Sự đối xứng phân tử Sự đối xứng phân tử Bởi: Nguyễn Văn Hiệu Một phân tử gọi bất đối xứng phép quay, phép nghịch đảo, phép phản xạ gương tổ hợp phép biến đổi làm cho nguyên tử loại phân tử đổi chỗ cho không làm thay đổi vị trí phân tử (nghĩa làm cho phân tử chuyển sang vị trí giống vị trí cũ có nhiều nguyên tử thuộc loại) Trái lại, có phép biến đổi cứng nói mà sau phân tử chuyển sang vị trí giống vị trí trước thực phép biến đổi này, ta nói phân tử có tính đối xứng (bất biến) phép biến đổi đó, phép biến đổi gọi cá phép đối xứng phân tử Chúng tạo thành nhóm đối xứng phân tử Nếu tất nguyên tử phân tử xếp dọc theo đường thẳng gọi trục phan tử phân tử gọi phân tử thẳng Vị trí nguyên tử phân tử thẳng giữ cố định phép quay góc quanh trục quay trục phần tử phép phản xạ gương qua mặt phẳng gương chứa trục phân tử Vậy nhóm Cnv với trục quay Cn trùng với trục phần tử với n nhóm đối xứng phân tử thẳng Ta nói phân tử thẳng đối xứng nhóm C ∞ v Nếu phân tử thẳng có tâm nghịch đảo i nằm trục phân tử, gọi tâm đối xứng nó, phép quay C2 quanh trục trực giao với trục phân tử tâm đối xứng i phân tử chuyển sang vị trí giống vị trí ban đầu Vậy phân tử thẳng có tâm đối xứng i nắm trục phân tử, vô số trục quay C2 trực giao với trục phân tử yếu tố đối xứng Phân tử đối xứng phép phản xạ gương, σh qua mặt phẳng gương tực giao với trục phân tử tâm i Vậy tất tinh thể thẳng có tâm nghịch đảo đối xứng nhóm Dnh với n Ta nói phân tử đối xứng nhóm D ∞ h Một thí dụ phân tử thẳng tâm đối xứng sodium acetylide (hình 3.20a) với công thức chung AB2C, carbon suboxide (hình 3.20b) với công thức chung A3B2 cho ta thí dụ phân tử thẳng có tâm đối xứng Các nhóm đối xứng Cnv Dnh với n khác 2, 3, 4, nhóm điểm tinh thể học nhóm đối xứng phân tử nhóm đối xứng tinh thể (ba chiều) 1/10 Sự đối xứng phân tử Bây trình bày cấu trúc phân tử mà nhóm đối xứng chúng nhóm điểm tinh thể học Nếu ta xét nhóm điểm đặc biệt C1 chứa yếu tố đơn vị E (phép biến đổi đồng nhất) mọt nhóm tầm thường: nhóm đối xứng tất tinh thể bất đối xứng Nhóm điểm Ci với hai yếu tố, yếu tố đơn vị E phép nghịch đảo i tâm nghịch đảo đó, nhóm đối xứng tất phân tử có tâm đối xứng Nhóm điểm C1h = C1v nhóm đối xứng tất phân tử mà phân tử tách thành hai nửa đối xứng với qua mặt phẳng đó, nửa ảnh gương nửa Có nhiều phân tử thuộc hai loại Nhiều phân tử mà xem xét đối xứng tâm nghịch đảo / đối xứng với mặt phẳng gương Cấu trúc phân tử có nhóm đối xứng C2, trans-1,2-dibromocylopropane, trình bày hình 3.21a; ba nguyên tử C nằm mặt phẳng yOz, trục quay C2 trục Oz Cấu trúc phân tử nước H2O trình bày hình 3.21b Ta chọn trục Ox đường thẳng qua hai nguyên tử H, gốc tọa độ O trung điểm đoạn thẳng nối hai nguyên tử này, trục Oz từ gốc tọa độ qua nguyên tử O Trong phép quay C2 quanh trục Oz hai nguyên tử H đổi chỗ cho nhau, phân tử H2O không dịch chuyển Phân tử đối xứng hai mặt phẳng gương mặt phẳng tọa độ xOz yOz Vậy nhóm đối xứng phân tử nước nhóm C2v Phân tử SO2 có cấu trúc tương tự có nhóm đối xứng C2v 2/10 Sự đối xứng phân tử Các nguyên tử phân tử cis-C2H2Cl2 xếp cungfm ột mặt phẳng cách đối xứng với mặt phẳng khác trực giao với mặt phẳng phân tử (hình 3.21c) Bản thân mặt phẳng phân tử mặt phẳng gương Phép quay C2 quanh giao tuyến hai mặt phẳng gương trực giao nói phép đối xứng phân tử Vậy cis-C2H2Cl2 có nhóm đối xứng C2v Phân tử trans-dinitrogen difluoride trình bày hình 3.21d, phân tử trans-dichloroethylene trình bày hình 3.21c phân tử trans-C2H2Cl2 trình bày hình 3.21f, phân tử gồm nguyên tử xếp mặt phẳng chọn làm mặt phẳng hình vẽ nói trên, có yếu tố đối xứng sau đây: mặt phẳng gương σh mặt phẳng hình vẽ trục quay 3/10 Sự đối xứng phân tử C2 trực giao với mặt phẳng hình vẽ Các phân tử có nhóm đối xứng nhóm C2h 4/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử ammonia NH3 có ba nguyên tử H xếp ba đỉnh hình tam giác nguyên tử N nằm mặt phẳng hình tam giác đường thẳng tâm hình tam giác (hình 3.22a) Đường trực giao trục quay C3, ba mặt phẳng chứa trục quay qua cạnh hình tam giác trung điểm chúng, nghĩa mặt phẳng phân giác ba góc hình tam giác đều, ba mặt phẳng gương Nhóm đối xứng phân tử ammonia nhóm C3v Phân tử CHCl3 với cấu trúc trình bày hình 3.22b có tính chất đối xứng tương tự; nhóm đối xứng nhóm C3v Phân tử orthoboric acid có nguyên tử xếp mặt phẳng mà ta chọn làm mặt phảng hình vẽ (hình 3.22c) Các nguyên tử mọt loại đổi chỗ cho phép quay C3 C23 quanh trục quay trực giao với mặt phẳng hình vẽ vị trí nguyên tử B, tâm điểm phân tử Mặt phẳng hình vẽ mặt phẳng gương phân tử Vậy phân tử orthoboric acid có nhóm đối xứng C3h 5/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử SF5Cl có bốn nguyên tử F xếp bốn đỉnh hình vuông, nguyên tử S nằm tâm hình vuông, nguyên tử F nguyên tử Cl nằm mặt phẳng hình vuông, đường thẳng trực giao với mặt phẳng tâm hình vuông (hình 3.23) 6/10 Sự đối xứng phân tử Trong phép quay C4, C24, C34 quanh đường thẳng trực giao bốn nguyên tử F bốn đỉnh hình vuông đổi chỗ cho nhau, nguyên tử F thứ năm hai nguyên tử S, Cl không dời chỗ Ngoài phân tử đối xứng bốn mặt phẳng qua đỉnh hình vuông hai mặt phẳng qua tủng diểm cạnh hình vuông Phân tử SF5Cl có nhóm đối xứng nhóm C4v Phân tử naphthalene với cấu trúc trình bày hình 3.24a có ba yếu tố đối xứng ba trục quay C2 trực giao với tâm nghịch đảo phân tử, hai trục quay C2 trực giao với mặt phẳng hình vẽ Vì mặt phẳng hình vẽ lại yếu tố đối xứng – mặt phẳng gương, nhóm đối xứng phân tử naphthalene nhóm D2h Phân tử C2H4 với nguyên tử xếp mặt phẳng mà ta chọn làm mặt phẳng hnfh vẽ hình 3.24b có tính chất đối xứng phép phản xạ gương qua mặt phẳng ba phép quay C2 quanh ba trục quay trực giao với nhau: trục trực giao với mặt phẳng hình vẽ hai trục nằm mặt phẳng Do phân tử C2H4 có nhóm đối xứng nhóm D2h 7/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử 1, 3, 5-tribromobenzene với nguyên tử xếp mặt phẳng chọn làm mặt phẳng hình vẽ có yếu tố đối xứng sau (xem hình 3.25): trục quay C3 trực giao với mặt phẳng hình vẽ tâm đối xứng phân tử, ba trục quay C2 nằm mặt phẳng hình vẽ tạo với góc π3 2π3 , mặt phẳng gương mặt phẳng hình vẽ Nhóm đối xứng phân tử nhóm D3h Phân tử SiF4 có bốn nguyên tử F xếp bốn đỉnh hình tứ diện đều, nguyên tử Si nằm tâm hình cách bốn nguyên tử F (hình 3.26) Nhóm đối xứng phân tử SiF4 nhóm tứ diện Td 8/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử SF6 có sáu nguyên tử F xếp sáu đỉnh hình bát diện đều, nguyên tử S nằm tâm hình cách sáu nguyên tử F (hình 3.27) Nhóm đối xứng phân tử SF6 nhóm bát diện Oh Cuối ý phân tử cấu trúc tuần hoàn có nhiều nhóm điểm Cn , Cnh , Cnv,Dn , Dnh , Dnd , Sn nhóm điểm tinh thể học mà lại nhóm đối xứng phân tử 9/10 Sự đối xứng phân tử Nhóm điểm phân tử có công thức hóa học thuộc số dạng đơn giản trình bày bảng sau đây: Bảng nhóm điểm số loại phân tử 10/10 ... chuyển Phân tử đối xứng hai mặt phẳng gương mặt phẳng tọa độ xOz yOz Vậy nhóm đối xứng phân tử nước nhóm C2v Phân tử SO2 có cấu trúc tương tự có nhóm đối xứng C2v 2/10 Sự đối xứng phân tử Các nguyên... trí nguyên tử B, tâm điểm phân tử Mặt phẳng hình vẽ mặt phẳng gương phân tử Vậy phân tử orthoboric acid có nhóm đối xứng C3h 5/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử SF5Cl có bốn nguyên tử F xếp bốn... tử Si nằm tâm hình cách bốn nguyên tử F (hình 3.26) Nhóm đối xứng phân tử SiF4 nhóm tứ diện Td 8/10 Sự đối xứng phân tử Phân tử SF6 có sáu nguyên tử F xếp sáu đỉnh hình bát diện đều, nguyên tử