Презентация на тему "симметрия в химии". Симметрия в химии

Симметрия (в химии)

Симметрия в широком смысле -соответствие, неизменность

Симметрия в химии проявляется в геометрической конфигурации молекул, что сказывается на специфике физических и химических свойств молекул в изолированном состоянии, во внешнем поле и при взаимодействии с другими атомами и молекулами.

Большинство простых молекул обладает элементами пространственной симметрии равновесной конфигурации: осями симметрии, плоскостями симметрии и т. д. (см. Симметрия в математике). Так, молекула аммиака NH 3 обладает симметрией правильной треугольной пирамиды, молекула метана CH 4 - симметрией тетраэдра. У сложных молекул симметрия равновесной конфигурации в целом, как правило, отсутствует, однако приближённо сохраняется симметрия отдельных её фрагментов (локальная симметрия). Наиболее полное описание симметрии как равновесных, так и неравновесных конфигураций молекул достигается на основе представлений о т. н. динамических группах симметрии - группах, включающих не только операции пространственной симметрии ядерной конфигурации, но и операции перестановки тождественных ядер в различных конфигурациях. Например, динамическая группа симметрии для молекулы NH 3 включает также и операцию инверсии этой молекулы: переход атома N с одной стороны плоскости, образованной атомами Н, на другую её сторону.

Симметрия равновесной конфигурации ядер в молекуле влечёт за собой определённую симметрию волновых функций (величина, полностью описывающая состояние мокро объекта, например: электрона, протона, атома) различных состояний этой молекулы, что позволяет проводить классификацию состояний по типам симметрии. Переход между двумя состояниями, связанный с поглощением или испусканием света, в зависимости от типов симметрии состояний может либо проявляться в молекулярном спектре, либо быть запрещенным, так что соответствующая этому переходу линия или полоса будет отсутствовать в спектре. Типы симметрии состояний, между которыми возможны переходы, влияют на интенсивность линий и полос, а также и на их поляризацию. Например, у гомоядерных двухатомных молекул запрещены и не проявляются в спектрах переходы между электронными состояниями одинаковой чётности, электронные волновые функции которых ведут себя одинаковым образом при операции инверсии; у молекул бензола и аналогичных соединений запрещены переходы между невырожденными электронными состояниями одного и того же типа симметрии и т. п. Правила отбора по симметрии дополняются для переходов между различными состояниями правилами отбора, связанными со спином (собственный момент движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частиц как целого) этих состояний.

У молекул с парамагнитными центрами симметрия окружения этих центров приводит к определённому типу анизотропии g-фактора (фактор магнитного расщепления), что сказывается на структуре спектров электронного парамагнитного резонанса(резонансное поглощение электромагнитной энергии). Тогда как у молекул, ядра атомов которых обладают ненулевым спином, симметрия отдельных локальных фрагментов ведёт к определённому типу расщепления по энергии состояний с различными проекциями ядерного спина, что сказывается на структуре спектров ядерного магнитного резонанса.

В приближённых подходах квантовой химии, использующих представление о молекулярных орбиталях, классификация по симметрии возможна не только для волновой функции молекулы в целом, но и для отдельных орбиталей. Если у равновесной конфигурации молекулы имеется плоскость симметрии, в которой лежат ядра, то все орбитали этой молекулы разбиваются на два класса: симметричные (s) и антисимметричные (p) относительно операции отражения в этой плоскости. Молекулы, у которых верхними (по энергии) занятыми орбиталями являются p-орбитали, образуют специфические классы ненасыщенных и сопряжённых соединений с характерными для них свойствами. Знание локальной симметрии отдельных фрагментов молекул и локализованных на этих фрагментах молекулярных орбиталей позволяет судить о том, какие фрагменты легче подвергаются возбуждению и сильнее меняются в ходе химических превращений, например при фотохимических реакциях.

Представления о симметрии имеют важное значение при теоретическом анализе строения комплексных соединений, их свойств и поведения в различных реакциях. Теория кристаллического поля и теория поля лигандов устанавливают взаимное расположение занятых и вакантных орбиталей комплексного соединения на основе данных о его симметрии, характер и степень расщепления энергетических уровней при изменении симметрии поля лигандов. Знание одной лишь симметрии комплекса очень часто позволяет качественно судить о его свойствах.В 1965 P. Вудворд и Р. Хоффман выдвинули принцип сохранения орбитальной симметрии при химических реакциях, подтвержденный впоследствии обширным экспериментальным материалом и оказавший большое влияние на развитие препаративной органической химии. Этот принцип (правило Вудворда - Хоффмана) утверждает, что отдельные элементарные акты химических реакций проходят с сохранением симметрии молекулярных орбиталей, или орбитальной симметрии. Чем больше нарушается симметрия орбиталей при элементарном акте, тем труднее проходит реакция.

Учёт симметрии молекул важен при поиске и отборе веществ, используемых при создании химических лазеров и молекулярных выпрямителей, при построении моделей органических сверхпроводников, при анализе канцерогенных и фармакологически активных веществ и т. д.

Слайд 2

Симметрия молекул Симметрия ДНК Биосимметрика Зеркальные двойники О нас Симметрия во всем: «А знаете ли вы?» Содержание выводы

Слайд 3

Термин “симметрия” по-гречески означает “соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей”. А какова симметрия в мире химии? Симметрия в химии проявляется в геометрической конфигурации молекул. Большинство простых молекул обладает элементами пространственной симметрии равновесной конфигурации: осями симметрии, плоскостями симметрии и т. д. Обычный способ изображения молекул в органической химии - это структурные формулы. Симметрия молекул

Слайд 4

В 1810 году Д.Дальтон, желая показать своим слушателям как атомы комбинируясь образуют химические соединения, построил деревянные модели шаров и стержней. Эти модели оказались превосходным наглядным пособием. Молекула воды и водорода имеет плоскость симметрии (прямая вертикальная линия). Ничто не изменится, если поменять местами парные атомы в молекуле; такой обмен эквивалентен операции зеркального отражения Симметрия молекул

Слайд 5

Большинство простых молекул обладает элементами пространственной симметрии равновесной конфигурации: осями симметрии, плоскостями симметрии и т. д. Так, молекула аммиака NH3 обладает симметрией правильной треугольной пирамиды, молекула метана СН4 - симметрией тетраэдра. У сложных молекул симметрия равновесной конфигурации в целом, как правило, отсутствует, однако приближённо сохраняется симметрия отдельных её фрагментов (локальная симметрия).

Слайд 6

В молекуле метана СН4 атом углерода связан с четырьмя одинаковыми атомами водорода. Физическое равноправие всех четырёх связей между атомами углерода и водорода естественным образом согласуется с пространственной структурой молекулы метана в виде тетраэдра, в вершине которого находятся атомы водорода, а в центре - атом углерода.

Слайд 7

Исключительно важную роль в мире живой природы играют молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) Симметрия ДНК Это двуцепочечный высокомолекулярный полимер, мономером которого являются нуклеотиды. Молекулы ДНК имеют структуру двойной спирали, построенной по принципу комплементарности

Слайд 8

Химики давно знают, что поворот спирали вещества радикально меняет его свойства (глюкоза - фруктоза, пенициллин - левомицетин и др.) От того в какую сторону разворачивается спираль ДНК, зависит, как сложится (или не сложится) жизнь человека. Время течёт слева на право. Полушария головного мозга, как сферические антенны, направлены в противоположные стороны: одно - в прошлое, другое - в будущее. Симметрия ДНК

Слайд 9

Оказывается, современной химии известны вещества, структуры которых являются как бы зеркальными антиподами друг друга. Их химический состав и строение во всем копируют друг друга, кроме одного: пространственное строение молекул делает их зеркальными двойниками. При этом физические и химические свойства таких зеркальных двойников могут очень сильно отличаться, а само явление зеркальной симметрии органических веществ, возможно, стало одной из причин возникновения жизни на Земле. Хиральные молекулы, например аминокислоты, зеркально симметричны, как левая и правая рука. Сам термин "хиральность" происходит от греческого слова "хирос" - рука.

Слайд 10

В 20 веке усилиями российских учёных – В. Беклемишева, В. Вернадского, В. Алпатова, Г.Гаузе - было создано новое направление в учении о симметрии - биосимметрика. Исследовав симметрии биоструктур на молекулярном и надмолекулярном уровнях позволяет заранее определить возможные варианты симметрии в биообъектах, строго описывать внешнюю форму и внутреннее строение любых организмов. Симметрия вирусов

Слайд 11

Симметрия во всем:«А знаете ли Вы?»

Почему мы находим одни вещи красивыми, а другие нет? Сколько видов симметрии существует? Почему симметрия помогает обнаруживать месторождения?

Слайд 12

Кристи Тарлинктон, супермодель, признанная одной из самых красивых женщин в мире, считает, что по большей части обязана своим успехом в качестве модели идеальной симметрии своих губ. Пропорция и симметрия объекта всегда необходима нашему зрительному восприятию для того, чтобы мы могли считать этот объект красивым. Баланс и пропорция частей относительно целого обязательны для симметрии. Смотреть на симметричные изображения приятней, нежели на асимметричные. Симметрия Во всем

Слайд 13

Симметрия лица зависит от правильного соотношения мужских и женских половых гормонов в организме человека. Ученые пришли к выводу, что женщины с симметричным лицом - женственнее, а мужчины - мужественнее тех, кто не может похвастать таким преимуществом. Симметрия лиц

Слайд 14

Выводы

Симметрия в химии проявляется в геометрической конфигурации молекул, что сказывается на специфике физических и химических свойств молекул. Учёт симметрии молекул важен при поиске и отборе веществ, используемых при создании химических лазеров и молекулярных выпрямителей, при построении моделей органических сверхпроводников, при анализе канцерогенных и фармакологически активных веществ и т. д.

Слайд 15

Создатель:

Седова Ольга 8 «Б», школа № 1428 Учитель математики Сухачева Е.В. Оля

Посмотреть все слайды

Симметрия молекул
Симметрия ДНК
Зеркальные двойники
Биосимметрика
Симметрия во всем:
«А знаете ли вы?»
выводы
О нас

Симметрия во всем: «А знаете ли Вы?»

Выводы

Создатель:

«Введение в стереометрию» - Плоскость. Фигуры. Журнал "Квант". Школьная геометрия. Многогранник. Планиметрия. Стереометрия -. Мобильные жилища индейцев называются Типи. Геометрические знания помогали. Подведение итогов урока. Переведем на язык площадей. Геометрические знания применялись. Тела. Возьмём 6 спичек. Арифметика. Кроссворд.

«Геометрия «Пирамида» 10 класс» - Человек, побывавший в пирамиде, приобретёт иммунитет. В пирамиде существуют некие лучи. Вязкость нефти в пластах. Результаты экспериментов и наблюдений. Воздействие раствора из Пирамиды. Бертран Рассел. Изучение эффекта формы. Голод А.Е. Вокруг ряда учреждений УИНа (тюрем) были проложены кольца камней. Пирамиды. Влияние пребывания живых организмов в Пирамиде. Тайны и загадки пирамиды Египта.

«Применение правильных многогранников» - Группа «Историки». Теорема Эйлера. Евклид. Теория многогранников. Платон. Кеплер. Многогранники в природе. Использование в жизни. Мир правильных многогранников. История возникновения правильных многогранников. Многогранники в архитектуре. Многогранники в математике. Многогранники в искусстве. Заключение. Архимед. Взаимосвязь «золотого сечения» и происхождения многогранников. Золотая пропорция в додекаэдре и икосаэдре.

«Элементы пирамиды» - Интерес. Исторические сведения о пирамидах. Величайшие пирамиды. Пирамиды. Основные элементы пирамид. Задача. Пирамида Менкаура. Площадь боковой поверхности. Пирамида Хеопса. Пирамида Хафра. Многогранник.

««Симметрия в пространстве» геометрия» - Роль симметрии в мире. Форма снежинки. Симметрия в пространстве. Молекула аммиака. Симметрия в химии. Точка О – центр симметрии. Осевая симметрия. Симметрия в биологии. Зеркальная симметрия. Асимметрия. Что такое симметрия. Центральная симметрия. Центр симметрии. Симметрия в искусстве.

««Параллельность плоскостей» 10 класс» - Найдите взаимное положение прямых. Пересекающиеся в точке М прямые a и b. Докажите, что плоскости МЕР и АВС параллельны. Пересекающиеся прямые m и n плоскости параллельны плоскости. Прямая A пересекает плоскости. Плоскости А1В1С1 и А2В2С2 параллельны. Свойство параллельных плоскостей. Признак параллельности двух плоскостей. Отрезки параллельных прямых. Параллельность. Концы отрезков АВ и СD лежат на параллельных плоскостях.

Симметрия (в химии) Симметрия в химии проявляется в геометрической конфигурации молекул, что сказывается на специфике физических и химических свойств молекул в изолированном состоянии, во внешнем поле и при взаимодействии с другими атомами и молекулами.

Большинство простых молекул обладает элементами пространственной симметрии равновесной конфигурации: осями симметрии, плоскостями симметрии и т. д. (см. Симметрия в математике). Так, молекула аммиака NH3 обладает симметрией правильной треугольной пирамиды, молекула метана CH4 ‒ симметрией тетраэдра. У сложных молекул симметрия равновесной конфигурации в целом, как правило, отсутствует, однако приближённо сохраняется симметрия отдельных её фрагментов (локальная симметрия). Наиболее полное описание симметрии как равновесных, так и неравновесных конфигураций молекул достигается на основе представлений о т. н. динамических группах симметрии ‒ группах, включающих не только операции пространственной симметрии ядерной конфигурации, но и операции перестановки тождественных ядер в различных конфигурациях. Например, динамическая группа симметрии для молекулы NH3 включает также и операцию инверсии этой молекулы: переход атома N с одной стороны плоскости, образованной атомами Н, на другую её сторону.

Симметрия равновесной конфигурации ядер в молекуле влечёт за собой определённую симметрию волновых функций различных состояний этой молекулы, что позволяет проводить классификацию состояний по типам симметрии. Переход между двумя состояниями, связанный с поглощением или испусканием света, в зависимости от типов симметрии состояний может либо проявляться в молекулярном спектре , либо быть запрещенным, так что соответствующая этому переходу линия или полоса будет отсутствовать в спектре. Типы симметрии состояний, между которыми возможны переходы, влияют на интенсивность линий и полос, а также и на их поляризацию. Например, у гомоядерных двухатомных молекул запрещены и не проявляются в спектрах переходы между электронными состояниями одинаковой чётности, электронные волновые функции которых ведут себя одинаковым образом при операции инверсии; у молекул бензола и аналогичных соединений запрещены переходы между невырожденными электронными состояниями одного и того же типа симметрии и т. п. Правила отбора по симметрии дополняются для переходов между различными состояниями правилами отбора, связанными со спином этих состояний.

У молекул с парамагнитными центрами симметрия окружения этих центров приводит к определённому типу анизотропии g -фактора (Ланде множитель ), что сказывается на структуре спектров электронного парамагнитного резонанса , тогда как у молекул, ядра атомов которых обладают ненулевым спином, симметрия отдельных локальных фрагментов ведёт к определённому типу расщепления по энергии состояний с различными проекциями ядерного спина, что сказывается на структуре спектров ядерного магнитного резонанса .

В приближённых подходах квантовой химии, использующих представление о молекулярных орбиталях, классификация по симметрии возможна не только для волновой функции молекулы в целом, но и для отдельных орбиталей. Если у равновесной конфигурации молекулы имеется плоскость симметрии, в которой лежат ядра, то все орбитали этой молекулы разбиваются на два класса: симметричные (s) и антисимметричные (p) относительно операции отражения в этой плоскости. Молекулы, у которых верхними (по энергии) занятыми орбиталями являются p-орбитали, образуют специфические классы ненасыщенных и сопряжённых соединений с характерными для них свойствами. Знание локальной симметрии отдельных фрагментов молекул и локализованных на этих фрагментах молекулярных орбиталей позволяет судить о том, какие фрагменты легче подвергаются возбуждению и сильнее меняются в ходе химических превращений, например при фотохимических реакциях.

Представления о симметрии имеют важное значение при теоретическом анализе строения комплексных соединений, их свойств и поведения в различных реакциях. Теория кристаллического поля и теория поля лигандов устанавливают взаимное расположение занятых и вакантных орбиталей комплексного соединения на основе данных о его симметрии, характер и степень расщепления энергетических уровней при изменении симметрии поля лигандов. Знание одной лишь симметрии комплекса очень часто позволяет качественно судить о его свойствах.

В 1965 P. Вудворд и Р. Хоффман выдвинули принцип сохранения орбитальной симметрии при химических реакциях, подтвержденный впоследствии обширным экспериментальным материалом и оказавший большое влияние на развитие препаративной органической химии. Этот принцип (правило Вудворда ‒ Хоффмана) утверждает, что отдельные элементарные акты химических реакций проходят с сохранением симметрии молекулярных орбиталей, или орбитальной симметрии. Чем больше нарушается симметрия орбиталей при элементарном акте, тем труднее проходит реакция.

Учёт симметрии молекул важен при поиске и отборе веществ, используемых при создании химических лазеров и молекулярных выпрямителей, при построении моделей органических сверхпроводников, при анализе канцерогенных и фармакологически активных веществ и т. д.

Лит.: Хохштрассер Р., Молекулярные аспекты симметрии, пер. с англ., М., 1968; Болотин А. Б., Степанов Н. ф.. Теория групп и ее применения в квантовой механике молекул, М., 1973; Вудворд Р., Хоффман Р., Сохранение орбитальной симметрии, пер. с англ., М., 1971.

Н. Ф. Степанов.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Симметрия (в химии)" в других словарях:

Симметрия (от греч. symmetria ‒ соразмерность) в математике, 1) симметрия (в узком смысле), или отражение (зеркальное) относительно плоскости a в пространстве (относительно прямой а на плоскости), ‒ преобразование пространства (плоскости), при… …

У этого термина существуют и другие значения, см. Симметрия (значения). «Витрувианский человек» … Википедия

I Симметрия (от греч. symmetria соразмерность) в математике, 1) симметрия (в узком смысле), или отражение (зеркальное) относительно плоскости α в пространстве (относительно прямой а на плоскости), преобразование пространства… … Большая советская энциклопедия

- (от греч. соразмерность), понятие, характеризующее переход объектов в самих себя или друг в друга при осуществлении над ними оп редел. преобразований (преобразований С.); в широком смысле свойство неизменности (инвариантности) некоторых… … Философская энциклопедия

Оптическое отражение в луже гаражей и соседнего жилого дома Отражение, зеркальное отражение или зеркальная симметрия движение евклидова пространства, множество неподвижных точек которого является гиперплоскостью (в случае трехмерного пространства … Википедия

Превращения одних веществ в другие, отличные от исходных по химическому составу или строению. Общее число атомов каждого данного элемента, а также сами химические элементы, составляющие вещества, остаются в Р. х. неизмененными; этим Р. х … Большая советская энциклопедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Хиральность (значения). Хиральность (молекулярная хиральность) в химии свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном… … Википедия

Хиральность (молекулярная хиральность) в химии свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном пространстве. Наряду с конфигурацией и конформацией хиральность основное… … Википедия

- (волновая механика), теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элем. ч ц, атомов, молекул, ат. ядер) и их систем (напр., кристаллов), а также связь величин, характеризующих ч цы и системы, с физ. величинами,… … Физическая энциклопедия

- (новолат. molecule, уменьшит. от лат. moles масса), наименьшая ч ца в ва, обладающая его осн. хим. св вами и состоящая из атомов, соединённых между собой химическими связями. Число атомов в М. составляет от двух (Н2, О2, HF, KCl) до сотен и тысяч … Физическая энциклопедия

Книги

• Молекулярная симметрия в неорганической и координационной химии , Иванова Нина Владимировна, Сизова Ольга Вдладимировна, Ванин Александр Александрович. Рекомендовано Ученым советом Института химии Санкт-Петербургского государственного университета в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся поосновным образовательным…