点群(point group)
每个分子都有一份完整而有限的动作清单,做了之后它看上去依然不变——这就是它的对称操作。把这整份清单打成一个包、起一个简短的名字,你就得到了这个分子的点群。它好比护照上的印章:你告诉另一位化学家某分子是"C2v"或"Td",就等于用寥寥几个字交出了它完整的对称概况。
这个集合之所以叫群,是因为它服从数学家所要求的规则:任意两个操作连续做,结果仍在集合之内(封闭性);恒等 E 什么都不做;每个操作都有一个把它撤销的逆操作;组合次序满足结合律。它之所以叫点群(而不是用于晶体的空间群),是因为在每一个操作下至少有一个点——通常是分子的中心——保持不动。常见的分子点群配有标准的熊夫利斯(Schoenflies)标记:C2v(水)、C3v(氨)、D3h(BF3,平面三角形)、Td(甲烷,四面体)、Oh(SF6,八面体)、D-无穷-h(像 CO2 那样的线性对称分子)、C-无穷-v(像 CO 那样的线性不对称分子),等等。
命名点群并非为记账而记账——它是打开该群字符表的钥匙,从此一切都按规则推导而不再靠猜。一旦你知道某配合物是 Oh,你立刻就能说出它的 d 轨道如何分裂(分成 t2g 和 eg 两组)、它哪些振动会出现在红外或拉曼光谱、它能否有偶极矩、以及哪些配体轨道组合被允许与哪些金属轨道成键。点群是结构无机化学的组织原则。
水属于 C2v:它的操作是 E、一条 C2 轴、两个竖直镜面(sigma-v)。氨是 C3v(E、一条 C3 轴及其旋转、三个 sigma-v 面)。八面体 SF6 是 Oh,这个高对称群含 48 个操作。
水 = C2v,氨 = C3v,八面体 SF6 = Oh。
这个领域的标记用化学家偏好的熊夫利斯体系(C2v、D3h、Td);晶体学家则常用另一套赫尔曼-毛甘(Hermann-Mauguin,国际)体系。同样的分子,两套命名约定——别混用。