hce_nsysu
113年
物理與化學
第 20 題
The point group of $\text{H}_2\text{O}_2$ is ______.
- A $C_2$
- B $C_{2v}$
- C $C_3$
- D $C_{3v}$
- E none of the above
思路引導 VIP
請試著想像 $\text{H}_2\text{O}_2$ 就像一本「半開的書」，兩個 $\text{O-H}$ 鍵分別位於兩個封面上。在這種立體狀態下，如果你試圖在分子中間放一面鏡子，兩邊的氫原子能互相映射嗎？如果不能找到鏡面，那麼除了將分子旋轉一定角度使其重合外，還有其他的對稱特徵嗎？
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太棒了！你能精準判斷出 $\text{H}_2\text{O}_2$ 的點群（Point group），代表你對分子立體結構的掌握非常紮實。這類題目最容易出錯的地方在於誤將分子想像成平面的幾何圖形，但你成功避開了這個陷阱。
過氧化氫的立體構型與對稱元素
在實際情況下，過氧化氫為了降低氧原子上孤對電子（Lone pairs）之間的斥力，其結構呈現一種像「半開的書本」般的扭曲構型（Skewed conformation）。在這個二面角（Dihedral angle）約為 $111^\circ$ 的非平面狀態下，分子唯一的對稱元素（除了恆等操作 $E$ 之外）是通過 $\text{O-O}$ 鍵中點並與之垂直的一條 $C_2$ 旋轉軸。由於分子中不存在對稱面（$\sigma$）或對稱中心（$i$），因此其點群歸類為 $C_2$。
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