Simetría molecular 3D
— h = —
arrastra para girar · pellizca o rueda para acercar
No se pudo iniciar la escena 3D.

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Elige una operación y pulsa Ejecutar: la molécula se transforma y comprobamos si vuelve a coincidir consigo misma.

Elementos de simetría de —

Marca y desmarca para verlos en la escena. Los elementos son entes geométricos (un eje, un plano, un punto); las operaciones son lo que hacen.

¿Por qué este grupo y no otro?

Las cinco operaciones

Op.Qué haceElemento
Eno hace nada (toda molécula la tiene)—
Cₙgirar 360°/n alrededor de un ejeeje propio Cₙ
σreflejar en un plano (espejo)plano σv, σh, σd
iinvertir cada átomo por el centro (x,y,z)→(−x,−y,−z)centro de inversión
Sₙgirar 360°/n y luego reflejar en el plano perpendiculareje impropio (rotoreflexión)

Cómo usar el animador

  1. Elige una operación en la lista de abajo (o en el desplegable de la barra).
  2. Pulsa Ejecutar: verás la molécula transformarse y su «fantasma» azul, que es la posición inicial.
  3. Si al final coincide exactamente con el fantasma, la operación es de simetría; si no, no lo es.
  4. Con el deslizador puedes pararte a mitad de camino y ver qué pasa átomo por átomo.
  5. El botón rojo inventa una operación que no es de simetría: así se ve la diferencia.

Grupo puntual: —

Los cinco tipos de elementos

Elemento = la entidad geométrica. Operación = la transformación que aplica. Toda molécula tiene al menos E. Prueba cada ejemplo:

1 · E, identidad. No mueve nada. Siempre está, aunque la molécula no tenga ninguna otra simetría.
2 · Cₙ, eje de rotación propia. Girando 360°/n la molécula queda idéntica. El de mayor n es el eje principal. Un eje C₆ contiene además C₃ y C₂ (C₆² y C₆³), y para comprobarlo basta girar sucesivamente: si C₃ funciona, C₃² también.
3 · σ, plano de reflexión. Si el plano contiene el eje principal es σᵥ (vertical) o σ_d (dihedral: biseca los C₂ perpendiculares); si es perpendicular al eje principal es σₕ (horizontal). Un σ divide la molécula en dos mitades que son imagen especular.
4 · i, centro de inversión. Cada átomo situado en (x,y,z) tiene su gemelo en (−x,−y,−z). Si hay i, la molécula no puede ser quiral y sus espectros IR y Raman cumplen la regla de exclusión mutua.
5 · Sₙ, rotación impropia (rotoreflexión). Girar 360°/n y después reflejar en el plano perpendicular. Ojo: S₁ = σ y S₂ = i, S₃ equivale a C₃ₕ, así que solo S₄, S₈… son elementos realmente independientes — y por eso el grupo puro S₄ casi no existe en moléculas.

Familias y grupos puntuales

Las operaciones de simetría de una molécula forman un grupo matemático (hay cierre, identidad e inversos), y como todas dejan fijo al menos un punto se llaman grupos puntuales. Su tamaño es el orden h = número de operaciones. La tabla se lee: familia → elementos → h → ejemplos.

GrupoElementoshEjemplos

Sin ningún eje propio: C₁ (nada), Cs (un plano), Ci (solo i).

Un solo eje propio Cₙ: Cₙ, Cₙᵥ (n planos σᵥ), Cₙₕ (σₕ + Sₙ), Sₙ (solo n par).

Cₙ + n ejes C₂ perpendiculares: Dₙ, Dₙᵥ (σₕ y n σᵥ), Dₙ_d (n σ_d, sin σₕ).

Lineales: C∞ᵥ (sin i) y D∞ₕ (con i).

Cúbicos: T, T_d, T_h (4 ejes C₃, como el tetraedro), O, O_h (3 ejes C₄, como el octaedro).

Icosaédricos: I, I_h (6 ejes C₅, como el icosaedro o el C₆₀).

Nota honesta: T, T_h, O e I son grupos matemáticamente correctos pero no se conocen moléculas pequeñas en ellos (I aparece en cápsides virales y O en la ferritina). El grupo S₄ es rarísimo: por eso en el catálogo hay un objeto ideal.

Cómo se determina el grupo puntual

  1. ¿Es lineal? → con i es D∞ₕ (CO₂, C₂H₂); sin i es C∞ᵥ (HCN, N₂O).
  2. ¿Hay varios ejes de orden ≥ 3? → cúbico/icosaédrico: 4 C₃ → T, T_d, T_h; 3 C₄ → O, O_h; 6 C₅ → I, I_h.
  3. Si no, busca el eje de mayor orden (el principal): suele ir por el enlace más largo o por el centro del anillo.
  4. ¿No hay ningún eje? → C₁ si no queda nada; Cs si hay un plano; Ci si solo hay i.
  5. ¿Hay n ejes C₂ perpendiculares al principal? Sí → familia D; no → familia C.
  6. Familia C: ¿σₕ? → Cₙₕ · ¿σᵥ? → Cₙᵥ · ¿solo Sₙ? → Sₙ · ¿nada? → Cₙ.
  7. Familia D: ¿σₕ? → Dₙₕ · ¿σ_d? → Dₙ_d · ¿nada? → Dₙ.
  8. Comprueba el orden h: si te sale C₂ᵥ debe tener 4 operaciones (E, C₂, σᵥ, σᵥ').

Quiralidad

Una molécula es quiral (no superponible con su imagen especular) si y solo si no tiene ningún elemento impropio: ni plano σ, ni centro i, ni eje Sₙ. Por eso los grupos quirales son solo C₁, Cₙ, Dₙ, T, O, I. En el catálogo: CHFClBr (C₁), H₂O₂ sesgado (C₂) y el 1,2-dicloroetano gauche (C₂) son quirales; sus «primos» simétricos no lo son. Esto es la base de la estereoquímica y de la farmacología (un enantiómero puede curar y el otro no).

Para qué sirve la simetría (química real)

  • Espectroscopía: cada vibración se clasifica por simetría. Una vibración es activa en IR si se parece a x, y o z; activa en Raman si se parece a x², xy, … Si la molécula tiene centro de inversión vale la regla de exclusión mutua: ninguna vibración puede ser activa en los dos a la vez (CO₂, benceno, SF₆, C₆₀).
  • Momento dipolar: solo puede ser distinto de cero en los grupos «polares» C₁, Cs, Cₙ, Cₙᵥ y C∞ᵥ. Por eso CO₂ y CH₄ no tienen momento dipolar.
  • Cristalografía: solo 32 grupos puntuales son compatibles con una red periódica (ninguno con C₅).
  • Biología: las cápsides virales usan simetría icosaédrica (h = 120) para encerrar mucho volumen con muy pocos genes distintos.

Errores típicos (comprobados en el catálogo)

  • CH₂Cl₂ es C₂ᵥ, no T_d: para llegar a T_d los cuatro sustituyentes deben ser iguales.
  • SOCl₂ es Cs, no C₂ᵥ: es piramidal, el O queda fuera del plano Cl–S–Cl y no hay C₂ sobre el S=O.
  • El conformero cambia el grupo: etano escalonado D₃_d ≠ eclipsado D₃ₕ; 1,2-dicloroetano anti C₂ₕ ≠ gauche C₂.
  • N₂O (C∞ᵥ) frente a CO₂ (D∞ₕ): el centro de inversión depende de que los extremos sean iguales.
  • La conformación importa aunque la fórmula sea la misma: ferroceno escalonado D₅_d ≠ eclipsado D₅ₕ.

Reto: ¿qué grupo puntual es?

Se carga una molécula al azar. Cuenta sus elementos (ejes, planos, i, Sₙ) y elige. El marcador está abajo.

aciertos 0 / 0