Question 1

מהם חמשת אלמנטי הסימטריה המשמשים לסיווג סימטריה מולקולרית?

Accepted Answer

חמשת אלמנטי הסימטריה הם הזהות (E), מישורי מראה (σ), מרכזי היפוך (i), צירי סיבוב רגילים (Cn) וצירי סיבוב לא רגילים (Sn). זהות פירושה שאינו חל שום שינוי. מישורי מראה משקפים אטומים לתצורות זהות. מרכזי היפוך משקפים כל אטום דרך נקודה אחת. צירי סיבוב רגילים מסובבים מולקולות לתצורות זהות, בעוד שצירי סיבוב לא רגילים משלבים סיבוב עם שיקוף דרך מישור מראה ניצב.

Question 2

כיצד תורת החבורות חוזה אופני תנודה פעילים ב-IR במולקולות?

Accepted Answer

תורת החבורות משתמשת בטבלאות תווים הספציפיות לכל חבורת נקודה כדי לחזות אופני תנודה הפעילים ב-IR. ייצוגים רדיוקביליים נוצרים על ידי החלת פעולות סימטריה על תכונות מולקולריות, כגון מתיחות של CO. נוסחת הרדוקציה מחשבת את המקדמים של ייצוגים בלתי רדיוקביליים. אופני תנודה המשתנים כצירים x, y או z הם פעילים ב-IR כיוון שהם משנים את מומנט הדיפול. שיטה זו מאפשרת לכימאים לחזות את המספר המדויק של מתיחות CO הצפויות בספקטרום אינפרא-אדום.

Question 3

מהו ההבדל בין איזומרי ה-cis וה-trans של Mo(CO)4[P(OPh)3]2 במונחים של חבורות נקודה?

Accepted Answer

האיזומר cis שייך לחבורת הנקודות C2v, עם ציר סיבוב ראשי C2 ושתי מישורי מראה המכילים ציר זה. האיזומר trans שייך לחבורת הנקודות D4h, עם ציר סיבוב ראשי C4, ארבעה צירי C2 ניצבים לו, ומישור מראה ניצב. סימטריות שונות אלו מובילות למספרים שונים של מתיחות CO הפעילות ב-IR: האיזומר cis מראה ארבעה אופני תנודה (modes) פעילים ב-IR, בעוד שהאיזומר trans מראה רק אחד.

Question 4

כיצד מקצים חבורת נקודה למולקולה באמצעות עץ סימטריה?

Accepted Answer

עץ סימטריה מזהה את פעולות הסימטריה הקיימות במולקולה כדי לסווג אותה לקבוצת נקודה. הפרוצדורה בודקת האם המולקולה היא ליניארית, סופרת צירי סיבוב עם סדר הגבוה מ-2, מזהה את הציר הראשי בעל ערך ה-n הגבוה ביותר, וקובעת את נוכחותם של צירי C2 מאונכים ומישורי מראה. לדוגמה, ל-BF3 יש ציר ראשי C3, שלושה צירי C2 מאונכים ומישור מראה מאונך, מה ששייך אותה לקבוצת הנקודה D3h.

Question 5

מהו התפקיד שתורית החבורות ממלאת בתיאוריית האורביטלים המולקולריים עבור קומפלקסים של מתכות מעבר?

Accepted Answer

תורת החבורות מייצרת שילובים ליניאריים מותאמי-סימטריה של אורביטלים אטומיים המייצגים ליגנדים בקומפלקסים של מתכות מעבר. מדענים יוצרים ייצוגים רדוקיביליים (reducible representations) של אורביטלים אטומיים של ליגנדים ומפחיתים אותם לייצוגים אי-רדוקיביליים (irreducible representations). ייצוגי הסימטריה של מרכז המתכת והליגנדים מושווים בדיאגרמות של אורביטלים מולקולריים. אורביטלים בעלי סימטריה תואמת חופפים כדי ליצור אורביטלים מולקולריים קושרים ואנטי-קושרים, דבר המאפשר חיזוי של גיאומטריית הקומפלקס ותכונות הקשירה שלו.

Question 6

במה נבדלת ספקטרוסקופיית רמן מספקטרוסקופיית IR בזיהוי רטטות מולקולריות?

Accepted Answer

ספקטרוסקופיה ב-IR מזהה רטות המשנות את מומנט הדיפול, בעוד שספקטרוסקופיית רמאן (Raman) מזהה רטות הכוללות שינויים בפולריזביליות (קוטביות) של ענן האלקטרונים. לדוגמה, מתיחה סימטרית של CO2 אינה פעילה ב-IR משום שאינה משנה את מומנט הדיפול, אך היא פעילה ברמאן כיוון שאלקטרונים הנעים הרחק מהגרעינים משנים את הפולריזביליות. תורת החבורות מזהה הן אופני רט פעילים ב-IR והן אופני רט פעילים ברמאן באמצעות אותה שיטה כללית של החלת פעולות סימטריה.

Question 7

איזה הליך ניסיוני קובע האם קומפלקס מוליבדן קרבוניל הוא האיזומר cis או trans?

Accepted Answer

ראשית, סנתזו את הקומפלקס באמצעות קו שלנק (Schlenk line) לטיפול בריאגנטים רגישים לאוויר, ולאחר מכן השכילו ספקטרום IR של המוצר המומס בהקסאנים. ספרו את מספר מתיחות ה-CO שנצפו בספקטרום. השוו זאת לתחזיות של תורת החבורות: האיזומר cis מראה ארבע מתיחות CO פעילות ב-IR, בעוד שהאיזומר trans מראה אחת. קומפלקס ה-Mo(CO)4[P(OPh)3]2 המבודד מזוהה כ-cis אם מופיעים שיאים ב-2046, 1958 ו-1942 סמ"ק⁻¹, עם שיא רביעי אפשרי ברזולוציה גבוהה יותר.

יישום תורת הקבוצות לספקטרוסקופיית IR - חידון הערכה