Dímeros de Boro-Fulerenos: construção de curvas de energia potencial e obtenção das constantes espectroscópicas

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Santos, D.P. (UEG) ; Ribeiro, L. (UEG)

Resumo

Este trabalho conta como objetivo principal a obtenção das constantes espectroscópicas rovibracionais de dímeros de borofulerenos. Para tal obteve- se curvas de energia potencial (CEP) desses sistemas a partir de energias eletrônicas obtidas por cálculos ab initio. Estas CEPs foram ajustadas para forma analítica do tipo Rydberg generalizada. Desta forma, as constantes espectroscópicas foram obtidas para esses sistemas em estudo, a partir das CEPs ajustadas, por via da procura de mínimos globais usando o algoritmo generalized simulated anneling (GSA).

Palavras chaves

Borofulerenos; Dimeros; CEP

Introdução

Este trabalho conta como objetivo principal a obtenção das constantes espectroscópicas rovibracionais de dímeros de borofulerenos. A química do boro se assemelha à do carbono na sua capacidade de catenar e formar redes moleculares. Ao contrário do carbono, o boro em massa não pode ser encontrado na natureza e todos os alótropos de boro conhecidos são obtidos no laboratório (Gonzalez Szwacki, 2008). Enquanto as partículas de all-boron não estão disponíveis em quantidades macroscópicas, cálculos quântico-químicos continuam a ser a única ferramenta, que permite a caracterização das propriedades químicas electrónicos, ópticos, e físicas destes novos compostos, suas geometrias de equilíbrio, e estabilidades (Muya, Gopakumar, Nguyen, & Ceulemans, 2011). Por meio de cálculos de pesquisa estrutural, previu-se um fullereno B38 extremamente estável, que tem quatro furos hexagonais com uma simetria D2h e um grande intervalo de energia (~2,25 eV), bem como alta aromaticidade(Jin, Hou, Tang, & Chen, 2015).

Material e métodos

Para descrever teoricamente um sistema molecular devemos encontrar a solução da equação de Schrödinger, no nosso caso, independente do tempo. O grande número de interações torna quase que inviável a solução de problemas moleculares de forma direta, sendo, portanto, necessário utilizar aproximações que torne a complexidade do problema em questão mais tratável. No entanto, não é possível resolver a equação de Schrödinger eletrônica para todas as configurações moleculares existentes. Para contornar esses problemas, usam-se as funções de potencial analíticas para a completa descrição do potencial efetivo. Dentre essas funções analíticas, destacam-se as funções analíticas de Rydberg (Ryd) (Ragnar Rydberg, 1933), Bond Order (BO) (Machado et al., 2012) e Morse (Mr) (MORSE, 1929). As funções analíticas são funções que permitem um ajuste de uma curva analítica sobre o potencial calculado, tal técnica vem sendo bastante usada na literatura e tem apresentado resultado satisfatório (Jia & Cao, 2013). Os cálculos de estrutura eletrônica foram realizados empregando-se o nível de teoria ωB97xD/6−31G(d) (Chai & Head-Gordon, 2008), todo o cálculo foi implementado no programa Gaussian 09 (Frisch et al., 2009). Para os cálculos de otimização de geometria e estrutura eletrônica, será utilizado a teoria do DFT onde adotaremos o funcional B3LYP com a base 3.21G ou superior. Esse método de cálculo é muito usado para obter geometrias e estrutura eletrônica.Destacamos aqui que a base sugerida ao trabalho é menor do que a 6-31G*, a sua escolha se justifica pelo tamanho dos sistemas e pela possibilidade de comparação com resultados na literatura. Para o ajuste do potencial foi utilizado a função analítica de Rydberg.

Resultado e discussão

Para determinar as constantes espectroscópicas rovibracionais, utilizaremos duas diferentes metodologias. Os dois métodos requerem um conjunto de energias em função da distância e uma função analítica para representar o potencial. O primeiro método utiliza as soluções da equação de Schrödinger nuclear e uma equação espectroscópica para as energias rovibracionais. A segunda metodologia compara a equação espectroscópica com a forma analítica da curva de energia potencial escrita como uma série de Taylor próximo à posição de equilíbrio. Os resultados iniciais relacionados ao desvio máximo (mínimo) e o erro entre as energias ab initio e as energias ajustadas estão abaixo e as vezes próximas do erro químico aceitável (abaixo de 1 kcal/mol ~ 0,0016 hartree) e podemos atribuir parte deste êxito à flexibilidade do método de busca global do algoritmo genético e/ou GSA. As coordenadas para a construção dos dímeros de fulereno, apresentados na Figura 3, foram obtidas do artigo B38: na all-boronfullerene analogue (Lv, Wang, Zhu, & Ma, 2014). A profundidade do poço da CEP está diretamente relacionada com a energia de dissociação , indicando aproximadamente a quantidade de energia necessária para se interromper a interação entre os monômeros que constituem os dímeros. Além do valor da energia de dissociação , pode-se observar na tabela 1 os parâmetros utilizados para a conformação da CEP.

Conclusões

Para a obtenção das constantes espectroscópicas rovibracionais de dímeros de borofulerenos, foi obtida a curva de energia potencial do dímero B38. Em nossas análises concluímos que o nível de cálculo ωB97xD/6−31G(d) implementado no Gaussian 09 é suficiente para a elaboração da CEP. O ajuste foi realizado com a forma analítica do tipo Rydberg generalizada de ordem seis, mostrando ser suficiente para a obtenção das constantes espectroscópicas.

Agradecimentos

UEG, PRP

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