Tópicos de pesquisa em química teórica e computacional

Itamar Borges Jr.Departamento de Ciências Fundamentais, Radiação e

meio-ambiente e Programa de Pós Graduação em Química Instituto Militar de Engenharia

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Frases

“ Idéias semeiam idéias”

“Na falta de condições materiais utilize aquele artefato em cima do seu pescoço”

Linus Pauling

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Nobel de Química 1998

Walter Kohn

“pelo seu desenvolmentoda teoria do funcional densidade”

John Pople

“pelo seu desenvolvimentode métodos computacionaisem química quântica’’

www.nobel.se

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Interesse geral

Compreensão em nível molecular (i.e. fundamental) de gases, líquidos e sólidos

Físico Química Teórica/Computacional

Aspecto: interação com grupo experimentais

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Um princípio importante

Aproximação de Born - Oppenheimer

Massa do elétrons muito menor que massa dos núcleos

→ Os elétrons ajustam-se“instantaneamente” à variações das posições dos núcleos

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As minhas expressões preferidas

amF

EH

Aprenda esta última equação no curso de QuímicaQuântica, segundo período deste ano!

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Áreas de interesse atuais

• Dinâmica Molecular – reações em fase gasosa e comportamento de líquidos; também aspectos termodinâmicos e mecânico estatísticos

• Mecânica molecular• Espectroscopia por absorção de fótons ou

espalhamento de elétrons • Estrutura Eletrônica – em particular,

estados excitados

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Dinâmica molecular - Método

1 – Entrada de condições iniciais

Potencial de interação V em função das posições dos átomos (moléculas)Posição r e velocidade v de todos os átomos(moléculas) do sistema

2 – Cálculo de Forças

ii r

VF

Para cada átomo

Forças não ligantes (de pares) e forças ligantes (entre 2,3 e 4 átomos)

3 – Atualiza configuração

Solução da equação de Newton

4 – Se requerido, etapa de sáida com posições, velocidades, energias, temperatura, pressão, etc.

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Exemplo: Ar líquido

400 átomos (20 x 20) Fernando Rocha (PIBIC/CNPq)

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Catálise por zeólitas e química de materiais

• Pronex/CNPq: UFRJ, CETEM, CENPEs e IME• Metodologias para funcionalização de hidrocarbonetos

por zeólitas• Zeólitas: materiais inorgânicos microporosos,

principalmente aluminosilicatos - peneiras moleculares – petroquímica e como trocadores de íons

Nossa contribuição: Desenvolvimento de campos de força para zeólitas necessários para os estudos teóricos de difusão e absorção de hidrocarbonetos nos poros das zeólitas

Filipe Zappe (PIBIC/CNPq)

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Modelagem molecular de proteínas

• Colaboração com o grupo do Prof. Figueroa

• Estudos ab initio: Rocha

• Dinâmica Molecular: Arlan

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Reações de interesse atmosférico: HO2NO2→ HO2+NO2

Colaboração com Universidade de Santiago de Compostela (E. Martinez-Nuñez)

Estudos ab initio e cinética via RRKM e Dinâmica Direta

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Ácido fosfônico/fosfórico sela ponto 020

ponto 050 mínimo 2

IRC

Profs. Antonio Barbosa e Whei Oh Lin

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É muito fácil produzir ovos frescos sem galinhadesde que se saiba usar competentemente oanemômetro e a agulha giroscópica.

Millôr Fernandes

Os modelos não são a realidade. A. Einstein

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Espectroscopia de fótons e elétrons

elétron

Benzeno:Transições eletrônicas proibidas por regras de seleção “adquirem”Intensidade por acoplamento com a parte vibracional:

I. Borges Jr., A.J.C. Varandas, A.B. Rocha e C.E. BielschowskyJournal of Molecular Structure (THEOCHEM) 621, 99 (2003)

• Novas perspectivas: colaboração com Prof. Eduardo Hollauer (IQ-UFF)

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Estados excitados – interseções cônicas

Funis que conectamexcitados – ao contrário do que se pensava, são muito comuns emmoléculas e reaçõesquímicas

O3 + OH HO2 + O2

Colaboração com Hans Lischka (U. de Viena, Áustria)

Programa Columbus

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Em resumo• Linhas de pesquisa de química teórica/

computacional no IME: estrutura eletrônica de moléculas, espectroscopia, catálise, dinâmica em fase gasosa e líquida

• Confuso?→ Os princípios básicos são poucos! E mais

importante: não estou sozinho.• Futuro: ?

Estado sólido: polímeros, semicondutores…