找出分子的點群，並以 3D 方式觀看其對稱操作
簡答：在 Settings › Plugins 中安裝 Symmetry and point groups，畫出分子並開啟 Symmetry 分頁。點選 Analyse selection 或選擇一個範例。外掛會建立 3D 形狀，給出點群名稱，畫出每個旋轉軸與鏡面，播放每個對稱操作，並顯示特徵標表。
為什麼對稱性在化學中很重要
對稱性在紙面上很難看清。平面繪圖會隱藏使兩個原子等價的軸與面。然而對稱性決定了很多事情：分子能否有偶極矩、能否是掌性的、哪些振動會出現在IR 或拉曼光譜中，以及軌域如何標記。
幾個術語會有幫助：
- 對稱操作使分子移動後看起來與原來完全相同。
- 對稱元素是進行操作所依據的軸、面或點。
- 主要的對稱元素有恆等元素 E、旋轉軸 Cn（旋轉 360°/n）、鏡面 σ、反轉中心 i，以及非真旋轉軸 Sn（旋轉 360°/n，再對垂直於該軸的平面鏡射）。
- 點群是分子全部操作的集合。操作的數目就是群的階。
一些熟悉的例子：水是 C2v，有一個 C2 軸與兩個鏡面（階為 4）。氨是 C3v，有一個 C3 軸與三個垂直鏡面（階為 6）。苯是 D6h（階為 24），甲烷是 Td，二氧化碳是 D∞h。
兩條簡單的規則說明了它的用處。具有任何非真旋轉軸的分子——包括鏡面（S1）或反轉中心（S2）——都不可能是掌性的。具有反轉中心的分子沒有永久偶極矩。
外掛顯示的內容
| 標籤 | 點群（Schoenflies 符號）及其階。旁邊的摘要行用文字描述該點群。 |
|---|---|
| 對稱元素 | 每個旋轉軸、鏡面、反轉中心與非真旋轉軸。滑鼠停留可在 3D 中醒目標示；點選即可播放。 |
| 對稱操作 | 所有操作按類分組。點選某個操作，觀看原子移動到等價原子上。 |
| 特徵標表 | 不可約表示及其線性、轉動與二次函數，遵循 Cotton 以及 Harris 與 Bertolucci 的約定。 |
| 投影圖 | 沿 z 軸俯視的視圖，顯示各個軸與鏡面的位置。 |
如何安裝對稱性外掛
- 開啟 MolDraw 編輯器並登入。免費帳戶即可。
- 點選 Settings（齒輪圖示），然後點選 Plugins。
- 點選 Symmetry and point groups 旁邊的 Install。
如何找出點群
- 畫出一個分子。如果畫布上有多個分子，選取你需要的那個。
- 開啟 Symmetry 分頁。也可以使用 Chemistry 選單（Symmetry and point groups › Open Symmetry），或在畫布上右鍵並選擇 Find symmetry (point group)。
- 點選 Analyse selection。MolDraw 會加上氫原子，嘗試多個構形，並用 MMFF94 最佳化 3D 形狀。保持 Live 開啟，編輯繪圖時會重新分析。
- 在標籤中讀出點群。
- 開啟 Elements，把滑鼠停留在每一項上，在 3D 中檢視。點選即可播放該操作。
- 開啟 Character table，把點群與光譜與鍵結連結起來。
手頭沒有繪圖？Examples 清單中有按點群排列的現成分子，從溴氯氟甲烷（C1）到巴克明斯特富勒烯（Ih）。
課堂與實驗室中的用法
- 講解點群判斷流程圖：依次載入水、氨與苯。讓學生預測點群，然後核對標籤與對稱元素清單。
- 現場演示對稱操作：開啟 Numbers，播放 C3 旋轉或 S4 操作。每次移動後，外掛都會說明哪個原子移到了哪裡。
- 光譜課程：用特徵標表討論哪些振動可能具有IR 或拉曼活性。然後檢查真實樣品：在免費的拉曼檢視器中開啟它的拉曼光譜，並把強譜帶與其 IR 光譜進行比較。
- 檢查結構：在討論配體或產物的性質之前，確認它是否是掌性的、是否有反轉中心。
技巧與限制
- 對精確的結構使用 Tight 容差，對粗略的繪圖使用 Loose。Normal 介於兩者之間。
- 3D 形狀來自力場構形，而不是你的 2D 版面。柔性分子得到的對稱性可能比教科書中的形式低。可以與相應的範例比較，例如交錯式（D3d）與重疊式（D3h）乙烷。
- 使用圖層標籤（Axes、Planes、Centre、Sn axes、Numbers），讓對稱元素繁多的點群保持清晰。
- 對於 C2v 分子，B1 與 B2 標記取決於把哪個鏡面稱為 xz。外掛會把平面分子放在 yz 平面內，並加以說明。
想先看形狀再看對稱性？VSEPR 幾何形狀計算器可以預測分子形狀，3D 分子模型檢視器可以讓你旋轉它們。
問題與解答
什麼是點群？
點群是一個分子全部對稱操作的集合。每個操作都至少使一個點保持不動。化學中用 Schoenflies 符號命名點群，例如 C2v、D3h 或 Td。
對稱性外掛免費嗎？
免費。安裝與使用它需要免費的 MolDraw 帳戶。
為什麼我的分子得到的點群比教科書上的低？
MolDraw 根據你的 2D 繪圖建立 3D 形狀，柔性分子可能落入對稱性較低的構形。可以試試 Loose 容差，或與相應的內建範例進行比較。
它能顯示特徵標表嗎？
能，常見點群都有。表中列出不可約表示及其線性、轉動與二次函數。如果某個點群沒有儲存特徵標表，仍會顯示其對稱元素與操作。