Симметрия молекул

В многоатомной молекуле можно выделить одинаковые атомы, химические связи либо отдельные фрагменты (группы атомов). Их взаимное пространственное расположение придает молекуле определенную структурную форму, которая может быть подобна некоторой геометрической фигуре. Ввиду наличия в молекуле одинаковых частей (атомов), которые можно взаимозаменять в результате различных поворотов, отражений, говорят, что молекула в устойчивом электронном состояния обладает определенной симметрией равновесной конфигурации ядер. Атомы либо структурные группы, которые можно менять местами, эквивалентны по своей симметрии. Молекула может обладать одним или несколькими элементами симметрии (например, ось симметрии, плоскость симметрии и др. (рис. 4.6)). Каждому элементу симметрии соответствует своя операция симметрии, при которой равновесная конфигурация молекулы пе реходит сама в себя. Эквивалентными атомами или связями в молекуле будут такие атомы или связи, которые могут взаимозаменяться в результате операций симметрии. Все атомы данного вида, а равным образом и химические связи, эквивалентные в отношении симметрии, являются химически тождественными.

Например, в результате поворота молекулы NH₃ на угол 120° вокруг оси третьего порядка (С ₃), проходящей через атом азота (рис. 4.6.), получим конфигурацию, эквивалентную первоначальной, так как атомы водорода и связи N–H считаются одинаковыми. Следующий поворот на 120⁰ переводит молекулу NH₃ в новое положение, неотличимое от предыдущего. В общем случае молекула с осью симметрии n -го порядка имеет n эквивалентных положений, получающихся одно из другого вращением вокруг этой оси. Операцию вращения рассматривают как операцию симметрии.

Все операции симметрии для молекулы оставляют хотя бы одну точку в пространстве без изменения. Обычно в этой точке пересекаются все оси и плоскости симметрии, поэтому она является центром симметрии (центром тяжести молекулы). Наличие элементов симметрии и соответствующих им операций симметрии позволяет разбить все молекулы по числу и характеру их элементов симметрии на небольшое число групп. Эти группы называются точечными группами симметрии. Точечными потому, что при проведении любой операции симметрии в молекуле всегда имеется хотя бы одна точка, положение которой не меняется при проведении любой операции симметрии, присущей молекуле