73. Симетрія молекулярних систем

Симетрія в хімії виявляється в геометричній конфігурації молекул, що позначається на специфіці фізичних і хімічних властивостей молекул в ізольованому стані, в зовнішньому полі і при взаємодії з іншими атомами і молекулами.

Елементи симетрії – це уявні геометричні образи, за допомогою яких встановлюється симетрія молекул. Для опису симетрії молекул використовують п’ять типів елементів симетрії:центр симетрії;вісь власного обертання;зеркальна площина;інверсійні осі, або зеркально-поворотні осі;елемент тотожності.Операція симетрії - це дія над молекулою із метою встановлення її симетрії. Існують операції: обертання, інверсії, відбиття.

Хвильова функція, яка при перестановці місцями двох частинок системи не змінює свого знаку ― називається симетричною. В тих випадках, коли при аналогічній перестановці частинок системи хвильова функція змінює знак, вона є антисиметричною.Симетрія хвильової функції системи однакових частинок зберігається з часом. Системи однакових частинок із нульовими, або цілочисловими спінами описуються лише симетричними хвильовими функціями і називаються бозонами.Системи однакових частинок із напівцілими спінами описуються лише антисиметричними хвильовими функціями і називаються ферміонами.

Атомною орбіталлю (АО) називають ділянку простору, усередині якої імовірність знаходження електрона максимальна. Атомні орбіталі s-типу мають сферичну симетрію. Існують три однакові за енергією р-АО гантелеподібної форми, які відрізняються одна від одної орієнта­цією в просторі: р_х, р , р_z. Молекулярна орбіталь — наближена хвильова функція електронів молекули, утворена суперпозицією атомних орбіталей різних атомів.

Симетрія рівноважної конфігурації ядер в молекулі спричиняє за собою певну симетрію хвилевих функцій різних станів цієї молекули, що дозволяє проводити класифікацію станів за типами симетрії.

Дипольного моменту μ, є добутком абсолютного значення заряду електрона на відстань між центрами позитивного і негативного зарядів у молекулі μ = ql.

Момент інерції - скалярна фізична величина, міра інертності при обертальному русі навколо осі, подібно до того, як маса тіла є мірою його інертності в поступальному русі. Характеризується розподілом мас у тілі: дорівнює сумі добутків мас частинок тіла на квадрати їхніх відстаней від осі обертання. 

Нормальні коливання– це незалежні коливанняядер у молекулі, що здійснюються за законом гармонічного осцилятора. Сукупність усіх амплітуд коливань атомів і траєкторій їх руху при даному нормальному коливанні називають формою нормального коливання.Форми нормальних коливань для простих молекул часто зображують у графічному вигляді. Стрілками при цьому вказують траєкторії руху атомів при даному коливанні. 

Орбiтальна симетрiя  — властивість атомної чи локалізованої молекулярної орбіталі, що характеризує її поведінку під дією операції молекулярної симетрії. Основою для використання орбітальної симетрії в трактуванні хімічних реакцій є розгляд хімічних змін, які включають збереження орбітальної симетрії. Якщо якийсь елемент симетрії зберігається впродовж усього шляху реакції, цей шлях є дозволеним за принципом збереження орбітальної симетрії, коли кожна із зайнятих молекулярних орбіталей молекули реактанту має такий же тип симетрії, як подібні зайняті молекулярні орбіталі молекули продукту