晶体的对称性与旋光性的关系 立体作业.docVIP

题 目：晶体的对称性与旋光性的关系 学 院：化工学院 专 业：分析化学 学 号姓 名：安 鑫 晶体的对称性与旋光性的关系 姓名：安鑫 学号 专业：分析化学 摘要化合物的一切性质都是由其结构决定的这是化学中最基本的原理之一旋光性绝不例外螺旋理论认为导致旋光性的根本原因是分子结构内包含的螺旋对称性在自然界、建筑学以及各种艺术形式中，是一个令人赏心悦目的客观存在。它在科学领域中，如在分子光谱学和量子化学中，在对立体化学的理解和分子结构的测定中，也都扮演着重要的角色。对称的本质是指在一个物体或者结构中，某种固定模式有规律地重复出现。 晶体的宏观对称性与微观对称性是的重要基础内容。晶体的宏观对称性晶体的宏观对称性是晶体在旋转、反演等对称操作下保持不变的性质。晶体的宏观对称性讨论的是晶体外部结晶多面体的对称性；晶体的微观对称性讨论的是晶体内部结晶构造的对称性。晶体的宏观对称性不仅表现在几何形状上，而且反映在晶体的宏观物理性质中。人类对于晶体的认识是从晶体外形上的对称性开始的。166年丹麦学者斯丹诺在对石英和镜铁矿晶体观察研究之后，首先发现了晶体的面角守恒定律即斯丹诺定律，在千变万化的晶体外形上找到了初步的规律，从而奠定了晶体学、特别是几何结晶学的基础人们了解到晶体晶面的相对位置是每一种晶体的固有特征，而晶面的大小在很大程度上取决于晶体生长期间的偶然条件到了1784年，法国学者阿羽依发表了关于晶体内部构造的新见解，即晶体是由无数具有多面体形状的分子平行堆砌而成，并于1801年发表了著名的阿羽依有理指数定律，满意地解释了晶体外形与其内部构造之间的关系由此可以推知，晶体的对称性不仅为晶体外形所固有，同时也表现在晶体的物理性质上1830年德国马尔堡大学矿物学家赫塞尔、1867年俄国的物理学教授加多林，先后分别独立地推导出晶体外形可能具有的一切对称组合，即32种对称型这样，人类对于晶体宏观对称性的认识，经过了100多年的努力，归纳成为32种对称类型。由于晶体在宏观上占有一定空间，不可能有平移对称操作，所以宏观的晶体对称群只能由点对称操作组成晶体的宏观对称性是在晶体原子的周期性排列基础上产生的，同时晶体原子的周期性排列又使晶体的宏观对称性受到严格的限制，使宏观的晶体对称群只有32种，称为32种点群，决定晶体的32种宏观对称类型。晶体的微观对称性晶体是基元在空间周期性排列形成的。微观上的周期性排列，决定了其旋转对称轴只能是1、2、3、4、6度轴，形成的晶格可分为7大晶系、14种布喇菲格子由此推知，周期性排列格点的可能的点群对称性只有32种正是由于微观上的周期性排列格点形成的32种微观点群对称性决定了宏观的32种晶峰。由于晶体尺寸远大于原子间距，微观上可以将晶体看作无限大，这样，晶体内部基元的周期性排列，就存在平移这一对称变换，这是在宏观对称中所不能出现的对称变换平移变换与旋转或镜面反映联合，又产生出螺旋轴和滑移反映面两类非点式对称操作。由此可导出230种对称操作群，称为空间群。由于平移、螺旋轴和滑移反映面这三种对称要素都只能在微观的无限图形中存在，因而特别称它们为微观对称要素。X射线发现以后，人类得到了揭露晶体内部结构的工具，射线衍射实验证实了晶体中原子排列的周期性及其相应的微观对称性。晶体的宏观对称性与微观对称性的区别和联系宏观的晶体是一个有限的几何体、占有一定的空间，不可能有平移对称变换在考虑晶体的微观对称时，需要引入位置的概念，即要考虑到距离的问题，相应地需要考虑平移这一对称变换平移对称变换能否存在，就成了晶体的微观对称与宏观对称之间的分水岭。另一方面，晶体的宏观性质是连续的，而微观上晶体内部结晶构造及其性质是不连续的。晶体的不连续性在晶体的微观性质上表现得极为明显，但在晶体的宏观性质上，由于宏观观察结果的统计性，不连续性被掩盖掉了。晶体的宏观对称性是微观结晶构造的宏观统计表现，它只具有方向的概念；而晶体的微观对称性不仅具有方向的概念，同时具有位置的概念。 图1 NaCl晶体镜面对称图 对于点群对称性，宏观晶体的32点群与微观的点群是一样的宏观的点群对称性是微观的原子周期性排列所具有的对称性的宏观表现。微观的原子周期性排列，决定了其旋转对称轴只能是l、2、3、4、6度轴、决定了微观的点群对称性，同时决定了宏观的体对称性宏观的点群对称性是微观的点群对称性的反映，这两者是相互依存并且统一的。±12°，摩尔旋光度[M]D= ±18°。以2S,3S-(-)-酒石酸（[M]D= ±18°）为例进行分析。它的立体结构和C(2)~C(3)之间的3种Newman投影式构象如图2所示。 图2 2S,3S-(-)-酒石酸的构型和3种Newman投影式 图中的(+)号表示该二面角螺旋为右手螺旋旋光