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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Estudo termodinâmico da rotação interna em etanos substituídos
Authors: Mateus Fernandes Venancio
First Advisor: Wagner Batista de Almeida
First Referee: Mauro Lúcio Franco
Second Referee: Willian Ricardo Rocha
Abstract: Embora o formalismo da termodinâmica estatística seja amplamente utilizado para a determinação das quantidades termodinâmicas de sistemas químicos a partir de resultados obtidos por métodos ab initio, alguns movimentos moleculares são comumente negligenciados. Um dos principais exemplos desse tipo de movimento consiste na rotação interna. Esse movimento, assim como os demais movimentos moleculares, contribui para a resposta termodinâmica de um sistema uma vez que possui associado a ele quantidades termodinâmicas de interesse, como entropia e energia interna. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia baseada na solução numérica da Equação de Schrödinger para o cálculo das correções térmicas relacionadas a esse movimento. Tal metodologia depende do cálculo da superfície de energia potencial (SEP) para a rotação interna e do momento de inércia reduzido do grupo que realiza a rotação interna. Inicialmente, foram realizados testes em sistemas simples como o peróxido de hidrogênio, H2O2, e o etano, C2H6. Os resultados obtidos para esses dois sistemas apresentaram um bom acordo com os dados experimentais disponíveis e permitiram então que o principal alvo do trabalho fosse estudado, as moléculas 1,2-difluoretano (1,2-DFE) e 1,2-dicloroetano (1,2-DCE). O estudo desses dois etanos substituídos consiste no processo conformacional anti gauche e na quantificação das populações dessas duas conformações. Foram então construídas as SEPs através de um cálculo scan no nível CCSD(T)/6-311++G(3df; 3pd)//MP2/6-311++G(3df; 3pd) e utilizadas as inércias reduzidas de Eckart para o cálculo dos autovalores referentes à rotação interna e, consequentemente, as correções termodinâmicas da rotaçao interna. Uma vez obtidas essas correções foram ent~ao calculadas as energias livres de Gibbs para o processo conformacional e as populações dos conformeros anti do 1,2-DFE e 1,2-DCE. Os resultados obtidos foram bastante consistentes com os resultados disponíveis na literatura. Para o 1,2-DFE, a população calculada do confôrmero anti a T = 298; 15 K foi de 38% enquanto o valor experimental corresponde a 37+- 5%. Já para o 1,2-DCE, a população anti calculada a T = 298; 15 K foi de 75% onde o valor experimental é de 78+-5%. Além disso, os valores calculados para outras temperaturas também foram consistentes com os valores experimentais disponíveis.
Abstract: Statistical Thermodynamics is a widely used formalism to determinate thermodynamic quantities of chemical systems from ab initio results. However, some movements are commonly neglected in calculation of these quantities. The Internal rotation is a good example of those kinds of motions, once this motion, as well as other, is also associatedthermal quantities, such as entropy and internal energy. In this dissertation we have developed a methodology based on numerical solution of the Schrödinger equation for calculating the thermal corrections related to this movement. This methodology depends on the calculation of the potential energy surface (PES) for the internal rotationand the reduced moment of inertia of the top. First, tests were performed on simple systems, such as hydrogen peroxide, H2O2, and ethane, C2H6. The results for these two systems showed a good agreement with the experimental data available and then allowed that the main target of the work was studied: 1,2-diuoroethane (1,2-DFE) and 1,2-dichloroethane (1 ,2-DCE) molecules. The interest of these studies is the anti!gauche process in order to quantify the populations of the two species. SEPs were built through a CCSD(T)/6-311++G(3df; 3pd)//MP2/6-311++G(3df; 3pd) scan calculation and Eckart's reduced inertias were used to obtain the eigenvalues related to internalrotation, and consequently, thermodynamic corrections related to this movement. Once these corrections were obtained, free Gibbs energy of conformational process and anti population of 1,2-DFE and 1,2-DCE conformers were then calculated. The results were well consistent with the results available in the literature. For the 1,2-DFE, theestimated population of anti conformer, with T = 298:15 K, was 38%, while the experimental value corresponds to 37 +- 5%. For 1,2-DCE, the anti population at T = 298:15 K was estimated in 75% while the experimental value is 78 +- 5%. Furthermore, the valuescalculated for other temperatures were also consistent with available experimentalvalues.
Subject: Físico-química
Rotação molecular
Analise conformacional
Etanos
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-9BAQFQ
Issue Date: 21-Feb-2013
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