Simetri molekul

Simetri molekul dalam kimia menerangkan simetri yang terdapat dalam molekul dan pengelasan molekul ini mengikut simetrinya. Simetri molekul ialah konsep asas kimia, kerana ia boleh digunakan untuk meramal atau menerangkan banyak sifat kimia molekul, seperti sama ada ia mempunyai momen dwikutub atau tidak, serta peralihan spektroskopi yang dibenarkan. Dalam melakukan ini, penggunaan teori kumpulan adalah perlu. Ini melibatkan pengelasan keadaan molekul menggunakan perwakilan tidak boleh dikurangkan daripada jadual aksara kumpulan simetri molekul. Simetri berguna dalam kajian orbital molekul, dengan aplikasi pada kaedah Hückel, teori medan ligan, dan peraturan Woodward-Hoffmann. Banyak buku teks peringkat universiti tentang kimia fizikal, kimia kuantum, spektroskopi dan kimia tak organik membincangkan simetri.Quantum Chemistry, 3rd ed. John P. Lowe, Kirk Peterson Physical Chemistry: A Molecular Approach by Donald A. McQuarrie, John D. Simon The chemical bond, 2nd ed. J.N. Murrell, S.F.A. Kettle, J.M. Tedder Physical Chemistry, 8th ed. P.W. Atkins and J. de Paula, W.H. Freeman, 2006 , chap.12G. L. Miessler and D. A. Tarr Inorganic Chemistry, 2nd ed. Pearson, Prentice Hall, 1998 , chap.4.Molecular Symmetry and Spectroscopy, 
2nd ed. Philip R. Bunker and Per Jensen, NRC Research Press, 
Ottawa (1998) Satu lagi rangka kerja pada skala yang lebih besar ialah penggunaan sistem hablur untuk menggambarkan simetri kristalografi dalam bahan pukal.

Terdapat banyak teknik untuk menentukan simetri molekul tertentu, termasuk kristalografi sinar-X dan pelbagai bentuk spektroskopi. Notasi spektroskopi adalah berdasarkan pertimbangan simetri.

 Konsep simetri kumpulan titik 
+Contoh hubungan antara kiraliti dan simetri Paksi putaran (Cn) Unsur putaran tidak wajar (Sn) Kiraltiada Sn Tak kiralsatah cerminS1 = σ Tak kiralpusat songsanganS2 = i C162x62px79x79px117x117px C2154x154px93x93px117x117px

 Unsur 
Simetri kumpulan titik bagi molekul ditakrifkan oleh kehadiran atau ketiadaan 5 jenis unsur simetri.

 Paksi simetri: paksi sekeliling dengan putaran  menghasilkan molekul yang tidak dapat dibezakan daripada asal. Ini juga dipanggil paksi putaran n lipatan, dan disingkat Cn. Contohnya ialah paksi C2 air dan paksi C3 ammonia. Sesuatu molekul boleh mempunyai lebih daripada satu paksi simetri; yang mempunyai n tertinggi dipanggil paksi utama, dan secara konvensional diselaraskan dengan paksi-z dalam sistem koordinat Cartes.
 Satah simetri: satah pantulan di mana suatu salinan serupa molekul asal dihasilkan. Ini juga dipanggil satah cermin dan disingkat σ (sigma = "huruf s" Yunani, daripada bahasa Jerman Spiegel "cermin"). Air mempunyai dua: satu dalam satah molekul itu sendiri dan satu yang berserenjang dengannya. Satah simetri yang selari dengan paksi utama digelar menegak (σv) dan satu berserenjang dengannya mendatar (σh). Jenis satah simetri ketiga wujud: Jika satah simetri menegak turut membahagi dua sudut antara dua paksi putaran 2 kali ganda berserenjang dengan paksi utama, satah itu digelar dihedral (σd). Satah simetri juga boleh dikenal pasti melalui orientasi Cartes seperti (xz) atau (yz).
 Pusat simetri atau pusat penyongsangan, singkatan i. Molekul mempunyai pusat simetri apabila bagi mana-mana atom dalam molekul, atom yang sama wujud secara diametrik bertentangan dengan pusat ini dengan jarak yang sama daripadanya. Dalam erti kata lain, molekul mempunyai pusat simetri apabila titik (x,y,z) dan (−x,−y,−z) adalah sama. Contohnya, jika terdapat atom oksigen di beberapa titik (x,y,z), maka terdapat atom oksigen di titik tersebut (−x,−y,−z). Mungkin ada atau tiada atom di pusat penyongsangan itu sendiri. Contohnya ialah xenon tetrafluorida, di mana pusat penyongsangan berada pada atom Xe, dan benzena (), di mana pusat penyongsangan berada di tengah cincin.
 Paksi pantulan putaran: paksi di sekelilingnya putaran oleh , diikuti dengan pantulan dalam satah berserenjang dengannya, meninggalkan molekul tidak berubah. Juga dipanggil paksi putaran tak wajar n-lipatan, dan disingkatkan Sn. Contohnya terdapat dalam silikon tetrafluorida tetrahedral, dengan tiga paksi S4, dan konformasi berperingkat etana dengan satu paksi S6. Paksi S1 sepadan dengan satah cermin σ dan paksi S2 ialah pusat penyongsangan i. Molekul yang tidak mempunyai paksi Sn untuk sebarang nilai n ialah molekul kiral.
 Identiti, singkatan E, daripada bahasa Jerman Einheit,  "perpaduan".LEO Ergebnisse für "einheit" Unsur simetri ini hanya terdiri daripada tiada perubahan: setiap molekul mempunyai unsur simetri ini, yang bersamaan dengan putaran betul C1. Ia mesti dimasukkan dalam senarai unsur simetri supaya ia membentuk kumpulan matematik, di mana berdsarkan definisi, memerlukan kemasukan unsur identiti. Ia disebut demikian kerana ia dianalogikan dengan pendaraban dengan satu (perpaduan).

 Operasi 
Lima unsur simetri telah dikaitkan dengan lima jenis operasi simetri, yang menyebabkan geometri molekul tidak dapat dibezakan daripada geometri permulaan. Mereka kadangkala dibezakan daripada unsur simetri oleh karet atau sirkumfleks. Oleh itu, Ĉn ialah putaran molekul di sekeliling paksi dan Ê ialah operasi identiti. Unsur simetri boleh mempunyai lebih daripada satu operasi simetri yang dikaitkan dengannya. Contohnya, paksi C4 bagi molekul xenon tetrafluorida (XeF4) segi empat sama dengan dua putaran Ĉ4 dalam arah bertentangan (90° dan 270°), putaran Ĉ2 (180°) dan Ĉ1 (0° atau 360°). Oleh kerana Ĉ1 bersamaan dengan Ê, Ŝ1 hingga σ dan Ŝ2 hingga î, semua operasi simetri boleh diklasifikasikan sebagai sama ada putaran wajar atau tidak.

Bagi molekul linear, sama ada putaran mengikut arah jam atau lawan jam mengenai paksi molekul oleh mana-mana sudut Φ ialah operasi simetri.

 Kumpulan simetri 

 Kumpulan 
Operasi simetri molekul (atau objek lain) membentuk kumpulan. Dalam matematik, kumpulan ialah satu set dengan operasi binari yang memenuhi empat sifat yang disenaraikan di bawah.

 Kumpulan titik biasa 
Jadual berikut menyenaraikan banyak kumpulan titik yang boleh digunakan untuk molekul, dilabel menggunakan notasi Schoenflies, yang biasa dalam kimia dan spektroskopi molekul. Penerangan termasuk bentuk biasa molekul, yang boleh dijelaskan oleh model VSEPR. Dalam setiap baris, perihalan dan contoh tidak mempunyai simetri yang lebih tinggi, bermakna kumpulan titik yang dinamakan merangkumi semua simetri titik.
Kumpulan titikOperasi simetriHuraian ringkas geometriContohC1Ekiral; tiada simetri210x210pxbromoklorofluorometana (kedua-dua enantiomer ditunjukkan)112x112pxasid lisergik112x112pxL-leusina dan semua α-asid amino kecuali glisinaCsE σhsatah cermin104x104pxtionil klorida101x101pxAsid hipoklorus95x95pxkloroiodometanaCiE ipusat songsangan170x170pxasid meso-tartarik209x209pxasid musik (asid meso-galaktarik)(S,R) 1,2-dibromo-1,2-dikloroetana (bentuk anti)C∞vE 2C∞Φ ∞σvlinear97x97pxhidrogen fluorida(dan semua molekul dwiatom atom berbeza)130x130pxnitrus oksida(dinitrogen monoksida)112x112pxasid hidrosianik(hidrogen sianida)D∞hE 2C∞Φ  ∞σi i  2S∞Φ ∞C2linear dengan pusat songsangan91x91pxoksigen(dan semua molekul dwiatom sama atom)95x95pxkarbon dioksida119x119pxasetilena (etuna)C2E C2"geometri buku terbuka", kiral132x132pxhidrogen peroksida95x95pxhidrazina95x95pxtetrahidrofuran (berpintal)C3E C3 C3"bilah kipas", kiral104x104pxtrifenilfosfina110x110pxtrietilamina127x127pxasid fosforikC2hE C2 i σhrata dengan pusat songsangan, tiada satah menegak102x102px<i id="mwAoM">trans</i>-1,2-dikloroetilena116x116px<i id="mwAos">trans</i>-dinitrogen difluorida186x186px<i id="mwApM">trans</i>-azobenzenaC2vE C2 σv(xz) σv'(yz)bersudut (H2O) atau jongkang-jongket (SF4)93x93pxair143x143pxsulfur tetrafluorida95x95pxdiklorometanaC3hE C3 C32 σh S3 S35"bilah kipas"112x112pxasid borik105x105pxfloroglusinol (1,3,5-trihidroksibenzena)C3vE 2C3 3σvpiramid kaki tiga117x117pxammonia (dengan songsangan piramid diabaikan)103x103pxfosforus oksiklorida100x100pxkobalt tetrakarbonil hidrida, HCo(CO)4C4vE 2C4 C2 2σv 2σdpiramid kaki empat116x116pxxenon oksitetrafluorida119x119pxpentaborana(9), B5H9100x100pxanion nitroprusida, [Fe(CN)5(NO)]2−C5E 2C5 2C52simetri putaran ganda lima133x133pxprotein reaktif CC5vE 2C5 2C52 5σvkompleks "bangku"100x100pxNi(C5H5)(NO)127x127pxkoranulenaD2E C2(x) C2(y) C2(z)berpilin, kiral127x127pxbifenil (berpencong)100x100pxtwistana (C10H16)sikloheksana berpilinD3E C3(z) 3C2heliks ganda tiga, kiral100x100pxkation tris(etilenadiamina)kobalt(III)100x100pxanion tris(oksalato)ferum(III)D2hE C2(z) C2(y) C2(x) i σ(xy) σ(xz) σ(yz)rata dengan pusat songsangan, satah menegah103x103pxetena (etilena)89x89pxpirazina122x122pxdiboranaD3hE 2C3 3C2 σh 2S3 3σvrata bucu tiga atau bipiramid kaki tiga89x89pxboron trifluorida90x90pxfosforus pentaklorida92x92pxsiklopropanaD4hE 2C4 C2 2C2' 2C2" i  2S4 σh 2σv 2σdrata bucu empat94x94pxxenon tetrafluorida90x90pxanion oktaklorodimolibdat(II)113x113pxtrans-[CoIII(NH3)4Cl2]+ (atom H diabaikan)D5hE 2C5 2C52 5C2 σh 2S5 2S53 5σvpentagon113x113pxanion siklopentadienil100x100pxrutenosena100x100pxC70D6hE 2C6 2C3 C2 3C2' 3C2‘’ i 2S3 2S6 σh 3σd 3σvheksagon112x112pxbenzena104x104pxbis(benzena)kromium127x127pxkoronena (C24H12)D7hE C7 S7 7C2 σh 7σvheptagon110x110pxkation tropilium (C7H7+)D8hE C8 C4 C2 S8 i 8C2 σh 4σv 4σdoktagon125x125pxanion siklooktatetraenida (C8H82−)100x100pxuranosenaD2dE 2S4 C2 2C2' 2σdpintalan 90°123x123pxalena139x139pxtetrasulfur tetranitrida100x100pxdiborana(4) (teruja)D3dE 2C3 3C2 i 2S6 3σdpintalan 60°128x128pxetana (rotamer bertingkat)128x128pxdikobalt oktakarbonil (isomer tak bersambung)127x127pxsikloheksana (konformasi kerusi)D4dE 2S8 2C4 2S83 C2 4C2' 4σdpintalan 45°137x137pxsulfur (konformasi mahkota S8)129x129pxdimangan dekakarbonil (rotamer bertingkat)113x113pxion oktafluoroksenat (geometri unggul)D5dE 2C5 2C52 5C2 i 2S103 2S10 5σdpintalan 36°112x112pxferosena (rotamer bertingkat)S4E 2S4 C2100x100px1,2,3,4-tetrafluorospiropentana (isomer meso)TdE 8C3 3C2 6S4 6σdtetrahedron100x100pxmetana100x100pxdifosforus pentoksida100x100pxadamantana ThE 4C3 4C32 i 3C2 4S6 4S65 3σhpiritohedronOhE 8C3 6C2 6C4 3C2 i 6S4 8S6 3σh 6σdoctahedron atau kubus100x100pxsulfur heksafluorida100x100pxmolibdenum heksakarbonil100x100pxkubaneIE 12C5 12C52 20C3 15C2ikosahedron atau dodecahedral kiral104x104pxrinovirusIhE 12C5 12C52 20C3 15C2 i 12S10 12S103 20S6 15σikosahedron atau dodecahedral100x100pxBuckminsterfullerene100x100pxanion dodekaborat106x106pxdodekahedrana

 Rujukan 

Kategori:Kimia teori
Kategori:Simetri