Estudo Teórico de Intercalantes de Argilas

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Martins, J. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Gonçalves, A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Sismer, A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Castro, E. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Sousa, J. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)

Resumo

Na “química verde”, a procura por métodos e substâncias que não agridam, ou agridam menos o meio ambiente, e procedimentos que utilizem um mínimo de energia para se chegar ao produto final são pontos-chave. Entretanto, um entendimento mais detalhado das etapas envolvidas no processo catalítico é importante para o melhoramento dos materiais empregados, tornando-os mais eficientes. Este trabalho teve como objetivo verificar as propriedades dos intercalantes dimetilsulfóxido e etanolamina por meio da química computacional. O método usado foi o B3LYP/6- 31++G** no Gaussian-09. A geometria de equilíbrio para o DMSO foi corroborada pelo ELF, o qual mostra a região do par de elétrons não-ligantes. As cargas de Mulliken estão de acordo com as superfícies de potencial eletrostático das moléculas.

Palavras chaves

Dimetilsulfóxido; Etanolamina; Intercalantes

Introdução

Na “química verde”, a procura por métodos e substâncias que não agridam, ou agridam menos o meio ambiente, e procedimentos que usem um mínimo de energia para se chegar ao produto final são pontos-chave. Assim, o uso de argilas como suporte para catalisadores tem recebido grande incentivo, pois, como são de ocorrência natural, geram menos resíduos indesejáveis no final do processo. Entretanto, um entendimento mais detalhado das etapas envolvidas no processo catalítico é importante para o melhoramento dos materiais empregados, tornando- os mais eficientes. Os Aluminossilicatos são bastante utilizados por serem portadores de propriedades de grande interesse. A larga variedade de aplicações inclui: sensores químicos, catálise em reações de esterificação e oxidação, separação de componentes do ar e remoção de poluentes atmosféricos. A modificação das propriedades físicas e químicas desses materiais através de tratamentos térmicos, substituição isomórfica, ativação ácida, intercalação com moléculas orgânicas e inorgânicas, etc., são estudos de grande relevância que têm merecido atenção por parte de muitos pesquisadores, especialmente quando esses materiais são utilizados como catalisadores em reações químicas. No campo da química computacional, a elaboração de teorias cada vez mais sofisticadas, algoritmos melhor desenvolvidos, compiladores mais agressivos e específicos e computadores cada dia mais potentes têm possibilitado a compreensão e previsão de vários fenômenos físicos e químicos. Hoje, os programas disponíveis apresentam vários métodos já estabelecidos como ferramentas úteis de apoio à forma tradicional de experimentação. Este trabalho teve como objetivo verificar as propriedades dos intercalantes dimetilsulfóxido e etanolamina por meio da química computacional.

Material e métodos

Os modelos utilizados para a execução dos cálculos foram das moléculas de dimetilsulfóxido (DMSO) e etanolamina. Os cálculos para a otimização de geometria destas moléculas foram realizados por meio do método DFT (Density Functional Theory), usando o funcional híbrido B3LYP com o conjunto de base 6-31++G** no programa Gaussian-09. A partir destes cálculos, extraíram-se informações sobre os parâmetros geométricos, os orbitais moleculares HOMO e LUMO, cargas atômicas de Mulliken, momento de dipolo, superfície de potencial eletrostático, ELF (Electron Localization Function) e espectros na região do infravermelho. Para a visualização dos resultados usou-se o programa Gaussview. Os cálculos do ELF foram feitos no programa DGRID.

Resultado e discussão

A geometria encontrada para o DMSO foi a piramidal, o que era esperado devido ao par isolado presente no átomo de enxofre. A geometria da etanolamina não sofreu modificações acentuadas em relação a sua geometria de partida. Houve apenas um deslocamento dos hidrogênios ligados ao nitrogênio para fora do plano do papel. Os orbitais HOMO e LUMO mostraram-se localizados e deslocalizados, respectivamente, para ambas as moléculas. As cargas atômicas de Mulliken para DMSO mostram que os carbonos possuem cargas parciais negativas de aproximadamente -0,6e, enquanto o enxofre carga positiva de aproximadamente +0,7e. Para a etanolamina, as cargas atômicas de Mulliken indicam que o nitrogênio e o oxigênio possuem cargas parciais negativas mais acentuadas do que os carbonos. O hidrogênio da hidroxila apresenta a maior carga parcial positiva, como era de se esperar, pois está ligado ao oxigênio, o qual atrai a densidade de carga negativa para si. Os momentos de dipolo para as moléculas deixam claro que o DMSO (4,4D) é mais polar do que a etanolamina (1,1D), o que era esperado devido a disposição dos átomos eletronegativos nas moléculas. A superfície de potencial eletrostático (SPE) mostra que a região próxima ao oxigênio do DMSO é mais negativa, o que corrobora com o momento de dipolo para a molécula. Para a etanolamina, a SPE indica que a região próxima ao nitrogênio é positiva, apesar da carga negativa obtida pelo método de Mulliken para este elemento. O resultado ELF para o DMSO mostra a região do par de elétrons não- ligantes, o que está de acordo com a geometria piramidal obtida para esta molécula. Para a etanolamina, o ELF mostra a região dos pares não-ligantes do nitrogênio.

Conclusões

A geometria de equilíbrio encontrada para a molécula de DMSO foi corroborada com o desenho do ELF, o qual mostra a região do par de elétrons não-ligantes. Os orbitais HOMO e LUMO mostraram-se localizados e deslocalizados, respectivamente, para ambas as moléculas. As cargas de Mulliken estão de acordo com as superfícies de potencial eletrostático e com os momentos de dipolo das moléculas.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Pesquisas Avançadas da UEG-Formosa e ao Laboratório de Química Computacional da UnB.

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