高级无机化学/分子点群
< 高级无机化学
一个 **点群** 描述了可以对一个分子执行的所有 对称操作，这些操作会导致与原始构象无法区分的构象。点群用于群论，即对群的数学分析，以确定诸如分子的分子轨道之类的性质。
虽然一个点群包含可以对给定分子执行的所有对称操作，但确定分子的总体点群并不需要识别所有这些操作。相反，可以通过遵循一组步骤来确定分子的点群，这些步骤分析特定 对称元素 的存在（或不存在）。
- 确定分子是对称性高还是低。
- 如果不是，则找到最高阶旋转轴，Cn。
- 确定分子是否具有任何垂直于主Cn轴的C2轴。如果是，则有n个这样的C2轴，分子位于D组点群中。如果不是，则它位于C组或S组点群中。
- 确定分子是否具有垂直于主Cn轴的水平镜面 (σh)。如果是，则分子位于Cnh组或Dnh组点群中。
- 确定分子是否具有包含主Cn轴的垂直镜面 (σv)。如果是，则分子位于Cnv组或Dnd组点群中。如果不是，并且如果分子具有n个垂直的C2轴，那么它属于Dn组点群。
- 确定是否存在与主Cn轴共线的非正常旋转轴，S2n。如果是，则分子位于S2n点群中。如果不是，则分子位于Cn点群中。
确定分子总体点群的步骤在包含的流程图中显示。
- 苯既不是高对称性也不是低对称性
- 最高阶旋转轴：C6
- 有 6 个垂直于主轴的 C2 轴
- 存在一个水平镜面 (σh)
苯位于 D6h 点群中。
低对称点群包括 C1、Cs 和 Ci 群。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| C1 | 只有恒等操作 (E) | CHFClBr |
| Cs | 只有恒等操作 (E) 和一个镜面 | C2H2ClBr |
| Ci | 只有恒等操作 (E) 和一个反演中心 (i) | C2H2Cl2Br2 |
高对称点群包括 Td、Oh、Ih、C∞v 和 D∞h 群。下表描述了它们的特征对称操作。点群中包含的对称操作的完整集合在相应的 字符表 中描述。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| C∞v | 具有无限多个旋转轴和垂直镜面 (σv) 的线性分子 | HBr |
| D∞h | 具有无限多个旋转轴、垂直镜面 (σv)、垂直的 C2 轴、水平镜面 (σh) 和反演中心 (i) 的线性分子 | CO2 |
| Td | 通常具有四面体几何形状，具有 4 个 C3 轴、3 个 C2 轴、3 个 S4 轴和 6 个二面镜面 (σd) | CH4 |
| Oh | 通常具有八面体几何形状，具有 3 个 C4 轴、4 个 C3 轴和一个反演中心 (i) 作为特征对称操作 | SF6 |
| Ih | 通常具有二十面体结构，具有 6 个 C5 轴作为特征对称操作 | B12H122- |
D组点群被分类为 Dnh、Dnd 或 Dn，其中 n 指示主旋转轴。总的来说，D 组的特征是存在 n 个垂直于主 Cn 轴的 C2 轴。D 组中分子的进一步分类取决于水平或垂直/二面镜面的存在。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| Dnh | n 个垂直的 C2 轴和一个水平镜面 (σh) | 苯，C6H6 是 D6h |
| Dnd | n 个垂直的 C2 轴和一个垂直镜面 (σv) | 丙二烯，C3H4 是 D2d |
| Dn | n 个垂直的 C2 轴，没有镜面 | [Co(en)3]3+ 是 D3 |
C 组点群被分类为 Cnh、Cnv 或 Cn，其中 n 指示主旋转轴。C 组的特征是缺乏 n 个垂直于主 Cn 轴的 C2 轴。C 组中分子的进一步分类取决于水平或垂直/二面镜面的存在。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| Cnh | 垂直于主 Cn 轴的水平镜面 (σh) | 硼酸，H3BO3 是 C3h |
| Cnv | 包含主 Cn 轴的垂直镜面 (σv) | 氨，NH3 是 C3v |
| Cn | 没有镜面 | P(C6H5)3 是 C3 |
S 组点群被分类为 S2n，其中 n 指示主旋转轴。S 组的特征是缺乏 n 个垂直于主 Cn 轴的 C2 轴，以及缺乏水平和垂直/二面镜面。但是，存在一个与主 Cn 轴共线的非正常旋转（或旋转-反射）轴。
| 群 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
| S2n | 与主 Cn 轴共线的非正常旋转（或旋转-反射）轴 | 12-冠-4 是 S4 |