¿Por qué una molécula de H2O no tiene un plano sigma_h?

El agua es una molécula doblada, con solo tres átomos, y un ángulo de aproximadamente 105 grados entre los dos átomos de hidrógeno. Esta forma pertenece al grupo de puntos, C2v, y si miramos la tabla de caracteres (disponible en muchos libros de texto de química inorgánica y en las Aplicaciones químicas de la teoría de grupos de FA Cotton), encontramos que hay planos especulares que dejan los átomos de agua sin cambios.
Esta es una vista lateral de una molécula de agua. ¿Notas algo sobre cómo se ve?

Un sigma-h es un plano espejo que atraviesa una molécula en una dirección normal (perpendicular) a su eje de rotación. A veces se confunde con un plano espejo sigma-v que puede ir en la misma dirección. Las moléculas que tienen un plano espejo sigma-h generalmente también contienen puntos de inversión y ejes de rotación inadecuados.

Un sigma-v es un plano espejo que divide la molécula a lo largo de una dirección específica, y también puede incluir el eje de rotación. Las moléculas con solo planos espejo sigma-v carecen de puntos de inversión o ejes de rotación inadecuados.

Un sigma-d es un plano espejo diédrico que atraviesa la molécula en un ángulo diferente al plano espejo vertical u horizontal. Las moléculas con planos de espejo diédrico generalmente tienen muchos más planos de espejo junto con los planos de espejo iniciales y tienden a ser altamente simétricos.

Aquí, he delineado el plano espejo en la molécula de agua que va a lo largo de los ejes xy z. Biseca la molécula completa a la perfección. Hay un plano espejo vertical (a lo largo de los ejes y y z) que corta a través del átomo de oxígeno solamente, en una dirección perpendicular con relación a este plano espejo. El plano espejo yz incluye el eje de rotación (en el átomo de oxígeno), mientras que el plano espejo xz incluye todos los átomos. ¡También notamos que no hay un punto de inversión en una molécula de agua, y es por eso que el plano espejo sigma-h no existe para esta molécula!

Las moléculas que pertenecen al grupo de puntos C2v no cambian de forma o apariencia cuando se realizan estas operaciones (de la tabla de caracteres para este grupo de puntos):

-Identidad (E), que deja la molécula sin cambios sin operación.
-Una rotación de 180 grados (C2).
-Dos planos especulares sigma-v (uno a lo largo de los ejes xyz y el otro a lo largo de los ejes yyz). Al menos uno de estos planos espejo incluye el eje de rotación. El segundo plano espejo debe ser perpendicular al primer plano espejo.

Las moléculas que pertenecen al grupo de puntos C2h también tienen operaciones de identidad y rotación, al igual que C2v. Sin embargo, las moléculas C2h contienen el plano espejo sigma-h, una operación de inversión (girar la molécula de adentro hacia afuera la deja sin cambios) y operaciones de rotación inadecuadas (realizadas por rotación parcial de la molécula, luego invirtiéndola). El trans-1,2-dicloroetileno es un excelente ejemplo de una molécula C2h.
El punto de inversión en esta molécula está justo en el centro del doble enlace. No tiene ningún plano espejo además del que corta a través de la molécula completa.