对称性在结构化学中的应用

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本文主要是将结构化学中有关对称性方面的理论知识和计算方法进行了综合对比,就一些有关对称性有争议的问题以及现行教材中存在的不足发表了一些看法,以便为将来用对称性将结构化学的主要教学内容串起来,形成新的教学教材体系作理论和实践上的准备。 文章首先论述了系统具体的某些对称性即不变性导致相应力学量守恒,而这些守恒量力学量如果两个对易,就可以用它们对应的量子数来标记体系的本征态。例如,单电子原子体系的H、L、Lz以及Sz相互对易,因而用n,l,m,ms来标志单电子原子的本征态;分子体系内,分子所属点群的对称操作与H对易,因而用不可约表示特征标标志正则分子轨道。对称性是整个结构化学的基础。 然后主要讨论了对称性与原子光谱选律之间的关系。针对课时有限而学生理解困难这一矛盾,建议教师从力学量守恒角度出发,对选律给予必要的解释。指出一般教材在此的不足:没能列出选律中很重要的Laporte选择定则。无论是L-S耦合还是J-J耦合,这一条是必须首要考虑的。 接下来是基于分子几何结构的对称性,利用群论方法确定杂化轨道的类型并构造波函数,讨论了参量对轨道的键强、轨道夹角进而对分子对称性从子群到母群转换的动态影响。就有争议的三角双锥分子的杂化轨道进行了探讨:一般文献给出的杂化轨道不符合夹角公式,本文借助一般键函数中含有的待定参量使之满足公式。 文章的第四部分主要论述对称性在确定简并分子轨道,简化量化计算方面的应用;对双原子分子谱项的对称性符号作了有益的、较系统的阐释,这对于帮助学生理解谱项的含义是很有必要的。重点讨论了对称性匹配的判据,指出将原子轨道对称性匹配等同于分子体系的对称性匹配是错误的;另就“l1+l2对称元素作判据”发表观点,阐明了正确判据的含义。 最后讨论了对称性在确定正则振动类型及数目,构造振动模式进而确定分子结构上的应用。
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