對稱性與點群

手性(chirality)

/ ky-RAL-it-ee /

手性就是「手的分別」。你的左手和右手互為鏡像,然而無論你怎麼旋轉其中一隻,都永遠無法把它完全疊到另一隻上,左手手套套不進右手。當一個物體與它的鏡像無法靠任何旋轉重合時,它就是手性的。這個字源自希臘文 kheir,意思是「手」。

在晶體裡,手性有個明快的對稱檢驗:一個結構是手性的,若且唯若它的點群不含任何「非真」操作,沒有鏡面、沒有反演中心、沒有旋轉反演軸,只允許真旋轉。32 個晶類中恰好有 11 個通過這項檢驗(1、2、222、4、422、3、32、6、622、23、432);它們就是對映異構晶類,落在其中的晶體會以「左手」與「右手」兩種截然不同的形式出現。石英是經典例子:左旋與右旋石英會把偏振光轉向相反的方向。

手性對生命與科技都至關重要。多數生物分子,醣類、胺基酸、DNA,都是手性的,而生物幾乎清一色只用其中一隻手,所以藥物「錯的」那個鏡像可能無效甚至有害。在晶體裡,手性掌控著旋光性與某些非線性光學行為。點群裡只要出現一個鏡面或反演中心,就立即禁止手性。

右旋與左旋石英互為對映體:化學組成相同(SiO2)、能量相同,但原子排列互為鏡像,一個把光順時針轉、一個逆時針轉。

手性物體無法與它的鏡像重合,就像左手與右手。

手性關乎「非真對稱的缺席」,而不是「旋轉的存在」。一個形狀可以有很多旋轉軸卻仍是手性的,只要它沒有鏡面、反演或旋轉反演。

又稱
handedness掌性