Question 1

Quali sono i cinque elementi di simmetria utilizzati per classificare la simmetria molecolare?

Accepted Answer

I cinque elementi di simmetria sono identità (E), piani speculari (σ), centri di inversione (i), assi di rotazione propria (Cn) e assi di rotazione impropria (Sn). L'identità significa che non si verifica alcun cambiamento. I piani speculari riflettono gli atomi in configurazioni identiche. I centri di inversione riflettono ogni atomo attraverso un punto. Gli assi di rotazione propria ruotano le molecole in configurazioni identiche, mentre gli assi di rotazione impropria combinano la rotazione con la riflessione attraverso un piano speculare perpendicolare.

Question 2

Come fa la teoria dei gruppi prevedere le modalità vibrazionali IR-attive nelle molecole?

Accepted Answer

La teoria dei gruppi utilizza tabelle di caratteri specifiche per ciascun gruppo puntuale per prevedere le modalità vibrazionali IR-attive. Le rappresentazioni riducibili sono generate applicando operazioni di simmetria a proprietà molecolari come gli stiramenti CO. La formula di riduzione calcola i coefficienti delle rappresentazioni irriducibili. Le modalità che si trasformano come gli assi x, y o z sono IR-attive perché cambiano il momento dipolare. Questo metodo permette ai chimici di prevedere il numero esatto di stiramenti CO attesi in uno spettro infrarosso.

Question 3

Qual è la differenza tra gli isomeri cis e trans di Mo(CO)4[P(OPh)3]2 in termini di gruppi puntuali?

Accepted Answer

L'isomero cis appartiene al gruppo puntuale C2v con un asse di rotazione principale C2 e due piani di simmetria che contengono quell'asse. L'isomero trans appartiene al gruppo puntuale D4h con un asse di rotazione principale C4, quattro assi C2 perpendicolari ad esso e un piano di simmetria perpendicolare. Queste diverse simmetrie risultano in numeri diversi di stiramenti CO attivi in IR: l'isomero cis mostra quattro modalità attive in IR mentre l'isomero trans mostra solo una.

Question 4

Come viene assegnato un gruppo puntuale a una molecola utilizzando un albero di simmetria?

Accepted Answer

Un albero di simmetria identifica le operazioni di simmetria presenti in una molecola per classificarla in un gruppo puntuale. La procedura verifica se la molecola è lineare, conta gli assi di rotazione con ordine maggiore di 2, identifica l'asse principale con il valore n più alto e determina la presenza di assi C2 perpendicolari e piani di specchio. Per esempio, BF3 ha un asse principale C3, tre assi C2 perpendicolari e un piano di specchio perpendicolare, classificandolo nel gruppo puntuale D3h.

Question 5

Che ruolo svolge la teoria dei gruppi nella teoria degli orbitali molecolari per i complessi dei metalli di transizione?

Accepted Answer

La teoria dei gruppi genera combinazioni lineari adattate alla simmetria degli orbitali atomici che rappresentano i ligandi nei complessi dei metalli di transizione. Gli scienziati creano rappresentazioni riducibili degli orbitali atomici dei ligandi e le riducono a rappresentazioni irriducibili. Le rappresentazioni di simmetria del centro metallico e dei ligandi sono confrontate nei diagrammi degli orbitali molecolari. Gli orbitali con simmetria corrispondente si sovrappongono per formare orbitali molecolari di legame e anti legame, consentendo la previsione della geometria del complesso e delle proprietà di legame.

Question 6

Come si differenzia la spettroscopia Raman dalla spettroscopia IR nel rilevare le vibrazioni molecolari?

Accepted Answer

La spettroscopia IR rileva le vibrazioni che modificano il momento dipolare, mentre la spettroscopia Raman rileva le vibrazioni che comportano cambiamenti nella polarizzabilità della nube di elettroni. Per esempio, un allungamento simmetrico di CO2 è IR-inattivo perché non modifica il momento dipolare, ma è Raman-attivo perché gli elettroni che si allontanano dai nuclei alterano la polarizzabilità. La teoria dei gruppi identifica sia le modalità IR-attive che quelle Raman-attive utilizzando lo stesso metodo generale di applicazione delle operazioni di simmetria.

Question 7

Quale procedura sperimentale determina se un complesso di carbonile di molibdeno è l'isomero cis o trans?

Accepted Answer

Innanzitutto, sintetizza il complesso usando un Linea Schlenk per gestire i reagenti sensibili all'aria, poi acquisisci uno spettro IR del prodotto dissolto in esani. Conta il numero di stiramenti CO osservati nello spettro. Confronta questo con le previsioni della teoria dei gruppi: l'isomero cis mostra quattro stiramenti CO IR-attivi mentre l'isomero trans ne mostra uno. Il complesso isolato Mo(CO)4[P(OPh)3]2 è identificato come cis se i picchi compaiono a 2046, 1958 e 1942 cm-1, con un possibile quarto picco a risoluzione più alta.

Applicazione della teoria dei gruppi nella spettroscopia infrarossa - Quiz di valutazione