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
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
John Pople
Walter Kohn
“pelo seu desenvolmento
da teoria do funcional densidade”
www.nobel.se
“pelo seu desenvolvimento
de métodos computacionais
em química quântica’’
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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


F  ma
H  E
Aprenda esta última equação no curso de Química
Quântica, 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

V
Fi  

ri
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
Estudos ab initio e cinética via RRKM e Dinâmica Direta
Colaboração com Universidade de Santiago de Compostela (E. Martinez-Nuñez)
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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 galinha
desde que se saiba usar competentemente o
anemômetro 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. Bielschowsky
Journal 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 conectam
excitados – ao contrário
do que se pensava, são
muito comuns em
moléculas e reações
químicas
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…
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