn 階 2n C3 , 3C2 ， E對 稱 元 素對 稱 操 作2 3 6 個(gè) D3： 這 種 分 子 比 較 少 見 ， 其 對 稱 元 素 也 不 易 看 出 . Co(NH2CH2CH2NH2)33+是 一 實(shí) 例 . 唯 一 的

16、C 3旋 轉(zhuǎn) 軸 從 xyz軸 連 成 的正 三 角 形 中 心 穿 過 , 通 向 Co; x yz 何 其 相 似 ！ C3C2 C2 C2三 條 C2旋 轉(zhuǎn) 軸 分 別 從 每 個(gè) NN鍵 中 心 穿 過 通 向 Co. Dnh : 在 Dn 基 礎(chǔ) 上 ， 還 有 垂 直 于 主 軸 的 鏡 面 h .D 2h 群 ： N2O4 D2h群 ： 乙 烯主 軸 垂 直 于 熒 光 屏 . h在 熒 光 屏 上 . 元 素 E， nC2Cn操 作 212 , CnCCCE n nnn 階 2n D2h群CH2=CH2對 稱 元 素E, 3C2， i ,2 , h 對 稱 操 作4 2 8個(gè)

17、對 稱 元 素E, C3 , 3C2 ,3 , h三 氟 化 硼 （ BF3） 平 面 四 方 形 的 PtCl42- D4h群對 稱 元 素E, C4 , 4C2 ,4 , i h Dh群O C O D6h群對 稱 元 素E, C6 , 6C2 ,6 , i h有 對 稱 中 心 的 線 形 分 子 D3h 群 ：乙 烷 重 疊 型 D4h群 ： XeF4 D6h群 ： 苯Dh群 ： I3- Dnd: 在 Dn基 礎(chǔ) 上 , 增 加 了 n個(gè) 包 含 主 軸 且 平 分 二 次 副 軸 夾 角的 鏡 面 d. D 2d : 丙 二 烯元 素 E， nC2Cn操 作 212 , CnCCCE

18、n nnn 階 2n 丙 二 烯 （ CH2=C=CH2） D2d群 對 稱 元 素3C2 , 2 d D2d : B2Cl4 D3d : 乙 烷 交 錯(cuò) 型 D4d ： 單 質(zhì) 硫 D5d : 交 錯(cuò) 型 二 茂 鐵俯 視 圖 （ 4） 非 真 旋 軸 群 : 包 括 Cs 、 Ci 、 S4 這 類 點(diǎn) 群 的 共 同 特 點(diǎn) 是 只 有 虛 軸 (不 計(jì) 包 含 在 Sn中 的 Cn/2. 此 外 , i= S2 , = S1).對 稱 中 心 Ci 群 : E i , h=2只 有 對 稱 中 心 S4 群 : E S4 C2 S43 , h=4只 有 四 次 映 軸 環(huán) 辛 四 烯

19、衍 生 物 中 的 S4分 子 中 心 是 S 4的 圖 形 符 號 S4群對 稱 元 素E, S4 亞 硝 酸 酐 N2O3 B6H10COFClCs 群 : E h , n=2只 有 鏡 面 (3) 立 方 群 ： 包 括 Td 、 Th 、 Oh 、 Ih 等 . 這 類 點(diǎn) 群 的 共 同 特 點(diǎn) 是 有 多 條 高 次 (大 于 二 次 )旋 轉(zhuǎn) 軸 相 交 . T ThTd O Oh I Id立 方 群 的 對 稱 特 征 與 正 多 面 體 的 對 稱 性 相 對 應(yīng)正 多 面 體 ： 面 為 彼 此 相 等 的 正 多 邊 形正 四 面 體 正 六 面 體 正 八 面 體 正

20、十 二 面 體 正 二 十 面 體 面棱角群 464Td 6128Oh 8126Oh 123020Id 203012Id Td 群 ： 屬 于 該 群 的 分 子 ， 對 稱 性 與 正 四 面 體 完 全 相 同 。CH 4 P4 （ 白 磷 ） 元 素 ： 3個(gè) C2， 4個(gè) C3 階 群124,4,3, 2332 CCCET T群 ： 元 素 ： 3個(gè) C2， 4個(gè) C3， 3個(gè) S4 (I4)， 6個(gè) d 階 群246,3,3,4,4,3, 34142332 dd SSCCCET YX 在 Td群 中 , 你 可 以 找 到 一 個(gè) 四 面 體 結(jié) 構(gòu) . 打 開 P4分 子 ，從 正

21、 四 面 體 的 每 個(gè) 頂 點(diǎn) 到對 面 的 正 三 角 形 中 點(diǎn) 有 一條 C3穿 過 , 所 以 共 有 4條 C3,可 作 出 8個(gè) C3對 稱 操 作 。Z 從 正 四 面 體 的 每 兩 條 相 對 的 棱 中 點(diǎn) 有 一 條 S4穿 過 , 6條 棱 對 應(yīng) 著 3條 S4. 每 個(gè) S4可 作 出 S41 、 S42 、 S43 三 個(gè)對 稱 操 作 ， 共 有 9個(gè) 對 稱 操 作 . 但 每 條 S4必 然 也 是 C2， S42與 C2對 稱 操 作 等 價(jià) ， 所 以 將 3個(gè) S42劃 歸 C2，穿 過 正 四 面 體 每 條棱 并 將 四 面 體 分 為兩 半 的

22、 是 一 個(gè) d , 共 有 6個(gè) d 。 Td 群 :金 剛 烷 (隱 氫 圖 ) 沿 著 每 一 條 C3去 看 ,看 到 的 是 這 樣 : 沿 著 每 一 條 C2去 看 ,看 到 的 是 這 樣 : Td 群 (LiCH 3)4 隱 氫 圖 Li CH3P 4O10 P4O6 Oh 群 : 屬 于 該 群 的 分 子 ， 對 稱 性 與 正 八 面 體 或 正 方 體 完 全 相 同 . SF6 立 方 烷元 素 ： 3C4， 4C3， 6C2， 3 h， 6d， 3S4， 4S6， i 階 群48,4,4,3,3 ,6,3,6,4,4,3,3,3, 56163414 2231323

23、414 iSSSS CCCCCCEO dhh 穿 過 每 兩 個(gè) 相 對 棱 心 有 一 條 C2 ; 這 樣的 方 向 共 有 6個(gè) (圖 中 只 畫 出 一 個(gè) ) ； 此 外 還 有 對 稱 中 心 i.z y x 每 一 條 體 對 角 線 方 向 上 都 有 一 條 S6 （ 其 中 含 C3） ; 這 樣 的 方 向 共 有 4個(gè) (圖 中只 畫 出 一 個(gè) ); 每 一 個(gè) 坐 標(biāo) 軸 方 向 上 都 有 一 條 S4（ 其中 含 C2） 與 C4共 線 . 這 樣 的 方 向 共 有 3個(gè)(圖 中 只 畫 出 一 個(gè) );對 稱 中 心 i在 正 方 體 中 心 h d z y

24、x 正 八 面 體 與 正 方 體 的 對 稱 性 完 全 相 同 . 只 要 將 正 八 面 體 放 入 正 方 體 , 讓 正 八 面 體 的 6個(gè) 頂 點(diǎn) 對 準(zhǔn) 正 方 體 的 6個(gè) 面 心 , 即 可 看 出 這 一 點(diǎn) . 當(dāng) 然 , 正 八面 體 與 正 方 體 的 棱 不 是 平 行 的 , 面 也 不 是 平 行 的 , 相 互 之 間 轉(zhuǎn) 過 一 定 角 度 . 例 如 , 正 方 體 體 對 角 線 方 向 的 S 6 （ 其 中 含 C3） 在 正 八 面 體 上 穿 過 三 角 形 的面 心 . 處 于 坐 標(biāo) 平 面 上 的 鏡 面 是 h . 這 樣 的 鏡 面

25、共 有 3個(gè) (圖 中 只 畫 出一 個(gè) ); 包 含 正 方 體 每 兩 條 相 對 棱 的鏡 面 是 d . 這 樣 的 鏡 面 共 有 6個(gè) (圖中 只 畫 出 一 個(gè) ). B6H62-Oh 群 Ih :120階 群 , 在 目 前 已 知 的 分 子 中 ， 對 稱 性 最 高 的 就 屬 于 該 群 . 對 稱 操 作 ： E i 12C5 12S10 12C 52 12S103 20C3 20S6 15C2 15 h=120C60 元 素 ： 6個(gè) C5， 10個(gè) C3， 15個(gè) C2 確 定 分 子 點(diǎn) 群 的 流 程 簡 圖分 子 線 形 分 子 : hv , DC有 多 條

26、 高 階 軸 分 子 （ 正 四 面 體 、 正 八 面 體 ) ., , hhhd IOTT只 有 鏡 面 或 對 稱 中 心 , 或 無 對 稱 性 的 分 子 : s1 , CCC i只 有 S2n(n為 正 整 數(shù) ） 分 子 : ,., 864 SSSCn軸 (但 不 是 S2n的 簡 單 結(jié) 果 ) 無 C2副 軸 : vh, nnn CCC有 n條 C2副 軸 垂 直 于 主 軸 : dh, nnn DDD 1、 分 子 的 偶 極 矩 (Dipole Moment) (單 位 Debye)Classical Definition of Dipole Moment： lq 分 子

27、 的 偶 極 矩 是 一 個(gè) 矢 量 ， 是 分 子 的 靜 態(tài) 性 質(zhì) ， 分 子 的 任 何 對 稱操 作 對 其 大 小 和 方 向 都 不 起 作 用 。 只 有 分 子 的 電 荷 中 心 不 重 合 ， 才 有 偶 極 矩 ， 重 合 ， 則 無 。 極 性 分 子 永 久 偶 極 短 0 一 般 分 子 誘 導(dǎo) 偶 極 矩 Iq -q 表 示 分 子 中 電 荷分 布 的 情 況 q=電 子 電 量 ， l=正 負(fù) 電 重 心 間 的 距 離=1.6022 10-29Cm (庫 侖 米 ) =4.8Debye l 3.2.4.1 分 子 偶 極 矩 的 預(yù) 測 對稱操作只能產(chǎn)生等

28、價(jià)構(gòu)型分子，不能改變其物理性質(zhì)（偶極矩） R （ 1） 具 有 i的 分 子 0 i i 0但hC2 hC4 hhDD 42 hD6 hhh IOT , 等 的 分 子 均 為 非 極 性 分 子 。 （ 2） 對 于 具 有 對 稱 軸 的 分 子 ， 若 分 子 具 有 偶 極 矩 ， 則 一 定 與 此 對 稱 軸 重 合 。（ 3） 具 有 兩 個(gè) 或 更 多 個(gè) 對 稱 軸 的 分 子 的 偶 極 矩 等 于 零 。 不 等 于 零 ， 又 與 鄰 軸 重 合 不 可 能 。例 CH 4沒 有 對 稱 軸 中 心 ， 但 不 止 一 個(gè) 對 稱 軸 。 所 以 為 非 極 性 分子

29、。 D， T， O， I群 的 分 子 為 非 極 性 分 子 。 分 子 的 對 稱 性 反 映 出 分 子 中 原 子 核 和 電 子 云 空 間 分 布的 對 稱 性 ， 因 此 可 以 判 斷 偶 極 矩 是 否 存 在 。 （ 5） 分 子 內(nèi) 只 要 存 在 互 不 重 合 的 對 稱 面 和 對 稱 軸 ， 則 其0 nhC。 所 有 屬 群 的 分 子 為 非 極 性（ 4） 對 于 具 有 的 分 子 ， 若 分 子 具 有 偶 極 矩 ， 則 一 定 位 于 此 平 面 內(nèi) 。 判 據(jù) ： 若 分 子 中 有 對 稱 中 心 或 有 兩 個(gè) 對 稱 元 素 相 交 于 一

30、點(diǎn) , 則 分 子 不 存 在 偶 極 矩 。 只 有 屬 于 Cs 、 Cn和 Cnv點(diǎn) 群 的 分 子 才 有 偶 極 矩 。 C CClHClH 1,2 -二 氯 乙 烯 （ 順 式 ） 有 偶 極 矩 ， 沿 C2軸 C2v 兩 ， 一 C2 C CClHHCl 1,2 -二 氯 乙 烯 （ 反 式 ） 無 偶 極 矩 C2h 有 對 稱 中 心 ， 6.1 10-30 Cm 6.9 10-30 CmH O O H 3.2.4.2 分 子 旋 光 性 的 預(yù) 測 任 何 圖 形 ， 包 括 分 子 ， 都 可 以 設(shè) 想 用 “ 鏡 子 ” 產(chǎn) 生 其鏡 象 。 (由 于 不 強(qiáng) 求

31、鏡 象 與 分 子 必 須 相 同 ,所 以 ， 這 “ 鏡 子 ”不 必 是 分 子 的 鏡 面 ), 但 鏡 象 是 否 與 分 子 完 全 相 同 ， 卻 分 兩種 情 況 ： 1. 分 子 的 旋 光 性 某 些 分 子 具 有 使 平 面 偏 振 光 的 振 動(dòng) 面 發(fā) 生 旋 轉(zhuǎn) 的 能 力 ，稱 為 分 子 的 旋 光 性 。 旋 光 性 與 對 稱 性 有 關(guān) 。2. 分 子 手 性 與 對 稱 性 的 關(guān) 系 分 子 鏡 象 第 一 種 情 況 : 分 子 與 其 鏡 象 （ 對 應(yīng) 體 ） 完 全 相 同 , 可 通過 實(shí) 際 操 作 將 完 全 迭 合 ， 這 種 分 子

32、 是 非 手 性 分 子 . 實(shí) 操 作 從 對 稱 性 看 , 分 子 若 有 虛 軸 Sn , 就 能 用 實(shí) 操 作 將 分 子 與其 鏡 象 迭 合 , 是 非 手 性 分 子 . 左 手 與 右 手 互 為 鏡 象 . 你 能 用 一 種 實(shí) 際 操 作 把 左手 變 成 右 手 嗎 ？ 對 于 手 做 不 到 的 , 對于 許 多 分 子 也 做 不 到 . 這種 分 子 就 是 手 性 分 子 . 結(jié) 論 ： 不 能 用 實(shí) 際 操 作 將 分 子 與 其 鏡 象 完 全 迭 合 的 分 子是 手 性 分 子 ， 分 子 沒 有 虛 軸 S n ,也 就 沒 有 、 沒 有 i、

33、 沒 有 S4 （ 任 何 分 子 , 包 括 手 性 分 子 , 都 能 用 “ 鏡 子 ” 產(chǎn) 生 鏡 象 , 但 手 性 分 子 本 身 并 無 鏡 面） . 第 二 種 情 況 : 分 子 不 具 有 Sn (也 就 沒 有 、 或 i、 或 S4), 分子 與 其 鏡 象 只 是 鏡 象 關(guān) 系 ， 并 不 全 同 . 這 種 分 子 不 能 用 實(shí) 際操 作 與 其 鏡 象 完 全 迭 合 , 稱 為 手 性 分 子 . 將 分 子 與 其 鏡 象 的 旋 光 度 分 別 記 作 R與 R ， 則 (1) 無 論 對 手 性 或 非 手 性 分 子 ， 都 有 R = - R； (

34、2) 對 非 手 性 分 子 ， 又 有 R = R . 結(jié) 論 ： 非 手 性 分 子 沒 有 旋 光 性 ， 手 性 是 分 子 產(chǎn) 生 旋光 性 的 必 要 條 件 .3. 分 子 的 手 性 與 旋 光 性 的 關(guān) 系 4. 以 上 分 別 討 論 了 對 稱 性 與 分 子 手 性 、 手 性 與旋 光 性 的 關(guān) 系 . 綜 合 這 兩 點(diǎn) 就 得 出 三 者 的 關(guān) 系 ：對稱性、分子手性、旋光性的關(guān)系 分 子 手 性 對 稱 性 旋 光 性 非 手 性 分 子 無 旋 光 性有 虛 軸 （ 包 括 鏡 面 或 對 稱中 心 ） 的 分 子 是 非 手 性 分 子 有 虛 軸 （

35、 包 括 鏡 面 或 對 稱中 心 ） 的 分 子 無 旋 光 性 分 子 旋 光 性 的 對 稱 性 判 據(jù) : 具 有 虛 軸 Sn(包 括 、 或 i、 或 S4 )的 分 子 是 非 手 性 分 子 ,沒 有旋 光 性 ；沒 有 虛 軸 Sn(也 就 沒 有 、 i和 S4 )的 分 子 是 手 性 分 子 , 具 備 產(chǎn)生 旋 光 性 的 必 要 條 件 （ 但 能 否 觀 察 到 還 要 看 旋 光 度 的 大小 ） . 手 性 分 子 通 常 屬 于 C n 、 Dn群 .具 有 旋 光 性 ： Cn 、 Dn群 . 習(xí) 題 下 列 各 點(diǎn) 群 中 增 加 或 減 少 某 對 稱

36、 元 素 后 ， 應(yīng) 為 什 么 群 ？1、 C3V 增 加 hh3c v vv 因 增 加 了 h ， 那 么 三 個(gè) v 與 h 的 交 線必 為 三 個(gè) )( 32 cc ， 使 之 成 為 二 面 體 群hD3 2、 hhD 減 去 h vc /2c 3、 hsc 加 hh1c 1c 4、 33 sD h減 h3c 3s 二 、 列 出 下 列 分 子 的 對 稱 元 素 ， 判 斷 所 屬 點(diǎn) 群1、 Co(NH3)4ClBrCoNH3 NH3NH3 NH3ClBr 對 稱 元 素 ： 一 個(gè) 4c ， 4個(gè) v所 屬 點(diǎn) 群 ： vc42、 IF 5 ， I 采 取 sp3d2 雜

37、 化 3、 Co(en)2Cl2 ,（ 反 式 ）4、 椅 式 環(huán) 己 烷 5、 SF6 三 、 有 下 列 分 子 的 偶 極 矩 數(shù) 據(jù) ， 推 測 分 子 的 立 體 構(gòu) 型 及 其所 屬 點(diǎn) 群 。a C3O2 (=0)b SO2 (=5.4D)c (=0)d (=6.9D)e (=0)f (=6.14D)g (=5.34D)N C C N H O O H 2 2ON NO2 2H N NH2 6 4 2H N CH NH 解 ： 四 、 指 出 下 列 分 子 的 點(diǎn) 群 、 旋 光 性 和 偶 極 矩 情 況a 3 3H C O CH b 3 2H C CH CH c 5IF d 8Sef Br N g NO2 CH3Cl 反 式 二 氯 乙 烯 序 號 點(diǎn) 群 旋 光 性 偶 極 矩a C2v 無 有b Cs 無 有c C4v 無 有d D4d 無 無e C2h 無 無f C s 無 有g(shù) C1 有 有