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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.75.2013.tde-23042013-111623
Document
Author
Full name
Luiz Alberto Terrabuio
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2013
Supervisor
Committee
Haiduke, Roberto Luiz Andrade (President)
Bruns, Roy Edward
Silva, Albérico Borges Ferreira da
Title in Portuguese
Investigação dos multipolos atômicos da teoria quântica de átomos em moléculas no estudo de propriedades moleculares
Keywords in Portuguese
CFCFD
intensidades de infravermelho
polarização
potenciais eletrostáticos
QTAIM
Abstract in Portuguese
As cargas, dipolos, quadrupolos e multipolos atômicos de maior ordem, bem como suas derivadas, permitem um maior entendimento de diversas propriedades elétricas em sistemas moleculares, como momentos de dipolo, derivadas do momento dipolar, intensidades de infravermelho e potenciais eletrostáticos, além de forças eletrostáticas. Os multipolos aqui estudados foram aqueles advindos da Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM) e, em certos casos, foram comparados com resultados do formalismo CHELPG (CHarges from Electrostatic Potentials using a Grid based method). As investigações desse projeto foram divididas em duas etapas distintas, sendo que a primeira focou no desempenho dos multipolos atômicos na descrição dos potenciais eletrostáticos quando da interação de uma carga pontual carregada positivamente com uma molécula. Algumas simples moléculas diatômicas (F2, Cl2, BF, AlF, BeO, MgO, LiH e NaCl) e outras mais complexas (H2O, H2CO, NH3, PH3, BF3 e CO2) foram consideradas nesta etapa, sendo que os cálculos foram feitos com B3LYP/6-311G(3d,3p). Já, na segunda etapa, estudou-se o modelo carga - fluxo de carga - fluxo de dipolo (CCFDF, do inglês "charge - charge flux - dipole flux") na investigação e interpretação das intensidades fundamentais de infravermelho em modos de vibração molecular. Nessa etapa optou-se pelo estudo de sistemas que apresentavam ligações de hidrogênio, como homodímeros (H2O-H2O, HF-HF, HCl-HCl, HCN-HCN, HNC-HNC e NH3-NH3) e heterodímeros (HF-HCN, HCl-HF e HF-H2O). Os cálculos destes sistemas foram realizados com CCSD/cc-pVQZ-mod. Os resultados sugerem que os multipolos QTAIM são melhores que as cargas CHELPG, na maioria dos casos, para descrição dos potenciais eletrostáticos em sistemas próton - molécula. Por sua vez, o modelo CCFDF/QTAIM consegue reproduzir as intensidades de infravermelho em dímeros que apresentam ligações de hidrogênio. Finalmente, o aumento de intensidade do estiramento X-H do monômero doador, em dímeros lineares, é explicado pela variação da contribuição de fluxo de carga durante a dimerização.
Title in English
Investigation of atomic multipolos from quantum theory of atoms in molecules in study of molecular properties
Keywords in English
CCFDF
electrostatic potentials
infrared intensities
polarization
QTAIM
Abstract in English
The charges, dipoles, quadrupoles and high order terms, along with their derivatives, allow a better understanding of electric properties. We can cite dipole moments, dipole moment derivatives, infrared intensities, electrostatic potentials and electrostatic forces. The multipoles treated here are obtained from the Quantum Theory of Atoms in molecules (QTAIM) and they are compared with CHELPG (CHarges from Electrostatic Potentials using a Grid based method) results. The investigations of this project can be divided in two distinct parts and the first one focuses in the performance of atomic multipoles in the description of electrostatic potentials when one positive particle interacts with molecules. Some simple diatomic (F2 , Cl2 , BF, AlF, BeO, MgO, LiH and NaCl) and polyatomic molecules (H2O, H2CO, NH3 ,PH3 ,BF3 and CO2) were considered in this investigation and the calculations were carried out at the B3LYP/6-311G(3d,3p) level. The second part of this dissertation was a study of infrared intensities in vibrational modes by means of the charge-charge flux -dipole flux model. The systems treated now are dimers with hydrogen bonds such as homodimers (H2O-H2O, HF-HF, HCl-HCl, HCN-HCN, HNC-HNC and NH3-NH3) and heterodimers (HF-HCN, HCl-HF and HF-H2O). The calculations of these systems were carried out at the CCSD/cc-pVQZ-mod level. The results suggest that QTAIM multipoles are better in describing electrostatic potentials in almost all proton-molecule arrangements than CHELPG charges. The charge-charge flux -dipole flux model can reproduce infrared intensities of dimer with hydrogen bonds. Finally, the increase in intensities of X-H stretching modes associated to the donor monomer in linear dimers is explained by changes in charge flux contributions during dimerization.
 
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Publishing Date
2013-07-31
 
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