СТРУКТУРНЫЕ КЛАССЫ МОЛЕКУЛ

Петр Зоркий. Химфак МГУ


Всякий атомно-молекулярный объект, представленный в виде r-модели, т.е. в виде совокупности точечных атомов, координаты которых считаются известными, можно отнести к определенному структурному классу (СК), который определяется группой симметрии и перечнем занятых атомами орбит.
Орбита - это совокупность точек, преобразующихся друг в друга операциями симметрии группы G и, следовательно, эквивалентных. Каждая орбита характеризуется, во-первых, кратностью, т.е. числом входящих в нее точек, во-вторых, симметрией позиции, выражаемой точечной группой S (site-symmetry). Группа S характеризует симметрию окружения точки, относящейся к данной орбите; эта группа определяется совокупностью элементов симметрии, проходящих через рассматриваемую точку. В символе структурного класса орбита указывается в виде соответствующей группы S.
Для молекул, изображаемых r-моделью, в СК входит точечная группа , действующая в 3-мерном апериодичном пространстве (мы исключаем из рассмотрения полимерные молекулы). Символ СК в общем случае имеет вид:
В нем последовательно перечисляются орбиты, занятые атомами; каждая орбита представлена группой S, характеризующей симметрию соответствующей позиции. Запятые разделяют орбиты, занятые атомами одного сорта (т.е. атомами одного химического элемента); точка с запятой ставится при переходе от одного химического элемента к другому. Атомы разных элементов рассматриваются в последовательности, определяемой валовой химической формулой вещества.
Рассмотрим в качестве примера молекулу бифенила C12H10. В кристалле эти молекулы плоские; в газовой фазе наблюдается поворот одного из фенильных циклов на ~30° вокруг связи C–C. СК плоской молекулы характеризуется символом:
mmm (2mm, 2mm, m, m; 2mm, m, m).
Для сокращения символа одноименные орбиты, занятые атомами одного сорта, часто записывают в виде степени, где показатель указывает число орбит:
mmm ((2mm)2, m2; 2mm, m2).
Для молекулы бифенила в газовой фазе символ СК имеет вид:
222 (22, 12; 2, 12),
где единица изображает общую (асимметричную) позицию.
Важной наглядной характеристикой орбиты является ее кратность. Поэтому символ СК целесообразно дополнить указанием кратности орбит (под символами групп S). Например, для бифенила:


Добавим к сказанному примеры записи СК для нескольких молекул (с указанием кратности занятых орбит).

Ферроцен Fe(C5H5)2
Циклопропан C3H6
Диоксид углерода CO2
Метан CH4
Хлорбензол C6H5Cl

Еще один пример - СК транс- и гош-конформаций дихлорэтана - представлен на рисунке.
 

Рис. Проекция молекулы дихлорэтана C2H4Cl2:


а) транс-конформация, СК: 
б) гош-конформация, СК: 


К оглавлению учебных материалов по курсу "Кристаллохимия"
Лаборатория кристаллохимии. Химфак МГУ
Курс Кристаллохимия на химфаке МГУ
Химфак МГУ
МГУ