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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.46.2022.tde-09082023-170709
Documento
Autor
Nome completo
Antonio Ricardo Belinassi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Ornellas, Fernando Rei (Presidente)
Braga, Ataualpa Albert Carmo
Almeida, Amaury Augusto de
Machado, Francisco Bolivar Correto
 
Título em português
Reações bimoleculares em fase gasosa entre dicátions de halocarbonos CX2+ (X = F, Cl, Br, I) e átomos e moléculas pequenas
Palavras-chave em português
Cinética e dinâmica química
Dicátions
Halocarbonos
Métodos ab initio
Química quântica e computacional
Superfícies de energia potencial
Teoria de Landau-Zener
Resumo em português
Este estudo tem como foco principal a descrição de sistemas reacionais de haletos de car- bono duplamente ionizados através de investigação teórica empregando-se métodos rigorosos de estrutura eletrônica com conjuntos extensos de funções de base. Em particular, estados ele- trônicos que se correlacionam com os canais de dissociação de mais baixa energia dos sistemas reacionais CX2+ (X = F, Cl, Br, I) + Gn (Gn = He, Ne, Ar, Kr, Xe) foram investigados. Partindo de uma colisão colinear e, consequentemente, usando o grupo de ponto C2v, os estados eletrô- nicos (+ S) que se correlacionam com os fragmentos de cada sistema no limite assintótico foram determinados. A aplicação da metodologia Interação de Configurações Multireferências (MRCI) levou à construção de Curvas de Energia Potencial (CEPs) acuradas para estes sistemas pela primeira vez na literatura. A qualidade desses cálculos pôde ser assegurada com a excelente concordância entre a energia de separação dos fragmentos no limite de dissociação calculada e a experimental. Em relação à cinética e dinâmica química das reações deste estudo, a determinação da se- ção de choque de reação de transferência de carga foi obtida através da aplicação do modelo de Landau-Zener. De forma geral, a seção de choque de reação aumenta na medida em que descemos no grupo dos gases nobres. O sistema colisional envolvendo o dicátion de halocar- bono CF2+ com hélio não possui uma seção de choque de reação significativa; por sua vez, a colisão com os demais gases nobres apresentaram valores de seção de choque condizentes com observações experimetais. Em particular, a colisão com xenônio leva a uma reação de dupla transferência de carga, para a qual a curva de energia potencial foi obtida e, portanto, o valor de seção de choque de reação foi também determinado. Já para os sistemas envolvendo os di- cátions CCl2+, CBr2+ e CI2+ não ocorrem às reações de transferência de carga para as colisões envolvendo os átomos de hélio e de argônio devido as suas altas energias de ionização. Já para os demais gases nobres, observa-se um aumento da seção de choque com o peso atômico, simi- lar ao que foi determinado nos sistemas envolvendo o CF2+.
 
Título em inglês
Gas phase bimolecular reactions between halocarbons dications CX2+ (X = F, Cl, Br, I) and atoms and small molecules
Palavras-chave em inglês
Chemical dynamics
Computational and quantum chemistry
Halocarbons dications
Landau-Zener theory
Potential energy curves
Resumo em inglês
The main objective of this study is the description of reaction systems of doubly ionized carbon halides theoretically employing rigorous methods of electronic structure theory with ex- tensive atomic basis sets. In particular, a manifold of molecular electronic states that correlate with the lowest lying dissociation channels of the reaction systems CX2+ (X = F, Cl, Br, I) + Gn (Gn = He, Ne, Ar, Kr, Xe) were investigated. Following a collinear collision and, con- sequently, using the C2v point group, the + S molecular electronic states that correlate with the fragments of each collisional system in the asymptotic limit were determined. The use of the Multireference Configuration Interaction (MRCI) methodology led to the construction of accurate potential energy curves (PECs) for these systems for the first time in the literature. The quality of these calculations can be assessed by the excellent agreement between the separa- tion energy of the fragments in the dissociation limits between the theoretical and experimental values. Regarding the collision dynamics of the reactions, the determination of the charge transfer reaction cross section was obtained by the application of the Landau-Zener model. In general, the reaction cross section increases as we go down the noble gas group. The collisional system involving the halocarbon dication CF2+ with helium does not have a significant reaction cross section. On the other hand, the collision with the other noble gases presented cross section values consistent with experimental observations. In particular, the collision with xenon leads to a double charge transfer reaction, for which the potential energy curve was obtained and, there-fore, the reaction cross section value was also estimated. For systems involving the dications CCl2+, CBr2+ and CI2+, the charge transfer reactions do not occur for collisions involving he- lium and argon atoms due to their high ionization energies. For the other noble gases, there is an increase in the cross section with the atomic weight, similar to the cross sections estimated for the systems involving CF2+ dication.
 
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Data de Publicação
2023-08-25
 
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