Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
zorky.pdf
Скачиваний:
117
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
12.59 Mб
Скачать

зуют

сетки радиусом1 с0

см

ценой

деления,

равной 2°). Окруж-

 

ность

разделена а

равные

части— п

о этой

шкале отсчитывают

 

угол ф. По шкале, нанесенной на диаметре, отсчиты-вают угол р;

 

тут длина делений определяется соотношением OA=2 Rtgp/2,ка

к

 

это видно из рис.1.6.5, б. На рис.1.6.5, в

для ясности

показана

 

гномостереографическая проекция грани с некоторыми конкретны-

 

ми значениями сферических координат.

 

 

 

 

Более детальное описание сетки Вульфа и разнообразные при-

 

меры решаемых с ее помощью задач можно найти в учебнике по

ана-

кристаллографииГМ.

.

ПоповаиИ

И. .

Шафрановскогоил

ив

логичном учебнике

М.

П. Шаскольской (см. список

рекомендуе-

мой литературы).

В заключение сопоставим понятие изоэдра с понятием изого-

на. Прямоугольный параллелепипед, приведенный выше в качестве примера изогона, не является изоэдром — он представляет собой комбинацию трех пинакоидов. Напротив, такие изоэдры, как тригональная дипирамида или ромбоэдр, — не изогоны. Их вершины, лежащие на оси 3, отличаются от прочих вершин. Вместе с тем, разумеется, многогранник может быть одновременно и изо-

гономи

изоэдром,н о

среди замкнутых

многогранников имеются

лишь7

таких случаев:та

к называемый

ромбический тетраэдр

(грани— разносторонние треугольники,мс . рис.1.7.5), тетраго-

нальный и правильный тетраэдры, октаэдр, куб, правильный додекаэдр и ,икосаэдр (см. рис. 1.4.5).

 

 

1.7. ТИПЫ ИЗОЭДРОВ

В

этом

разделем ы дадим общий обзор всевозможных изо-

эдровИ. х

удобно подразделитьн а следующие шесть типов.

1.

Пирамиды. Возьмем одну из групп семейства вращающегося

конуса и зададим грань в произвольной ориентации относительно

оси п. Размножим эту грань действием оси. В итоге получим изо-

эдр, представляющий

собой пирамидусп

гранямиН. а рис. 1.7.1

 

 

 

Рис. 1.7.1. Тетрагональная пира-

 

 

 

 

мида:

 

 

 

а — общий вид изоэдра, б — про-

 

 

 

 

екция

изображеныв

качестве примера четырехгранная (тетрагональная)

пирамида е е

гномостереографическая проекция. Названия я-гран-

ных пирамид таковы:

моноэдр

 

точечная группа1

2

 

»

»

диэдр (осевой)

» 3

»

 

тригональная пирамида

50

точечная группа

4

тетрагональная пирамида

»

»

5

пентагональная пирамида

»

»

6

гексагональная пирамида

 

 

 

тид. .

Очевидно, что моноэдр, т. е. изоэдр, содержащий лишь одну грань, фор-

мально можно назвать моногональной пирамидой, а диэдр, представляющий собой пару пересекающихся граней, — дигональной пирамидой, но эти названия

обычно не употребляются.

В группах семейства неподвижного конуса грань, заданнаяв произвольной ориентации, также порождает пирамиду, которая,

однако, в этом случае имеет 2п граней. Так, для группы 4mm по-

лучим восьмигранную (дитетрагональную) пирамиду (рис. 1.7.2).

Рис. 1.7.2. Дитетрагональная пирамида:

а общийви д изоэдра,б — дитетрагон,в— проекция изоэдра

В отличие т тетрагональной пирамиды,в которой сечение, перпендикулярное к оси п, представляет собой квадрат (правильный тст-

раюн), аналогичное сечение дитетрагональной пирамиды—тэ о

восьмиугольник, в котором углы равны через один (дитетрагон).

Названия 2я-гранных пирамид:

точечная группа

m

диэдр (плоскостной)

»

2m m

ромбическая пирамида

»

Зт

дитригональная пирамида

»4m

»

m

дитетрагональная пирамида

»

»

дипентагональная пирамида

»

»

6mm

дигексагональная пирамида

и т. д.

Диэдру, грани которого связаны плоскостьюти , ромбической пирамидесо - ответствуют практически неупотребляемые формальные названия — димоногональная и дидигональная пирамиды. Название «ромбическая» обусловлено тем,

что сечение изоэдра, перпендикулярноеос

и2

, имеет форму ромба (рис. 1.7.3)

2. Призмы. ECJ.вH точечных группахет ж х е

двух семейств—

семейств вращающегося и неподвижного конусов — задать грани, параллельные поворотным осям симметрии, получим два ряда

призм, названия которых аналогичны названиям соответствующих

пирамид:

точечная группа

1

моноэдр (моногональная призма)

»

2

»

3

пинакоид (дигональная призма)

»

 

»

тригональная призма

 

»

 

»

4

тетрагональная призма

 

»

 

»

т

ти д. .

призма)

 

пинакоид (димоногональная

»

 

»

2mm

ромбическая (дидигональная)

призма

»

m4

»

Зт

дитригональная призма

 

»

»

m

дитетрагональная призма

 

итд. .

Отсюда видно,тч о одиниот ж т е изоэдр

может фигурировать

одновременно

в разных рядах (это относитсяк

простейшим

изоэдрамс

небольшим числом гра-

ней). Так, пинакоид, представляющий собой

пару параллельных граней, явля-

ется и дигональной и димоногональной призмой. Подобные примеры будут встречаться и далее.

Рис. 1.7.3. Ромбическая пирамида-

а — общий вид изоэдра, б — проекция

s

Г

Рис. 1.7.4. Призмы.

а — общий вид тетрагональной,

дитетрагональной и ромбической призм, б — их проекции

На рис. 1.7.4 изображены некоторые призмы и их проекции. 3. Трапецоэдры. Изоэдр, грани которого занимают произволь-

но е положение о отношениюк

элементам симметрии однойи з

групп семейства скрученного цилиндра, называется трапецоэдром. Названия конкретных трапецоэдров таковы:

точечная группа

2

диэдр (осевой)

»

»

222

ромбический тетраэдр

»

»

32

тригональный трапецоэдр

»

»

422

тетрагональный трапецоэдр

»

»

52

пентагональный трапецоэдр

»

»

622

гексагональный трапецоэдр

ти д. .

На рис.1.7.5 показаны примеры трапецоэдров.

Осевой диэдр можно считать и дигональной пирамидой и моногональным трапецоэдром, ромбический тетраэдрс формальной точки зрения являетсяди - гональным трапецоэдром.

4. Дипирамиды (бипирамиды). Изоэдры этого типа изображе-

ны на рис.1.7.6. Они возникают при размножении грани, заданной

Рис. 1.7.5. Трапецоэдры:

 

 

—а общийви д

тригонального

 

 

трапецоэдра

и

ромбического

 

 

тетраэдра, б — их проекции

 

 

Рис. 1.7.6. Дипирамиды:

 

 

а — общий вид тригональной, дитри-

 

гональнойи

ромбической дипирамид,

$

 

—б и

х проекции

а

в произвольной

ориентации,

элементами

симметрии некоторых

точечных группи

з семейств

вращающегосяи неподвижногоци -

линдров. Дадим

перечень этих групп и названия соответствующих

дипирамид

 

 

 

 

53

точечная группат

 

диэдр (моногональиая дипирами-

»

»

2/w

да)

призма

(дигональ-

ромбическая

 

 

 

ная дипирамида)

 

 

 

3//п(6)

тригональпая дипирамида

 

 

4/АП

тетрагональная дипнрамида

 

 

 

тид. .

призма

(димоного-

 

 

 

ромбическая

нальная дипирамида)

тттромбическая (дидигональная) - пирамида

»

»

3/mm2(6/n2) дитригональыая дипирамида

»

»

4/ттт

дитетрагональная дипирамида

5. Антипризмы. Прочие

и т. д.

группы

семейства вращающегося ци-

линдра

порождают

изоэдры

иного

типа, называемые антиприз-

мами:

 

 

 

 

точечная группа1

пинакоид

(моногональная антипризма)

»» 4 тетрагональный тетраэдр (дигональная

 

»

 

»

3

антипризма)

 

 

 

 

 

ромбоэдр

(тригональная

антипризма)

 

»

8

»

 

тетрагональная антипризма

 

 

»

5

»

 

пет атональная антипризма

 

Наиболее важныеи з

этих

и т. д.

 

 

рис. 1.7.7.

антипризм изображенын а

Среди

групп низшей

средней

категориина

м

осталось рас-

смотреть

группы вида пт, где п — нечетное, и группы вида й2га,

гд е п= 41,и

з

семейства

неподвижного

цилиндра. Задавая

граньв

произвольном

положении

размножаяе е элементами симметрии,

мы получимще е

одиняр д

изоэдров, которые

также

являются

антипризмами.

 

 

 

 

 

 

Точечная

группа

 

Название аптипризмы

Кристаллографическое название

Г/я (2/т)

димоногональная

 

ромбическая призма

42т

 

дидигональная

 

тетрагональный скаленоэдр

 

Зт

 

дитригональная

 

тригональный скаленоэдр

82т

 

дитетрагональная

 

 

 

и

 

дипентагональная

 

 

 

т. д.

ти д. .

 

 

 

 

 

Примеры таких антипризм показанын а

рис. 1.7.8.

 

 

Антипризмы симметрии 42т

и Зт в кристаллографии обычно называют ска-

леноэдрами. Первыйиниз

х

считается «тетрагональным»,

второй —- «тригональ-

ньш>,тч о обусловлено принадлежностью точечных

групп24и т З к т

тетраго-

нальной

сингонии

тригональной подсингонии

соответственно

(см. раздел 36).

54

Теперь нужно обратитьсяк изоэдрам, порождаемым точечными группами высшей категории, ,но прежде введем некоторые допол-

нительные понятия дадим комментарии методике вывода всевозможных изоэдров.

Во всех рассмотренных группах

мы задавали исходную грань

в произвольной ориентации. Таким

образом были получены изо-

эдры, которые являются общимидл я соответствующих точечных

 

 

а

Рис.

1.7.8. Антипризмы:

 

 

виобщий

д

тетрагональногои

 

 

тригонального скаленоэдров,

б — их

 

 

 

 

проекции

 

 

 

 

Рис.

1.7.7. Антипризмы:

 

 

 

а — общий вид тетрагонального

а

^

тетраэдра, ромбоэдра, тетрагональ-

ной антипризмы, б — их проекции

групп. Вместте мв

каждой точечной

группе(з а

исключением

групп 1 и 1) возможны специальные положения исходной грани Размножая грань, которая занимает специальное положение т

носительно

элементов

симметрии, ы

получим

изоэдр,

которы!

является частнымдл

я

данной точечной группы.

 

ни я

Так, в группе 32 существуют следующие специальные положе

граней

(рис. 1.7.9):1 )

перпендикулярноос

2, )

перпендику

лярно оси 2, 3) параллельно оси 3, 4) перпендикулярно биссектри

се

углао с

между

двумя

осями2 5,

) перпендикулярно плоскости

проходящей

черезос 3ь и ос 2 ь 6 ,

) перпендикулярно

плоскости

проходящей

черезос 3 ьи

 

биссектрису углааПр . и этом возникг

сказано, об

ю т

частные

изоэдры

(см. рис. 1.7Ка.9). ужк

е

было

щим

изоэдром

в данной группе является

тригональный

трапецо-

эдр.

Кратность первого изоэдра равна2 , второго—3

,

всех

про-

чих

— 6. На

рис. 1.7.10 показано, как

сочетаются

некоторые из

этих

изоэдровв

конкретном

многограннике—

кристалле кварца.

В

приведенном примере

примечательныдв

а

обстоятельства.

Во-первых, кратность некоторых частных изоэдров равна кратно-

сти общего изоэдра

(в отличие от того, что мы констатировали для

орбит). Во-вторых,вс

е частные изоэдры

группы3 2 являютсяоб -

щимидл я других точечных групп,вс оне и

фигурировали выше.

Рис.

1.7.9. Проекция

изоэдров

Ри

с

1.7.10

Крис-

 

1

группы 32.

 

талл низкотемпера-

 

пинакоид, 2 — тригональ-

турного

кварца

 

ная

призма, 3 — дитригональ-

— 1

 

SiO2:

 

 

ная

призма, 4 — гексагональ-

я

гексагональ-

 

ная

призма, 5 — дитригональ-

на

призма,2и

 

 

ная

пирамида, б —

ромбоэдр,

— 3

 

ромбоэдры,

 

—7

 

тригональный

трапецоэдр

—4

 

тригональная

 

 

 

 

 

дипирамида,5—

тра-

 

 

 

 

 

тригональный

 

 

 

 

 

 

 

пецоэдр

 

 

Еслидл

я

групп низшей средней категории

нарядус

общими

рассмотреть всевозможные частные случаи,тн о е

обнаружитсяин -

 

каких новых изоэдров. Таким образом, мы действительно получили полный перечень изоэдров, которые могут встретиться в многогран-

никах, описываемых точечными группами низшейи средней кате-

гории.

6. Изоэдры высшей категории. Иная картина наблюдается в группах высшей качторни. Здесь многообразие изоэдров отнюдь

не исчерпываете*1 л \,ором общих изоэдров.

Н а рис.1.7.11 -1.7.15 изображены проекции частыхи

общих

изоэдров, порождаемых

группами,

которые содержитп о

четыре

оси 3. Для упрощения

рисунков

показан только один

квадрант

стереографической проекции, другие квадранты нетрудно дорисо-

вать с учетом симметрии. В подрисуночных подписях даны назва-

ния изоэдров. Если исключить повторяющиеся случаи, получим

56

список, содержащий1 5 изоэдровИ. х удобно систематизировать

следующим образом:

1) тетраэдр и изоэдры, являющиеся его производными (рис. 1.7.16),

2) октаэдри изоэдры, являющиесяге о производными (рис. 1.7.17),

2-2 3-3

Рис.

1.7.11. Проекция изо-

Рис.

 

1.7.12. Проекция изоэдров

 

эдров группы 23-

—1

куб,2—

группы тЗ:

1 — куб,2 — ромбододе-

ромбододекаэдр,

каэдр,3— пентагондодека-

— 3

пентагондодекаэдр,4—

эдр,

4 — тетраэдр, 5 — три-

октаэдр,5—

тетрагонтриокта-

гонтритетраэдр, 6 — тетра-

эдр,6 —

тригонтриоктаэдр,7—

гонтритетраэдр,7—

пента-

 

 

дидодекаэдр

 

гонтритетраэдр

 

 

 

 

3-3 2-2 3-3

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Рис.

1.7.13. Проекция

изоэдров

Рис.

1.7.14. Проекция изоэдров

 

 

группы 43/п:

 

 

—1

 

группы 432:

 

1 — куб, 2 — ромбододекаэдр,

 

куб,2—

ромбододекаэдр,

 

3 — тетрагексаэдр, 4 — тетра-

— 3

тетрагексаэдр,4— окта-

 

эдр,

5—тригонтритетраэдр,

6—

5эдр,—

тетрагонтриоктаэдр,

 

тетрагонтритетраэдр,7—

гек-

6

тригонтриоктаэдр, 7 —

 

 

сатетраэдр

 

 

 

 

пентагонтриоктаэдр

ку3)

б

(гексаэдр)и

тетрагексаэдр (рис.1.7.18),

 

4 )

пентагондодекаэдри

дидодекаэдр

(рис. 1.7.18),

 

5 )

ромбододекаэдр

(рис.

1.7.18).

 

 

 

 

На рис. 1.7.19 изображен кристалл NaClO3, представляющий собой комбинацию четырех изоэдров высшей категории.

Особняком стоят изоэдры, имеющие симметрию2 и5 Длт5. я вывода таких изоэдров нужно рассмотреть возможные положения нормалей к граням; при этом достаточно иметь в виду лишь одну

Рис. 1.7.15. Проекция изоэдров группы m3m:

1 — куб, 2 — ромбододекаэдр,

— 3

тетрагексаэдр,4— ок

-

таэдр,5—

тетрагонтриокта-

 

эдр,б—

тригонтриоктаэдр,7—

 

 

гексаоктаэдр

 

 

тетраэдр,

Рис

1.7.16. Изоэдры, выводимые из тетраэдра:

 

 

 

тригонтетраэдр, тетрагонтритетраэдр, пентагонтритетраэдр,

 

 

 

 

 

 

гексатетраэдр

 

 

 

 

 

из

симметрически эквивалентных

нормалей.

Результат

вывода

представленв

табл3. ,

которую иллюстрирует

рис. 1.7.20. Наиболее

важные

из перечисленных

изоэдров

— правильный

додекаэдр и

икосаэдр

(см. рис. 1.4.5, б)

уже

упоминались

в

разделе 1.4.

 

Подводя

итоги, обратимсякещ

е

более общей

)

классификации

всех названных

выше

изоэдровОн.

и

делятсяна 1 :

изоэдры

низ-

ше й

категории

(нет

осей

высшего

порядка),2

)

 

изоэдры

средней

58

Т3а б л и ц а

Изоэдры в точечных группах 25 и

 

Положение нормали к грани

 

Название изоэдра

 

Число

на стереографической проекции

 

 

 

 

г ранеи

 

 

(рис. 1.7.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точка

А

 

 

додекаэдр

 

 

 

 

12

Точка

С

 

 

икосаэдр

 

 

 

 

20

Точка

 

 

ромботриаконтаэдр

 

(тетрагонтриикоса-

30

Дуга АВ

 

 

теграгонпентадодекаэдр

60

Дуга

АС

 

 

эдр)

 

 

 

 

60

 

 

тригонпентадодекаэдр

 

 

 

ВДуга

С

 

 

тригонтриикосаэдр

 

 

 

60

Общее положение

 

пентагонтриикосаэдр

(пентагонпентадодека-

60

ва)

группе2 5

 

 

б)в

группе т5

 

эдр)

(декадодекаэдр)

 

120

 

гексаикосаэдр

 

категории

(однаос

ь высшего порядка),3

)

изоэдры

высшей кате-

гории, которые,в

свою

очередь,

подразделяютсян а

кубические

(четыреос 3и и )

икосаэдрические (шесть осей5) .

 

 

Имеется 7 изоэдров низшей категории: моноэдр, пинакоид, диэдр, ромбическая призма, ромбическая дипирамида, ромбический

Рис. 1.7.17. Изоэдры, выводимые из октаэдра:

октаэдр, тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр,

пентагонтриоктаэдр, гексаок

таэдр

5<

Рис. 1.7.18. К,уб (гексаэдр), тетрагексаэдр, пентагондодекаэдр, дидодекаэдр ромбододекаэдр

Рис. 1.7.19. Кристалл ЫаСЮ3:

1 — куб, 2 — ромбододекаэдр, 3 — Пентагондодекаэдр,4— тетраэдр

Рис. 1.7.20. К выводу изоэдров точечных групп

25и т5. Показана1/ 5 стереографической проекции группы 25

тетраэдр. Из них два первых могут встречаться в многогранниках

с точечными группами низшей и средней категории,

остальные —

тольков

группах низшей

категории. Изоэдров средней категории

бесчисленное множество, и

все

они специфичны

для

групп сред-

ней категории. Аналогичная

избирательность

наблюдаетсяд я

кубических изоэдров, которые

встречаются лишь в группах 23,

432, тЗ, 43т, тЗт,идл я

икосаэдрических

изоэдров, которыесу -

ществуют лишь в группах 25 и тЬ.

 

1.8. Е Д И Н И Ч Н ЫИЕ ПОЛЯРНЫЕ

 

НАПРАВЛЕНИЯ.

 

ПОЛЯРНОСТЬ И ХИРАЛЬНОСТЬ МОЛЕКУЛ

Выше мы рассмотрели системы эквивалентных точек (орбиты)

и эквивалентных граней

многогранников

(изоэдры). Аналогично

можно рассмотреть системы симметрически связанных, а следова-

тельно, вполне эквивалентных прямых.

 

Особое

значение

имеют

прямые,

проходящие через

начало

координати

называемыеан -

 

правлениями; здесь

подразумевается,

что начало координат вы-

бранов

точке, кратность которой равна1 .

 

 

эквивалентных

 

Каик

 

системы

эквивалентных

точек,

системы

 

направлений характеризуются определенной

кратностью и

могут

быть

частнымии

общими. Частное

направление

совпадаетан

-

 

правлением какой-либо оси симметрии

(я>1)

или лежит в плоско-

сти симметрии.

Например,в

молекуле

5Ь(С6

Н5)зС12 (см.рис.

1.3.4, а)

направления осей 2, вдоль которых проходят связи Sb—С

и которые связаны

осью3 ,

составляют

частную трехкратнуюси

-

стему эквивалентных направлений.

 

 

 

 

собой систему

с

Если

некоторое

направление

представляет

кратностью1 т, е. н .

е

размножается симметрическими операциями,

 

то оно называется единичным. Такова, например, прямая, по ко-

торой проходитос

3ь в

молекуле 5Ь(СбНб)зС12.

Б точечных группах высшей категории единичных направлений

нет. Во всякой

группе

средней

категории имеется одно и только

одно

единичное

направление,

совпадающее с осью высшего по-

рядка.

группах низшей категории единичных направлений

В

точечных

три или бесчисленное множество. Так, в группах ттт, 222 и тт2 единичными являютсяр и взаимно перпендикулярных направле-

ния, совпадающихс

осями2ил 2и(т е . с .

нормалямик плоско-

стям симметрии)В .

группах 2/пг,

ти

единичные направления—

это направления осей 2 или 2 и все направления, лежащие в пло-

скости, перпендикулярной этим осям. Наконец, в группах 1 и 1 все

направления единичные.

Еслидв

а

конца данного направления(т е .дв . а луча,

исходя-

щи ие

з

начала координат

составляющие одно

направление) е

преобразуются другв другаоп д действием какого-либои з имею-

щихся элементов симметрии, направление называется полярным.

61

Очевидно,чт во

группах, содержащих центр

инверсии, поляр-

ных направлений нет. Во всех остальных группах

имеется бесчис-

ленное множество полярных направлений. При отсутствии центра инверсии данное направление является полярным, если перпенди-

кулярно нему не проходят плоскость симметрииил оси 2ьПр . и

описании свойств молекул и кристаллов часто бывает важно выделить единичные и притом полярные направления. Такие направ-

ления

имеютсяв о всех группах семейств

вращающегосяи

непо-

движного конуса, где они совпадают с направлением оси п (в груп-

тпеэт

о любое направление, лежащеев

плоскости Вт).

других

точечных группах полярных единичных направлений нет. Завершая обсуждение геометрического аспекта точечных групп,

обратимсяк двум важнейшим свойствам молекул, которыеп -

зволят продемонстрировать эффективность аппарата симметрии.

Речь пойдет о полярности и хиральности молекул. Полярными на-

зываются молекулы, обладающие ненулевым дапольным моментом. На уровне точечной или точечно-штриховой модели молекулы,

в которой каждому атому приписывают

эффективный заряд qiy

локализованный

а i-том ядре,

дипольный

момент определяется

выражением

1ы = Х<7;г*»дг г е — /

радиус-векторы атомов (ядер)

t

в какой-либо системе координатил1, и адекватным выражением

в которое входят сумма положительных (или отрицательных) заря-

до ив та

к называемое

плечо

диполя1

= г+~—гдг~, е иг^ —г~

 

век-

торы, определяющие положение «центров тяжести» положитель-

ных и

отрицательных

зарядов r+ = V</j~iy, r~ = V<7i-r

}

Для

 

 

i

 

L

 

 

г, р-модели (см. Введение)

нетрудно получить:

 

 

где Zi — заряды ядер, р — распределение электронной плотности. Очевидно, что при любом из этих двух определений дипольного момента вектор должен совпадать с единичным полярным направлением (этолегко доказать, например, от противного). Сле-

довательно, полярными могут быть только молекулыс симметрией

Сп или Cnv.

 

 

 

 

Таким образом, точечная группа показывает, может ли данная

молекула обладать дипольным

моментом,и

еслида т ,

о обычноиз

-

вестно и направление вектора

JLI (иногда

остается

неопределенным

лишь его знак). Исключением

являются группы Cs и С\. Молеку-

1

Нетрудно доказать, что для электронейтральной системы ( ^ Qc —0)

вели-

гчина

М- при сдвиге начала координат

не меняется.

 

 

 

-62

лы с такой симметрией могут быть полярными, но их

симметрия-

не фиксирует

направления

дипольного момента— в

случае груп-

 

пы Cs вектор

JLI может совпадать с любым направлением, лежащим

в плоскости симметрии, группа С\ не накладывает вообще никаких

ограничений на ориентацию этого вектора.

ситуацией. Симметрия

Здесьм

ы

сталкиваемся

характерной

молекулы

указывает

на возможность существования дипольного

момента и дает более или менее определенные сведения

о его

на-

правлении. Во многих случаях она позволяет дать отрицательный

ответн а

вопрос

полярности молекулыН.

о

вместте

м

симмет-

рия сама

по себе никогда

не дает оснований утверждать, что

мо-

лекула должна обладать сколько-нибудь значительным, экспери-

ментально фиксируемым дипольным моментом. Количественные

характеристики

вектора

 

JLI зависят

от

природы

 

молекулы,

от ее

составаи

строенияС.

аналогичным

соотношением

между симмет-

рией молекулы

(или кристалла)

и свойствами нередко приходится

встречаться и в других случаях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

совме-

Хиральностью

принято называть способность фигурын

щаться о

своим зеркальным отображением. Фигуры, обладающие-

таким свойством, называются хиральными,

а не обладающие им —

ахиральнымиЭт .

и

термины происходят

т

греческого слова «xeip»,

что значит «рука»; действительно, человеческая рука — очень на-

глядный пример хиральности.

 

 

 

 

 

 

помощью

поворотов-,

Дв е

фигуры,

которые

можно совместить

 

и поступательных перемещенийв

 

пространстве, называются

тож-

дественно равными. Если такое совмещение осуществимо только-

после

отражения

однойи

з

фигурв

плоскости

 

(или

инверсии

 

точке), о

фигуры

называются зеркально

равными

(или энантио-

мерными). Хиральные фигуры существуют

 

виде двух зеркально

равных —форм

 

энантиомеров\

если один

з

энантиомеров назвать

«правым»,т о

второй будет

«левым»В.

 

случае

 

ахиральных

фигур

нет различия между зеркальными

тождественным равенством. Рис.

1.8.1 иллюстрирует данные определения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

непо-

Хиральность

или ахиральность

непериодической фигуры

средственно связанае

е

 

точечной группой симметрии . Если груп-

па содержит какую-либо

 

инверсионную

 

ось

 

(в том

числе

центр

инверсии

1

или

плоскость симметрии

га),

 

фигура

 

ахиральна.

В противном

случаено а

обладает хиральностью. Так,

хиральность

тригонального трапецоэдра

(рис. 1.8.1, а й в )

обусловлена

тем,чт

о

в точечной группе 32 отсутствуют инверсионные оси, а ромбоэдр

(рис.

1.8.1,

б)

ахирален,

 

так как точечная группа Зга

содержит

ось 3 (а также центр

инверсии и плоскости симметрии).

молекулы

В

качестве примеров

хиральных

 

молекул

 

укажем

 

бснзофенантрена

(см. рис.

1.3,2)и

5Ь(СбН5)зС12

(см.

рис.

1.3.а)4,

,

молекулу днфенилав

газовой фазе

(см. рис. 1.б)3.4,

 

.

Ахиральиы,

например,

молекулы

ферроцена,

SbCl5,

метана

(см.

 

рис.

1.1.2).

1 О хиральности периодических фигур сказано ниже (раздел 5.1).

63*

Свойство хиральности (или его отсутствие) — важная харак

теристика

молекулЭт.

о

свойство

значительной

мерз олределяе-

структуру

молекулярных

кристаллов

(раздел 7.2).

Соединения,

молекулы которых хиральны, в жидком состоянии и в растворе обладают оптической активностью. Это явление заключается в том,

Рис. 1.8.1. Хиральные и ахиральные фигуры:

—а

левый тригональный трапецоэдр,б

ромбоэдр—

пример

 

ахиральной фигуры, в — правый тригональный трапецоэдр

что при прохождении монохроматического плоскополяризованного света через исследуемый образец плоскость поляризации поворачивается на угол ос, пропорциональный толщине препарата. Подробнее об оптической активности сказано в разделе 4.3.