Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

СИММЕТРИЯ МОЛЕКУЛ

Читайте также:
  1. B) Соединение атома водорода одной молекулы с сильно электроотрицательным элементом другой молекулы
  2. D) Концентрацию молекул.
  3. Алгоритм обчислення відносної молекулярної маси речовини за її формулою
  4. Аминоспиртами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино- и гидроксигруппы.
  5. Асимметрия
  6. Асимметрия
  7. Асимметрия и эксцесс эмпирического распределения
  8. Асимметрия и эксцесс эмпирического распределения.
  9. Биомолекулярные связи.
  10. Внутримолекулярные окислительно- восстановительные реакции

Симметрия — это способ математического описания физических, химических, математических и др. объектов. Симметрия объекта описывается посредством задания списка операций симметрии { F 1, F 2, …}, характерных для данного объекта. Операция симметрии — любая процедура, выполняемая над объектом, при условии, что ее конечный результат в принципе невозможно обнаружить посредством каких бы то ни было экспериментальных наблюдений или измерений. Другими словами, операция симметрии не оставляет физических последствий в объекте.

Операции симметрии весьма разнообразны. Возьмем объект, находящийся в т.н. "стационарном состоянии" и подвергнем его операции сдвига во времени (F = D t), т.е. просто подождем некоторый отрезок времени D t. Если теперь сравнить все измеримые характеристики объекта до и после нашей операции, то мы не найдем никаких отличий. Следовательно, операция смещения во времени является операцией симметрии, характерной для объектов или систем "стационарного" типа. Можно даже использовать понятие симметрии для определения смысла "стационарности": состояние объекта является стационарным, если для него операции сдвигов во времени являются операциями симметрии. Такой способ классификации состояний и объектов очень эффективен, поскольку он является однозначным и объективным.

Возьмем теперь "изолированный" объект, т.е. отделенный непроницаемыми границами от окружающей среды и не способный взаимодействовать ни с какими окружающими телами. Все характеристики такого объекта не изменятся при выполнении операций сдвига в пространстве (F = D r) на любое расстояние и в любом направлении и пространственного поворота (F = Dj) на любой угол и вокруг любой пространственной оси. Следовательно, для любых изолированных объектов или систем пространственные сдвиги и повороты являются операциями симметрии. Данные операции симметрии можно использовать для определения смысла "изолированности". Описанные выше операции-сдвиги часто используют в качестве характеристик самого пространства-времени и интерпретируют как однородность времени, однородность и изотропность пространства.

Знание такой симметрии важно не только в механике, но и в химии, поскольку основные химические объекты — атомы, молекулы, вещества и т.д. обладают всеми описанными операциями симметрии. Это позволяет переносить химическое знание о таких объектах во времени и пространстве. Так, мы можем быть уверены, что химические свойства атома водорода не изменились за последние годы, свойства воды одинаковы в любой лаборатории мира и т.д.

В реальных ситуациях, изучаемые объекты и системы никогда не бывают в точности стационарными или строго изолированными от окружающих тел. Поэтому их симметрия носит более частный характер. При этом существенное значение имеет следующее условие: объект должен быть составным, т.е. должен содержать внутренние части, определенным образом упорядоченные относительно друг друга. Некоторые из этих частей должны быть одинаковы между собой. Если мы переставим местами две такие одинаковые части, сохраняя общую структуру объекта, то его наблюдаемые характеристики не изменятся при любых условиях (неоднородное окружение, эволюция во времени и т.д.). Такой вид симметрии называется перестановочной. Возьмем для примера молекулу пропана:

Ясно, что при перестановке местами любых двух атомов углерода (Р СС) или любых двух атомов водорода (Р НН), свойства молекулы совершенно не изменятся. Такие перестановки (Pij) являются операциями симметрии. Напротив, если мы переставим местами атом углерода и атом водорода, то свойства молекулы изменятся чрезвычайно сильно — настолько, что получившаяся молекула не сможет устойчиво существовать и разрушится или перегруппируется некоторым образом. Такая перестановка уже не будет операцией симметрии. Перестановочные операции симметрии не ограничиваются только бинарными перестановками. В перестановке может участвовать любое число атомов, вплоть до всех атомов, имеющихся в составе молекулы.

Очевидно, что для каждой молекулы можно перечислить все возможные перестановки одинаковых атомов, являющиеся операциями симметрии { Pij }. Такой список называется группой перестановок ядер молекулы (ГПЯМ). Аналогичные группы существуют и для электронов, входящих в состав атомов и молекул. Они играют важную роль в квантовой химии.

Среди перестановок можно выделить некоторые особые, которые можно выполнить посредством глобальных перемещений в пространстве всего составного объекта в целом, и в которых сохраняются бинарные соотношения между частицами (например, в молекуле химически связанные атомы остаются связанными, т.е. молекула преобразуется как целое без разрыва химических связей). Перестановки такого специального типа называются пространственными операциями симметрии. Во многих случаях достаточно ограничиться рассмотрением именно этих операций симметрии.

 




Дата добавления: 2015-01-12; просмотров: 28 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав