Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9281_1.pdf: 2003043 bytes, checksum: d6495ca9dda3940141eb7d1c4f5be248 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Os conceitos de Polarizabilidade da Região de Recobrimento, * aOP, e de Valência Iônica Específica, VIE, recentemente desenvolvidos, foram aplicados a uma série de moléculas diatômicas envolvendo haletos alcalinos e calcogenetos alcalinos terrosos. O significado físico destes dois conceitos também foi explorado através de sua aplicação a compostos do íon Eu 3+ . Os valores calculados de * aOP para as moléculas diatômicas foram utilizados para construir uma nova escala de covalência, a qual foi comparada com a escala de covalência de Pauling, fornecendo uma boa correlação linear (R 2 = 0.9611). Uma relação entre o parâmetro * aOP e o índice de refração não-linear, n2, foi encontrada para os haletos alcalinos, o que possibilitou prever n2 para outras moléculas diatômicas e triatômicas. A covalência dos compostos de Eu 3+ foi investigada através da quantificação do chamado efeito "nefelauxético", representado pelo deslocamento para o vermelho da energia da transição eletrônica 5 D0 ? 7 F0 do íon Eu 3+ . Os resultados mostraram que há uma intensificação do efeito "nefelauxético" com o aumento da covalência. Os fatores de carga g do Modelo Simples de Recobrimento foram associados aos valores calculados da VIE e em seguida foram utilizados para fazer previsões dos níveis Stark dos complexos de Eu 3+ . Esta nova forma de previsão dos fatores de carga possibilitou o desenvolvimento de um modelo semiempírico para a prever o número n de moléculas de água coordenadas em complexos do íon Eu 3+ . Bons resultados foram obtidos, não só para a previsão dos níveis Stark como também para a previsão de n

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2014-09-09T11:49:07Z No. of bitstreams: 1 Cleidson Carneiro Guimarães.pdf: 1444004 bytes, checksum: 15572b043eb478e2aa1ab4f29bbe39aa (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-09T17:20:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Cleidson Carneiro Guimarães.pdf: 1444004 bytes, checksum: 15572b043eb478e2aa1ab4f29bbe39aa (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-09T17:20:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleidson Carneiro Guimarães.pdf: 1444004 bytes, checksum: 15572b043eb478e2aa1ab4f29bbe39aa (MD5) / Este trabalho tem o propósito de analisar as aproximações e distanciamentos entre o conceito de ligação química contido na obra de Pauling (1965) e o apresentado pelos livros didáticos para o Ensino Médio aprovados pelo Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio. Adotou-se como referenciais teóricos o conceito de ligação química de Linus Pauling e as teorias da transposição didática e da aprendizagem significativa. Para a análise foram selecionados alguns conteúdos considerados centrais à teoria da ligação química, a saber: os conceitos das ligações covalente, iônica e metálica, de eletronegatividade, de caráter iônico da ligação, de caráter elétrico da ligação e de estabilidade da molécula. Em seguida, buscou-se os mesmos conceitos nos livros didáticos do ensino médio e em que medida havia aproximação ou distanciamento do saber de referência. Além desses, foram considerados os critérios de correção conceitual contidos no Catálogo do Programa Nacional do Livro Didático. Os resultados demonstram algumas aproximações e distanciamentos necessários à transposição didática para o ensino médio. Por outro lado, verificou-se a existência de outros distanciamentos que podem prejudicar a aprendizagem dos significados aceitos pela comunidade dos químicos. Nesse aspecto, o Programa Nacional de Livro Didático do Ensino Médio exerceu uma vigilância epistemológica moderada em relação à correção do conceito de ligação química, de modo que os livros didáticos aprovados ainda apresentam problemas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1774.pdf: 3816839 bytes, checksum: e15cf4e172a2d36c85004ee48a784080 (MD5) Previous issue date: 2008-02-26 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, the Pb-Al meta-phosphate glass system (1-x) Pb(PO3)2 xAl(PO3)3 was studied, with the aim of determining the structural effects induced in the glass network by the substitution of Pb by Al. In the series of glasses encompassing the range 0 ≤ x ≤ 1 the composition meta [O/P] = 3 was maintained. In this way, the resulting phosphate network will be composed mainly by phosphate tetrahedra in condensation Q2 (chains or rings), simplifying the formulation of structural models. The structure of this system was analyzed trough a combination of Raman spectroscopy and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The structural environments around the network former and modifiers species were analyzed by 31P, 27Al and 207Pb-NMR, quantifying the distribution of phosphate groups and determining the coordination numbers of Al and Pb. For phosphate groups, several Q2 species were identified according to the number of P-O-Pb and P-O-Al bonds established by each tetrahedron. Through the quantitative analysis of the evolution of the population of these species with the concentration of Al, it was possible to infer specific characteristics of organization of the Al coordination polyhedra and phosphate tetrahedra. Phosphates share preferentially only a single corner with an Al-O polyhedron, which is found with high coordination number, and the other corner with a Pb-polyhedron. As x is increased, this medium range arrangement around Al is maintained through the progressive decrease of the Al coordination number, up to a certain critical concentration (x = 0.43). Above this concentration, the arrangement is not sustained and phosphates sharing two corners with Al-polyhedrons appear. On the other hand, the environments around Pb have high coordination numbers and a considerable degree of cornersharing between Pb-polyhedra was determined. The dependence of Pb coordination number with composition is determined by the quantity of available Onp, without apparent modification in the degree of O-sharing. The behavior observed for the local order around the Al and the arrangement of coordination polyhedra is similar to the observed in tow other meta-phosphates (Ca-Al and Na-Al), pointing out to a possible general trend for ternary phosphate glasses. / Neste trabalho foi analisado o sistema vítreo metafosfato de Pb-Al, (1-x) Pb(PO3)2 xAl(PO3)3, com o objetivo de analisar o efeito sobre a estrutura da rede vítrea causado pela substituição de Pb por Al. Nesta série de vidros, com 0 ≤ x ≤ 1, foi mantida a composição meta [O/P] = 3, de forma que a rede de grupos fosfatos resultante seja constituída predominante por tetraedros em condensação Q2 (cadeias ou anéis), simplificando assim a elaboração de modelos estruturais. A informação sobre a estrutura deste sistema foi obtida fundamentalmente das técnicas de espectroscopia Raman e Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Foram analisados os ambientes estruturais das espécies formadoras e modificadoras de rede através de RMN de 31P, 27Al e 207Pb, quantificando a distribuição de espécies de grupos fosfatos e determinando os números de coordenação de Al e Pb. Foram identificadas diferentes espécies Q2 de acordo com o número de ligações P-O-Pb e P-O-Al estabelecidas por cada tetraedro. Da análise quantitativa da evolução das populações com a concentração de Al, foi possível inferir comportamentos preferenciais na organização dos poliedros de coordenação e os tetraedros fosfatos. Os fosfatos compartilham preferencialmente um vértice com os poliedros de coordenação de O ao redor de Al, com alto número de coordenação, e o outro com o poliedro do Pb. Foi determinado que esta organização de médio alcance é mantida até certa concentração crítica (x = 0.43), através da redução progressiva do número de coordenação do Al. Acima dessa concentração esta organização não é mais sustentada, aparecendo fosfatos compartilhando dois vértices com poliedros de coordenação de Al. No caso do Pb, os ambientes ao redor do íon possuem alto número de coordenação e há compartilhamento de vértices entre Pb. O número de coordenação tem uma dependência da composição governada pela quantidade de Onp disponível, sem modificação apreciável no grau de compartilhamento de Onp com outros poliedros ao redor do Pb. Os comportamentos observados para a ordem local ao redor de Al e a organização dos poliedros de coordenação são semelhantes aos observados em metafosfatos de Ca-Al e de Na-Al, indicando um possível comportamento geral para vidros fosfatos ternários.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:49:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2055_1.pdf: 2829989 bytes, checksum: 484c4da863fedb5a447b368ec28e2df7 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Questões importantes podem ser levantadas sobre a possibilidade da existência de relações entre propriedades macroscópicas de materiais e os conceitos, introduzido recentemente, de polarizabilidade da região de recobrimento (PR) e o conceito de valência iônica específica (VIE). Uma proposta na qual a região de recobrimento da ligação química é considerada como uma distribuição de cargas do tipo plásmon localizado ‐ Plásmon da Região de Recobrimento da Ligação Química (PRR) levou, recentemente, a questões sobre a possibilidade de absorção e espalhamento inelástico de radiação pela região de recobrimento. O principal objetivo deste trabalho é explorar os significados físicos dos conceitos de Plásmon e Polarizabilidade da Região de Recobrimento para o estado sólido. Objetiva‐se também o uso desses conceitos para a caracterização de materiais no estado sólido, quanto aos seus graus de covalência. Os sistemas analisados foram halogenetos alcalinos MX (com M = Li, Na, K e X = F, Cl, Br), a fase α do óxido de alumínio, a fase α‐quartzo do óxido de silício e a fase cassiterita do óxido de estanho. Estes sistemas foram escolhidos por representarem classes fundamentais de compostos no estado sólido e por apresentarem resultados experimentais disponíveis na literatura. Os resultados mostram que αPR apresenta uma acentuada correlação linear com a polarizabilidade molar αmol (R2 = 0.973). A equação ajustada possibilita a utilização do αPR como uma ferramenta para prever a polarizabilidade do material como um todo. Uma excelente correlação (R2 = 0.959) foi encontrada para o ajuste exponencial entre αPR e a energia de bandgap Eg do material. A equação ajustada torna possível a caracterização de materiais quanto ao seu grau de covalência, dado o seu Eg. Concluiu‐se que o plásmon pode ser fisicamente mensurável. Além disto, as energias obtidas para este oscilador estão na faixa de 5 20 eV, região onde se observam os efeitos de éxcitons, plásmons coletivos e as primeiras transições inter e intrabanda. O PRR pode ser utilizado para caracterização de propriedades na faixa de 5 20 eV. O efeito do plásmon da região de recobrimento pode estar relacionado com algumas estruturas suaves nos espectros de absorção e de perda de energia, e pode ser uma forma alternativa de interpretar os picos atribuídos aos efeitos de éxciton nos halogenetos de alcalinos

Made available in DSpace on 2014-06-12T22:57:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4227_1.pdf: 2723098 bytes, checksum: 68e0876f248f1d157273b875daa5be25 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Grandezas equivalentes e independentes são introduzidas no contexto de ligações químicas, espectroscopia fotoeletrônica e vibrações moleculares. Em especial, orbitais (híbridos) de valência são tais grandezas e sua utilização na descrição das ligações químicas e estrutura das moléculas é muito ampla. Por exemplo, as interações entre os orbitais atômicos híbridos sp3 do átomo carbono com quatro orbitais atômicos 1s dos átomos hidrogênio descrevem muito bem as propriedades do metano; a saber, as ligações equivalentes C H, no metano, apontam para os vértices de um tetraedro. No entanto, esta descrição é insuficiente para descrever o espectro fotoeletrônico do CH4, que apresenta dois picos na região de valência, e não apenas um como seria previsto por quatro ligações C H equivalentes e independentes. Estas discrepâncias não se restringem aos tratamentos quânticos. Na verdade, moléculas simétricas (água, amônia, metano, etc.) apresentam ligações equivalentes que podem ser representadas pelos osciladores equivalentes ao descrever os movimentos vibracionais clássicos. Os dois osciladores equivalentes predizem um pico (duplamente degenerado), por exemplo, no espectro vibracional da água, relacionados com o estiramento O H. Isto está também em contradição com a observação experimental e é devido ao fato de que os osciladores O H equivalentes não são independentes. Do mesmo modo, as ligações equivalentes C H do metano também interagem entre si. Os problemas causados pela utilização desses dois conceitos: equivalentes e independentes são resolvidos, permitindo que as ligações equivalentes ou os osciladores equivalentes interajam, através da teoria de perturbação para estados degenerados. Esse tratamento fornece explicações qualitativas simples para as características observadas nos espectros (fotoeletrônico e vibracional) de várias moléculas. Além disso, um modelo semi-quantitativo para descrever os espectros fotoeletrônicos é obtido usando-se as interações entre os pares de elétrons responsáveis pelas ligações químicas. Como resultado, obteve-se conexões entre as teorias de ligação de valência e do orbital molecular, bem como uma aplicação quantitativa da Teoria da Repulsão entre Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPR). Além disso, esta dissertação apresenta diversos experimentos computacionais para a introdução desses conceitos em salas de aula, e seu texto é escrito visando a sua utilização por professores não especializados, educadores e estudantes

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2017-10-25T13:39:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Januario Kordiak.pdf: 1907122 bytes, checksum: a65c6272637170bbfa2b17ce2175c777 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-25T13:39:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Januario Kordiak.pdf: 1907122 bytes, checksum: a65c6272637170bbfa2b17ce2175c777 (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O ensino de ligações químicas é uma das fases mais importantes no processo de ensino-aprendizagem da Química. Todavia, existe uma grande necessidade de introduzir aos educandos do Ensino Médio a conexão entre a ligação química e a sua natureza quântica. Para alcançar esse objetivo utilizou-se o método de Hückel, um método simples desenvolvido em pesquisas em Química Teórica, antes do início da química computacional. Como metodologia avaliativa o método foi contraposto com as concepções prévias e posteriores dos educandos e, separadamente, com as concepções de educandos ensinados pelo método tradicional, ou seja, quadro, giz e livro. Foi observado que o uso de conceitos atuais, principalmente com o uso do computador, melhorou as argumentações por parte dos educandos ao definirem as ligações químicas, indicando que as aplicações da química quântica aliada a programas computacionais contribuem para resultados expressivos no processo de ensino-aprendizagem da Química. / The nature of chemical bond is essential to understand chemistry concepts, mainly, at initial process in high school. From quantum mechanics concepts was possible describe the chemical bond basing in electronic density, which around the nucleus between two atoms. Hückel method was the first method presented to solve the Schrodinger Equation in approximate level and it reached good qualitative results for aromatic compounds indicating the feasibility of the computational chemistry. However, the Hückel method based on matrix is in accordance with molecular geometry proposed; then, the resolution of such method is possible for students in high level. From this idea, we presented the Hückel method as fundamental to understand the chemical bond for students in the first and second years of high school and we applied questions to evaluate the chemical bond knowledge before/after the Hückel method. We observed that there was increase and reinforce of the chemical bond concept for students.

The discovery of the chemical properties related to the physiological and pathophysiological processes of the nitric oxide molecule has advanced scientific research concerning the control of NO availability in the biological environment. Complexes involving ruthenium and other ligands, such as amine and tetraazomacrocycles, have been used as models because they display properties like stability to air oxidation, solubility in water, and low cytotoxicity against host cells. Given the peculiar properties of nitric oxide, we first conducted a computational experiment based on the molecular orbital diagram of NO (Chapter 3). Then, we performed exercises of computational quantum chemistry involving the monocation (NO+) and monoanion (NO-) of NO. These exercises were presented to students at the end of their undergraduate studies or at the beginning of their postgraduate studies. The students started the experiment by exploring the Lewis structures of NO+, NO, and NO- along with the molecular orbital diagram of NO, to obtain a correlation with different properties like bond lengths and atomic charges. Next, they compared the calculated bond lengths and vibrational frequencies with experimental results found in Internet databases, which allowed them to discuss the differences they visualized. In addition, distinct approximations helped to calculate partial atomic charges. The students verified that it is difficult to determine this parameter because it is not physically observable and does not rely on any quantum mechanical operator to determine its quantity. The dipole moment calculated for NO, 0.153 D, by using B3LYP/631+G(d,p) level is close to the most accepted experimental data. This value contrasts with a recent determination of this parameter indicating that the negative charge concentrates on the nitrogen atom. The students finished the experiment by dealing with two topics of relevant interest to computational chemistry: (i) investigation of the behavior of some properties; for instance, atomic charges and spin densities, in relation to the basis set increment, and (ii) calculation of accurate electronic energies from extrapolation of the basis set pcn, n = 2-4, to infinity. Given the relevance of the nitric oxide molecule and the important role of water as solvent in the biological environment, we undertook a computational study of the interaction of NO, NO+, and NO- with H2O: [NO.H2O], 0, [NO.H2O]+, 0+, and [NO.H2O]-, 0- (Chapter 4). The geometries optimized for these clusters indicated that the NO.H2O interaction depends on the total charge: (ON.HOH), (NO-.HOH), and (ON+.OH2). The atomic spin densities along with the frontier molecular orbitals representation demonstrated that NO goes from 0 to 0+ or 0- in the oxidation or reduction processes, respectively, and that both processes occur on the nitrogen atom. The quantum theory of atoms in molecules (QTAIM), electron localization function (ELF), and natural bond-bond polarizability (NBBP) methods helped to quantify the electronic delocalization level between NO and H2O: 0+ > 0 > 0-, to show a predominantly ionic character for the intermolecular interactions, but a primarily covalent character for the intramolecular chemical bonds. Energy analyses carried out by the natural bond orbital (NBO) and localized molecular orbital energy decomposition (LMOEDA) methods for the interaction between NO and H2O in the complexes 0, 0+, and 0- demonstrated a more favorable interaction in 0- than in 0+ and 0, as revealed by the former method. However, the latter method indicated more negative total interaction energy for 0+ in relation to 0- and 0 because of its predominantly electrostatic component. Analysis of the electrostatic potential surfaces furnished a clear and direct explanation for the relative position of the monomers. Additionally, this analysis showed that the Coulombic attraction between the water molecule and the charged complexes NO+ and NO- is larger than in the case of the complexes with NO. Accordingly, we investigated the complexes cis-[RuCl(NO)(NH3)4]+, 1; cis-[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 2; cis-[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 3; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]+, 4; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 5; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 6; [Ru(NO)(NH3)5]+, 7; [Ru(NO)(NH3)5]2+, 8; and [Ru(NO)(NH3)5]3+, 9 to improve our understanding of the nature of Ru-NO chemical bond and of the influence of the total charge, nature, and relative position of simple ligands on NO release from these complexes (Chapter 5). According to the analysis of charges conducted by the QTAIM and NBO methods along with the molecular orbital representation, the first chemical reduction of complexes 3 and 6 to complexes 2 and 5, respectively, occurs in the pi orbital of Cl, whereas the second reduction, from complexes 2 and 5 to complexes 1 and 4, respectively, and the overall reduction process complex 9 --> complex 8 --> complex 7 takes place in the pi* orbital of NO. In addition, geometric parameters, wavenumbers related to bond stretching, and analysis of electron density by the QTAIM and NBO methods showed that the thermodynamic stability of the Ru-NO bond in complexes 1-6 increases in the first reduction (on going from total charge 3+ to 2+), but it decreases in the second reduction (on going from 2+ to 1+). For complexes 7-9, the stability of the Ru-NO bond decreases in the first reduction, but it increases in the second reduction. This is because interaction between NO and Ru is more favorable in complex 7 than interaction between NO and Ru in complex 8. For NO, the bond order decreases upon reduction of the total charge in the three classes of complexes: 1-3, 4-6, and 7-9. For the complexes containing the chlorine atom, it is possible to observe that the chloride group increases the electron density and provides a more favorable electrostatic interaction in the Ru-NO bond as compared to the complexes containing amine only. The results also indicate increased stability of the Ru-NO bond in complexes 1-3 as compared to complexes 4-6. As a result, the electrostatic interaction between Cl and NO is larger in complexes 1 and 3 as compared to complexes 4 and 6, respectively. We investigated the influence of the Effective Core Potential (ECP) in relation to the treatment involving all the electrons along the scalar relativistic effects obtained by the secondorder Douglas-Kroll-Hess (DKH2) approximation by analyzing the geometric parameters of complexes 1-9 and trans-[RuCl(NO)(NH3)4], 10. By using the ECP basis set, we determined the energies of reduction (A: 2-->1, B: 3-->2, C: 5-->4, D: 6-->5, E: 8-->7, and F: 9-->8), isomerization (G: 1-->4, H: 2-->5, and I: 3-->6), and Cl negative trans influence (J: 7+Cl- --> 10+NH3, K: 8+Cl- --> 5+NH3, and L: 9+Cl- --> 6+NH3) with the computational methods: RI-MP2, RI-SCS-MP2, OO-RI-MP2, OO-R-ISCS-MP2, M06-L, M06, M06-2X, M06-HF, BP86-D3BJ, BP86, B2PLYP, LC-wPBE, and B3LYP. We adopted the CCSD(T) method as reference (Chapter 6). For the statistical analysis, we used the following parameters: minimal negative deviation, Dneg(Min); maximum positive deviation, Dpos(Max); medium absolute deviation, MAD; and rootmeansquare, RMS. In addition to these results, we used values relative to the computational model used as reference, CCSD(T)/def2TZVP, or even a comparison with the experimental results. The geometric parameters obtained with ECP were very close to the values obtained with DKH2 - we achieved MARD values of 1.4 and 0.4% for the bond lengths and angles, respectively. Besides that, the calculated data had MARD values close to 4% as compared to the X-ray experimental results for bond lengths and MARD values close to 3% for the bond angles. These results are acceptable, despite deviation intervals of (5%) - 9% for r, and (5%) - 7% for <. Concerning the reaction energies, the B2PLYP method gave the closest values in relation to those obtained by CCSD(T) in A-I, whereas B3LYP showed the best performance in the proposed chemical reactions J-L. We also studied the nature of the Ru-NO and Ru-NO2 bonds in the compound fac-[Ru(NO)Cl2(3N4,N8,N11(1-carboxypropyl)cyclam)]+ as well as its derivatives obtained upon changes in pH by the computational model B3LYP/ccpVDZ with pseudopotential ECP28MDF for ruthenium. The electronic structure was analyzed with the aid of the density overlap regions indicator (DORI), QTAIM, ELF, and NBO methods (Chapter 7). The DORI method identified a region where the electron density of Ru and NO or NO2 overlapped, which indicated the presence of the Ru-NO or Ru-NO2 chemical bond. The QTAIM and ELF methods showed that these bonds have low covalent character. Investigation of the electron density demonstrated that the number of electrons shared between Ru and NO increases on going from complex 11 to complex 12, when carboxyl group is deprotonated. However, this number decreases with increasing pH and formation of complex 13, from deprotonation of N(2), and complex 14, with conversion of Ru-NO to Ru-NO2. By using NBO, we also observed interaction between the localized d orbitals of Ru and the pi* orbital of NO or NO2. This interaction is related to the pi backdonation process, which is more favorable to the stabilization of complexes 11-14 than the interaction between the sigma NBOs of NO or NO2 with the d-sigma orbital of Ru, associated with the donation route. Successively, the second order stabilization energy involving the NBOs with symmetry increases on going from complex 11 to complex 12 due to the decreased energy difference and increased overlap between these localized orbitals. The opposite trend is observed on going from complex 12 to complexes 13 and 14, in agreement with previous results. We examined the Ru-NO bond mechanism in the complex trans-[RuCl(NO)(NH3)4]2+ (Chapter 8). Then, we obtained the geometry of this compound and the bond dissociation energy (-Delta-E) of the decompositions trans-[RuCl(NH3)4]+ + NO+, trans-[RuCl(NH3)4]2+ + NO, and trans-[RuCl(NH3)4]3+ + NO by using the computational models ZORA-BP86/TZ2P and BP86/TZ2P, to evaluate how the ZORA approximation influenced treatment of the relativistic effects. Both computational models agreed well with the geometric parameters obtained by X-ray diffraction in the literature. Nevertheless, the values of -Delta-E were significantly different, so we adopted the ZORA-BP86/TZ2P model in the subsequent discussions. The dissociation trans-[RuCl(NH3)4]+ + NO+ gave the lowest -Delta-E, which agreed with a value for the Ru-NO bond angle close to 180º and is typical of trans-[Ru(NO)L(NH3)4]n+ that are EPR silent. We used this decomposition along with the Kohn-Sham molecular orbital theory in combination with the energetic decomposition analysis to highlight some important characteristics of the Ru-NO bond mechanism. Investigation of the negative trans influence of the Cl- group on Ru-NO revealed a favorable interaction energy for the interaction between trans-[RuCl(NH3)4]+ and NO+ - in this structure, the interaction term of the pi orbital counterbalances the electrostatic repulsion and the Pauli repulsion. We also studied the Ru-NO bond in the absence of the Cl- group for trans-[Ru(NH3)4]2+ and NO+. The interaction is repulsive because electrostatic repulsion predominates in relation to the attractive contribution of the interaction of the pi orbital. We also analyzed the RuCl bond in the absence of NO+ for trans-[Ru(NH3)4]2+ and Cl. The interaction is attractive due to the considerable value of the favorable electrostatic term. Investigation of the synergism between the processes of sigma donation and pi backdonation present in Ru-NO showed that this synergism accounts for the increased stability of this bond. The pi component is essential for maintenance of this chemical bond / A descoberta das novas propriedades químicas da molécula de óxido nítrico, relacionadas principalmente a processos fisiológicos e fisiopatológicos, promoveu um avanço nas pesquisas científicas ligada ao controle da disponibilidade desta molécula em meio biológico. Sendo que compostos, que possuem especialmente rutênio e ligantes, tais como, amina e tetraazomacrocíclicos são utilizadas como modelo devido a suas propriedades como, por exemplo, estabilidade frente à oxidação promovida pelo ar, solubilidade em água e baixa citoxicidade contra células hospedeiras. Assim, devido às propriedades peculiares do óxido nítrico, foi realizado em primeiro lugar um experimento computacional baseado no diagrama de orbitais moleculares do NO e em exercícios de química quântica computacional envolvendo também seu monocátion (NO+) e monoânion (NO) (Capítulo 3). Os estudantes iniciaram este experimento explorando as estruturas de Lewis de NO+, NO e NO junto ao diagrama de orbitais moleculares do NO obtendo uma correlação com diferentes propriedades, por exemplo, comprimentos de ligação, e cargas atômicas. Em seguida, os valores dos comprimentos de ligação e frequências vibracionais calculados foram comparados com os dados experimentais encontrados em bancos de dados na internet, permitindo uma discussão a respeito das diferenças observadas. Em seguida, distintas aproximações foram utilizadas para o cálculo das cargas atômicas parciais demonstrando a dificuldade na determinação deste parâmetro, uma vez que este não é uma observável física e, consequentemente, não há um operador mecânico quântico para a obtenção desta grandeza. Além disso, o momento de dipolo calculado do NO, 0,153 D, com B3LYP/631+G(d,p), é próximo ao valor experimental, mais aceito, em contaste a uma recente determinação que indica uma carga negativa concentrada no sentido do átomo de nitrogênio. O experimento termina com dois tópicos de grande interesse para a química computacional. Onde, em primeiro lugar, foi realizada uma investigação de como propriedades, tais como, cargas e densidades de spin atômicas se comportam com o aumento do conjunto de base. E em segundo lugar, o cálculo de energias eletrônicas precisas foi possível com a extrapolação do conjunto de base pcn, n = 24, para n igual a infinito. Dada à relevância da molécula de óxido nítrico e o papel da água como solvente em meio biológico, também foi realizado o estudo computacional da interação entre NO, NO+, e NO com H2O: [NO.H2O], 0, [NO.H2O]+, 0+, e [NO.H2O], 0 (Capítulo 4). Onde, as geometrias otimizadas destes clusters indicam que a interação NO.H2O depende da carga total: (ON.HOH), (NO.HOH) e (ON+.OH2). Sendo que as densidades de spin atômicas e a forma dos orbitais moleculares indicam que a partir de 0 para 0+ ou 0 os processos de oxidação ou redução, respectivamente, ocorrem sobre o NO, ou mais especificamente sobre o átomo de nitrogênio. Logo, os métodos quantum theory of atoms in molecules (QTAIM), electron localization function (ELF) e natural bondbond polarizability (NBBP) permitem quantificar o nível de deslocalização eletrônica entre o NO e o H2O: 0+ > 0 > 0, e mostram um caráter predominantemente iônico para as interações intermoleculares, porém, primariamente covalente para as ligações químicas intramoleculares. Destarte, a analise energética obtida junta aos métodos natural bond orbital (NBO) e localized molecular orbital energy decomposition (LMOEDA) para a interação entre NO e H2O nos complexos 0, 0+, e 0 demostra ser mais favorável em 0 do que 0+, e 0 quanto a influência mútua dos orbitais naturais de ligação, ao passo que o segundo método designa uma energia de interação total mais negativa para 0+ em relação a 0,e 0, devido ao seu componente eletrostático predominante. Para concluir, a análise das superfícies de potenciais eletrostáticos fornece uma explicação direta e clara a respeito da posição relativa dos monômeros. Em seguida, a atração de Coulomb entre a molécula de água e os compostos carregados NO+ e NO é mais favorável frente ao NO. Por conseguinte, considerando compostos capazes de controlar a disponibilidade do NO, foram investigados os seguintes complexos: cis[RuCl(NO)(NH3)4]+, 1, cis[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 2, cis[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 3, trans[RuCl(NO)(NH3)4]+, 4, trans[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 5, trans[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 6, [Ru(NO)(NH3)5]+, 7, [Ru(NO)(NH3)5]2+, 8, e [Ru(NO)(NH3)5]3+, 9, de modo estudar a natureza da ligação química RuNO sobre a influência da carga total, bem como, da natureza e posição relativa de ligantes simples (Capítulo 5). Desta forma, em primeiro lugar, a partir da analise das cargas obtidas pelos métodos QTAIM e NBO em conjunto com a representação dos orbitais moleculares, temos que a primeira redução química em 3-->2 e 6-->5 ocorre sobre o orbital do átomo de Cl, ao passo que a segunda redução em 2-->1 e 5-->4, bem como, em 9-->8-->7 é sobre o orbital * do NO. Em seguida, os parâmetros geométricos, números de onda vibracionais de estiramento, e a analise da densidade eletrônica pelos métodos QTAIM e NBO mostram que a estabilidade termodinâmica da ligação RuNO nos compostos 16 aumenta na primeira redução, a partir de 3+ para 2+, contudo, diminuem na segunda redução, a partir de 2+ para +. Para os compostos 79, a estabilidade de RuNO diminui com a primeira redução da carga total, mas, aumenta na segunda redução. Sendo que o último processo é explicado pela interação entre o NO, e o Ru ser mais favorável em 7, do que o NO e o metal em 8. Para NO, uma diminuição da ordem de ligação é visualizada com a redução da carga total nas três classes de complexos: 13, 46 e 79. Em 16, a comparação das moléculas 1 e 4 frente a 8, assim como, 2 e 5 em relação a 9 demonstra que a influência negativa do grupo cloreto relativo a contribuição do ligante amina promove uma maior densidade eletrônica e mais favorável interação eletrostática na ligação RuNO. Adicionalmente, os resultados indicam um aumento da estabilidade em RuNO para 13 comparado a 46, devido à interação eletrostática entre Cl, e NO, apesar da densidade eletrônica nesta ligação química ser maior somente em 1 e 3 frente a 4 e 6, respectivamente. A seguir, foi realizado um estudo da influência do Effective Core Potential (ECP) em relação ao tratamento envolvendo todos os elétrons junto aos chamados efeitos relativísticos escalares por meio da aproximação secondorder DouglasKrollHess (DKH2). Isto foi realizado por meio da analise dos parâmetros geométricos dos complexos metálicos: 19 e trans[RuCl(NO)(NH3)4], 10. A partir das geometrias otimizadas com o conjunto de base com ECP, também foram avaliadas as energias das reações químicas de redução (A: 2-->1, B: 3-->2, C: 5-->4, D: 6-->5, E: 8-->7 e F: 9-->8), isomerização (G: 1-->4, H: 2-->5 e I: 3-->6), e influência trans negativa do Cl (J: 7+Cl --> 10+NH3, K: 8+Cl --> 5+NH3 e L: 9+Cl --> 6+NH3) junto aos seguintes métodos computacionais: RIMP2, RISCSMP2, OORIMP2, OORISCSMP2, M06L, M06, M062X, M06HF, BP86D3BJ, BP86, B2PLYP, LCwPBE, e B3LYP. Sendo que o método CCSD(T) foi adotado como referência (Capítulo 6). Para a análise estatística foram utilizados os seguintes parâmetros: desvio negativo mínimo, Dneg(Mín), desvio positivo máximo, Dpos(Máx), desvio absoluto médio, DAM, e raiz quadrada do erro quadrático médio, RQEQM. Além destes parâmetros, foram empregados também valores relativos ao modelo computacional adotado como referência, CCSD(T)/def2TZVP, ou mesmo frente a resultados experimentais. Agora, os parâmetros geométricos obtidos com ECP frente à DKH2 apresentam valores próximos como pode ser destacado pelos valores do desvio absoluto médio relativo, DAMR, de 1,4 e 0,4% para os comprimentos e ângulos de ligação, respectivamente. Em adição, os dados calculados frente aos resultados experimentais de raiosX apresentam pequenos valores de DAMR, próximos a 4% para os comprimentos de ligação, e 3% para os ângulos de ligação, apesar do intervalo de desvios serem de (5%) 9% para r, e (5%) 7% para <. Para as energias das reações químicas propostas, o método B2PLYP apresentou resultados mais próximos ao obtido pelo CCSD(T) para AI, enquanto que o método B3LYP apresentou as energias mais próximas às obtidas com o método de referência para JL. Também foi estudada a natureza das ligações RuNO e RuNO2 no composto fac[Ru(NO)Cl2(3N4,N8,N11(1carboxipropil)cyclam)]Cl H2O ((1carboxipropil)cyclam) = 3(ácido 1,4,8,11tetraazociclotetradecan1il)propiônico), e em seus derivados junto as modificações do pH, por meio do modelo computacional B3LYP/ccpVDZ com pseudopotencial relativístico ECP28MDF para o Ru. Onde a analise da estrutura eletrônica foi realizada através dos métodos density overlap regions indicator (DORI), QTAIM, ELF e NBO (Capítulo 7). O método DORI permitiu se identificar uma região de recobrimento de densidade eletrônica entre o Ru e NO ou NO2 indicando a presença das ligações químicas RuNO e RuNO2. Os métodos QTAIM e ELF mostraram que estas ligações possuem um baixo caráter covalente. A analise da densidade eletrônica mostrou que o numero de elétrons compartilhados entre Ru e o NO aumenta a partir de 11 para 12, com a desprotonação do grupo carboxílico, porém, diminui com o aumento de pH e formação de 13, a partir da desprotonação de N(2), e 14, com a conversão da ligação RuNO para RuNO2. O método NBO também possibilitou determinar a interação entre os orbitais localizados d do Ru com * do NO ou NO2, relacionada ao processo de retrodoação , como mais favorável para a estabilização dos compostos 1114 frente à interação entre os NBOs do NO ou NO2 com d do Ru, pautada ao processo de doação . Sendo que a energia de estabilização de segunda ordem envolvendo os NBOs de simetria aumenta em 11-->12, devido à diminuição da diferença de energia e o aumento do recobrimento entre estes orbitais localizados. Entretanto, foi observada uma tendência contrária para 12-->13-->14, concordando com os resultados prévios. O mecanismo da ligação RuNO foi analisado a partir do complexo trans[RuCl(NO)(NH3)4]2+ (Capítulo 8). A geometria deste composto e a energia de dissociação de ligação (E) para as decomposições: trans[RuCl(NH3)4]+ + NO+, trans[RuCl(NH3)4]2+ + NO, e trans[RuCl(NH3)4]3+ + NO, foram obtidas junto aos modelos computacionais: ZORABP86/TZ2P e BP86/TZ2P, com o objetivo da avaliar a influência da aproximação ZORA no tratamento dos efeitos relativísticos. Os resultados mostraram que ambos os modelos computacionais apresentam uma boa concordância com os parâmetros geométricos obtidos por difração de raiosX que foram encontrados na literatura. Entretanto, os valores de E apresentaram uma diferença mais acentuada, e o modelo ZORABP86/TZ2P foi adotado nas seções seguintes deste estudo. Outro ponto é que a menor E foi obtida para trans[RuCl(NH3)4]+ + NO+, concordando com o ângulo de ligação RuNO próximo a 180º típico de compostos trans[Ru(NO)L(NH3)4]n+ que não apresentam sinais de EPR. Sendo assim, esta decomposição foi utilizada junto à teoria do orbital molecular de KohnSham em combinação com analise de decomposição energética para destacar algumas características do mecanismo da ligação RuNO. Assim sendo, na ligação RuNO sobre a influência trans negativa do Cl, estudada por meio da interação entre trans[RuCl(NH3)4]+ e NO+, temos uma energia de interação favorável porque, nesta estrutura, o termo de interação orbital contrabalança a repulsão eletrostática e a repulsão de Pauli. Por outro lado, a ligação RuNO na ausência do grupo Cl foi estudada através da interação entre trans[Ru(NH3)4]2+ e NO+, demostrando ser repulsiva devido a predominância da repulsão eletrostática frente a contribuição atrativa da interação orbital . Agora, a ligação RuCl na ausência de NO+, analisada a partir da interação entre trans[Ru(NH3)4]2+ e Cl, é atrativa devido ao considerável valor do termo eletrostático favorável. Ainda, o estudo do sinergismo entre os processos de doação e retrodoação presentes em RuNO mostrou que este é responsável por aumentar a estabilidade desta ligação. Porém, a retrodoação demonstrou não ser somente a mais importante, mas, também fundamental para a manutenção desta ligação química

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:37:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3457.pdf: 9418556 bytes, checksum: f1f8eee0e6ab76b87435fc819a9bf0ba (MD5) Previous issue date: 2011-02-04 / As a consequence of student difficulties related to concepts of greater abstraction of Chemistry, the concept of Meaningful Learning according to the theory of Ausubel was used in this work. From it, the twodimensional diagrams Conceptual Maps intend to represent the relationships among concepts, through propositions, in a particular topic. They can be used as teaching, assessment, and study strategies among others. In order to minimize the mentioned difficulties, we organized a short course relating to Chemical Bonds that were applied in a class of high school first year in the State of Minas Gerais. In classes, students came into contact with diversified educational strategies: computer-related activities (virtual reality-3D, animation, video), modeling (plastic models, balloons) and instructional material (book) organized from the theory of Ausubel. As a way of learning assessment, we used the preparation of conceptual maps. Upon completion, students answered a Questionnaire evaluating the teaching methodology. The major difficulties were related to the absence of examples in the maps and the correct construction of propositions, supported by appropriated linking words. With this study, we found that the strategy of Conceptual Maps is a valuable resource to probe in depth the limitations and potential for students learning, even in very arid field, dominated by a lack of motivation for learning meaningful and the absence of material resources. On the other hand, there was a wide acceptance by students of information technology and models, but lower for the preparation of maps. It is possible that this resistance is a consequence of the good results in previous approaches to learning by memorization, because students become unsafe for the strategies for change in Meaningful Learning, when considering a challenge to take responsibility to build their own meanings, though rewarding for some apprentices. / Como consequência das dificuldades dos alunos relacionadas aos conceitos de maior abstração de Química, utilizou-se no presente trabalho, a concepção de Aprendizagem Significativa conforme a teoria de Ausubel. Daí, derivam-se os Mapas Conceituais que são diagramas bidimensionais, cujo objetivo é representar as relações entre os conceitos, por meio de proposições, em um determinado tópico. Podem ser utilizados como estratégia de ensino, avaliação, estudo, entre outros. Com a finalidade de minimizar as mencionadas dificuldades, organizou-se um minicurso referente às Ligações Químicas, que foi aplicado em uma turma de primeira série do Ensino Médio, no interior do Estado de Minas Gerais. Nas aulas, os estudantes entraram em contato com estratégias diversificadas de ensino: atividades de informática (realidade virtual-3D, animações, vídeos), modelagem (modelos plásticos, bexigas) e material instrucional (apostila) organizado a partir da Teoria de Ausubel. Como forma de avaliação da aprendizagem, recorreu-se à elaboração de mapas conceituais. Ao término, os alunos responderam a um Questionário de avaliação da metodologia de ensino. As maiores dificuldades estiveram relacionadas à ausência de exemplos nos mapas e à correta construção de proposições, apoiadas em palavras de ligação apropriadas. Com este trabalho, foi possível constatar que a estratégia dos Mapas Conceituais é um recurso válido para sondar em profundidade as limitações e potencialidades de aprendizagem dos alunos, mesmo em terrenos muito áridos, onde predomina a falta de motivação para a aprendizagem significativa e a ausência de recursos materiais. Por outro lado, houve uma grande aceitação dos alunos por atividades de informática e modelos, mas menor pela elaboração dos mapas. É possível que esta resistência seja uma consequência dos bons resultados anteriores em abordagens de aprendizagem por memorização, porque tornam os estudantes inseguros na mudança para estratégias de Aprendizagem Significativa, visto que consideram um desafio tomarem a responsabilidade pela construção dos seus próprios significados, embora compensadora para alguns aprendizes.

The discovery of the chemical properties related to the physiological and pathophysiological processes of the nitric oxide molecule has advanced scientific research concerning the control of NO availability in the biological environment. Complexes involving ruthenium and other ligands, such as amine and tetraazomacrocycles, have been used as models because they display properties like stability to air oxidation, solubility in water, and low cytotoxicity against host cells. Given the peculiar properties of nitric oxide, we first conducted a computational experiment based on the molecular orbital diagram of NO (Chapter 3). Then, we performed exercises of computational quantum chemistry involving the monocation (NO+) and monoanion (NO-) of NO. These exercises were presented to students at the end of their undergraduate studies or at the beginning of their postgraduate studies. The students started the experiment by exploring the Lewis structures of NO+, NO, and NO- along with the molecular orbital diagram of NO, to obtain a correlation with different properties like bond lengths and atomic charges. Next, they compared the calculated bond lengths and vibrational frequencies with experimental results found in Internet databases, which allowed them to discuss the differences they visualized. In addition, distinct approximations helped to calculate partial atomic charges. The students verified that it is difficult to determine this parameter because it is not physically observable and does not rely on any quantum mechanical operator to determine its quantity. The dipole moment calculated for NO, 0.153 D, by using B3LYP/631+G(d,p) level is close to the most accepted experimental data. This value contrasts with a recent determination of this parameter indicating that the negative charge concentrates on the nitrogen atom. The students finished the experiment by dealing with two topics of relevant interest to computational chemistry: (i) investigation of the behavior of some properties; for instance, atomic charges and spin densities, in relation to the basis set increment, and (ii) calculation of accurate electronic energies from extrapolation of the basis set pcn, n = 2-4, to infinity. Given the relevance of the nitric oxide molecule and the important role of water as solvent in the biological environment, we undertook a computational study of the interaction of NO, NO+, and NO- with H2O: [NO.H2O], 0, [NO.H2O]+, 0+, and [NO.H2O]-, 0- (Chapter 4). The geometries optimized for these clusters indicated that the NO.H2O interaction depends on the total charge: (ON.HOH), (NO-.HOH), and (ON+.OH2). The atomic spin densities along with the frontier molecular orbitals representation demonstrated that NO goes from 0 to 0+ or 0- in the oxidation or reduction processes, respectively, and that both processes occur on the nitrogen atom. The quantum theory of atoms in molecules (QTAIM), electron localization function (ELF), and natural bond-bond polarizability (NBBP) methods helped to quantify the electronic delocalization level between NO and H2O: 0+ > 0 > 0-, to show a predominantly ionic character for the intermolecular interactions, but a primarily covalent character for the intramolecular chemical bonds. Energy analyses carried out by the natural bond orbital (NBO) and localized molecular orbital energy decomposition (LMOEDA) methods for the interaction between NO and H2O in the complexes 0, 0+, and 0- demonstrated a more favorable interaction in 0- than in 0+ and 0, as revealed by the former method. However, the latter method indicated more negative total interaction energy for 0+ in relation to 0- and 0 because of its predominantly electrostatic component. Analysis of the electrostatic potential surfaces furnished a clear and direct explanation for the relative position of the monomers. Additionally, this analysis showed that the Coulombic attraction between the water molecule and the charged complexes NO+ and NO- is larger than in the case of the complexes with NO. Accordingly, we investigated the complexes cis-[RuCl(NO)(NH3)4]+, 1; cis-[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 2; cis-[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 3; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]+, 4; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 5; trans-[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 6; [Ru(NO)(NH3)5]+, 7; [Ru(NO)(NH3)5]2+, 8; and [Ru(NO)(NH3)5]3+, 9 to improve our understanding of the nature of Ru-NO chemical bond and of the influence of the total charge, nature, and relative position of simple ligands on NO release from these complexes (Chapter 5). According to the analysis of charges conducted by the QTAIM and NBO methods along with the molecular orbital representation, the first chemical reduction of complexes 3 and 6 to complexes 2 and 5, respectively, occurs in the pi orbital of Cl, whereas the second reduction, from complexes 2 and 5 to complexes 1 and 4, respectively, and the overall reduction process complex 9 --> complex 8 --> complex 7 takes place in the pi* orbital of NO. In addition, geometric parameters, wavenumbers related to bond stretching, and analysis of electron density by the QTAIM and NBO methods showed that the thermodynamic stability of the Ru-NO bond in complexes 1-6 increases in the first reduction (on going from total charge 3+ to 2+), but it decreases in the second reduction (on going from 2+ to 1+). For complexes 7-9, the stability of the Ru-NO bond decreases in the first reduction, but it increases in the second reduction. This is because interaction between NO and Ru is more favorable in complex 7 than interaction between NO and Ru in complex 8. For NO, the bond order decreases upon reduction of the total charge in the three classes of complexes: 1-3, 4-6, and 7-9. For the complexes containing the chlorine atom, it is possible to observe that the chloride group increases the electron density and provides a more favorable electrostatic interaction in the Ru-NO bond as compared to the complexes containing amine only. The results also indicate increased stability of the Ru-NO bond in complexes 1-3 as compared to complexes 4-6. As a result, the electrostatic interaction between Cl and NO is larger in complexes 1 and 3 as compared to complexes 4 and 6, respectively. We investigated the influence of the Effective Core Potential (ECP) in relation to the treatment involving all the electrons along the scalar relativistic effects obtained by the secondorder Douglas-Kroll-Hess (DKH2) approximation by analyzing the geometric parameters of complexes 1-9 and trans-[RuCl(NO)(NH3)4], 10. By using the ECP basis set, we determined the energies of reduction (A: 2-->1, B: 3-->2, C: 5-->4, D: 6-->5, E: 8-->7, and F: 9-->8), isomerization (G: 1-->4, H: 2-->5, and I: 3-->6), and Cl negative trans influence (J: 7+Cl- --> 10+NH3, K: 8+Cl- --> 5+NH3, and L: 9+Cl- --> 6+NH3) with the computational methods: RI-MP2, RI-SCS-MP2, OO-RI-MP2, OO-R-ISCS-MP2, M06-L, M06, M06-2X, M06-HF, BP86-D3BJ, BP86, B2PLYP, LC-wPBE, and B3LYP. We adopted the CCSD(T) method as reference (Chapter 6). For the statistical analysis, we used the following parameters: minimal negative deviation, Dneg(Min); maximum positive deviation, Dpos(Max); medium absolute deviation, MAD; and rootmeansquare, RMS. In addition to these results, we used values relative to the computational model used as reference, CCSD(T)/def2TZVP, or even a comparison with the experimental results. The geometric parameters obtained with ECP were very close to the values obtained with DKH2 - we achieved MARD values of 1.4 and 0.4% for the bond lengths and angles, respectively. Besides that, the calculated data had MARD values close to 4% as compared to the X-ray experimental results for bond lengths and MARD values close to 3% for the bond angles. These results are acceptable, despite deviation intervals of (5%) - 9% for r, and (5%) - 7% for <. Concerning the reaction energies, the B2PLYP method gave the closest values in relation to those obtained by CCSD(T) in A-I, whereas B3LYP showed the best performance in the proposed chemical reactions J-L. We also studied the nature of the Ru-NO and Ru-NO2 bonds in the compound fac-[Ru(NO)Cl2(3N4,N8,N11(1-carboxypropyl)cyclam)]+ as well as its derivatives obtained upon changes in pH by the computational model B3LYP/ccpVDZ with pseudopotential ECP28MDF for ruthenium. The electronic structure was analyzed with the aid of the density overlap regions indicator (DORI), QTAIM, ELF, and NBO methods (Chapter 7). The DORI method identified a region where the electron density of Ru and NO or NO2 overlapped, which indicated the presence of the Ru-NO or Ru-NO2 chemical bond. The QTAIM and ELF methods showed that these bonds have low covalent character. Investigation of the electron density demonstrated that the number of electrons shared between Ru and NO increases on going from complex 11 to complex 12, when carboxyl group is deprotonated. However, this number decreases with increasing pH and formation of complex 13, from deprotonation of N(2), and complex 14, with conversion of Ru-NO to Ru-NO2. By using NBO, we also observed interaction between the localized d orbitals of Ru and the pi* orbital of NO or NO2. This interaction is related to the pi backdonation process, which is more favorable to the stabilization of complexes 11-14 than the interaction between the sigma NBOs of NO or NO2 with the d-sigma orbital of Ru, associated with the donation route. Successively, the second order stabilization energy involving the NBOs with symmetry increases on going from complex 11 to complex 12 due to the decreased energy difference and increased overlap between these localized orbitals. The opposite trend is observed on going from complex 12 to complexes 13 and 14, in agreement with previous results. We examined the Ru-NO bond mechanism in the complex trans-[RuCl(NO)(NH3)4]2+ (Chapter 8). Then, we obtained the geometry of this compound and the bond dissociation energy (-Delta-E) of the decompositions trans-[RuCl(NH3)4]+ + NO+, trans-[RuCl(NH3)4]2+ + NO, and trans-[RuCl(NH3)4]3+ + NO by using the computational models ZORA-BP86/TZ2P and BP86/TZ2P, to evaluate how the ZORA approximation influenced treatment of the relativistic effects. Both computational models agreed well with the geometric parameters obtained by X-ray diffraction in the literature. Nevertheless, the values of -Delta-E were significantly different, so we adopted the ZORA-BP86/TZ2P model in the subsequent discussions. The dissociation trans-[RuCl(NH3)4]+ + NO+ gave the lowest -Delta-E, which agreed with a value for the Ru-NO bond angle close to 180º and is typical of trans-[Ru(NO)L(NH3)4]n+ that are EPR silent. We used this decomposition along with the Kohn-Sham molecular orbital theory in combination with the energetic decomposition analysis to highlight some important characteristics of the Ru-NO bond mechanism. Investigation of the negative trans influence of the Cl- group on Ru-NO revealed a favorable interaction energy for the interaction between trans-[RuCl(NH3)4]+ and NO+ - in this structure, the interaction term of the pi orbital counterbalances the electrostatic repulsion and the Pauli repulsion. We also studied the Ru-NO bond in the absence of the Cl- group for trans-[Ru(NH3)4]2+ and NO+. The interaction is repulsive because electrostatic repulsion predominates in relation to the attractive contribution of the interaction of the pi orbital. We also analyzed the RuCl bond in the absence of NO+ for trans-[Ru(NH3)4]2+ and Cl. The interaction is attractive due to the considerable value of the favorable electrostatic term. Investigation of the synergism between the processes of sigma donation and pi backdonation present in Ru-NO showed that this synergism accounts for the increased stability of this bond. The pi component is essential for maintenance of this chemical bond / A descoberta das novas propriedades químicas da molécula de óxido nítrico, relacionadas principalmente a processos fisiológicos e fisiopatológicos, promoveu um avanço nas pesquisas científicas ligada ao controle da disponibilidade desta molécula em meio biológico. Sendo que compostos, que possuem especialmente rutênio e ligantes, tais como, amina e tetraazomacrocíclicos são utilizadas como modelo devido a suas propriedades como, por exemplo, estabilidade frente à oxidação promovida pelo ar, solubilidade em água e baixa citoxicidade contra células hospedeiras. Assim, devido às propriedades peculiares do óxido nítrico, foi realizado em primeiro lugar um experimento computacional baseado no diagrama de orbitais moleculares do NO e em exercícios de química quântica computacional envolvendo também seu monocátion (NO+) e monoânion (NO) (Capítulo 3). Os estudantes iniciaram este experimento explorando as estruturas de Lewis de NO+, NO e NO junto ao diagrama de orbitais moleculares do NO obtendo uma correlação com diferentes propriedades, por exemplo, comprimentos de ligação, e cargas atômicas. Em seguida, os valores dos comprimentos de ligação e frequências vibracionais calculados foram comparados com os dados experimentais encontrados em bancos de dados na internet, permitindo uma discussão a respeito das diferenças observadas. Em seguida, distintas aproximações foram utilizadas para o cálculo das cargas atômicas parciais demonstrando a dificuldade na determinação deste parâmetro, uma vez que este não é uma observável física e, consequentemente, não há um operador mecânico quântico para a obtenção desta grandeza. Além disso, o momento de dipolo calculado do NO, 0,153 D, com B3LYP/631+G(d,p), é próximo ao valor experimental, mais aceito, em contaste a uma recente determinação que indica uma carga negativa concentrada no sentido do átomo de nitrogênio. O experimento termina com dois tópicos de grande interesse para a química computacional. Onde, em primeiro lugar, foi realizada uma investigação de como propriedades, tais como, cargas e densidades de spin atômicas se comportam com o aumento do conjunto de base. E em segundo lugar, o cálculo de energias eletrônicas precisas foi possível com a extrapolação do conjunto de base pcn, n = 24, para n igual a infinito. Dada à relevância da molécula de óxido nítrico e o papel da água como solvente em meio biológico, também foi realizado o estudo computacional da interação entre NO, NO+, e NO com H2O: [NO.H2O], 0, [NO.H2O]+, 0+, e [NO.H2O], 0 (Capítulo 4). Onde, as geometrias otimizadas destes clusters indicam que a interação NO.H2O depende da carga total: (ON.HOH), (NO.HOH) e (ON+.OH2). Sendo que as densidades de spin atômicas e a forma dos orbitais moleculares indicam que a partir de 0 para 0+ ou 0 os processos de oxidação ou redução, respectivamente, ocorrem sobre o NO, ou mais especificamente sobre o átomo de nitrogênio. Logo, os métodos quantum theory of atoms in molecules (QTAIM), electron localization function (ELF) e natural bondbond polarizability (NBBP) permitem quantificar o nível de deslocalização eletrônica entre o NO e o H2O: 0+ > 0 > 0, e mostram um caráter predominantemente iônico para as interações intermoleculares, porém, primariamente covalente para as ligações químicas intramoleculares. Destarte, a analise energética obtida junta aos métodos natural bond orbital (NBO) e localized molecular orbital energy decomposition (LMOEDA) para a interação entre NO e H2O nos complexos 0, 0+, e 0 demostra ser mais favorável em 0 do que 0+, e 0 quanto a influência mútua dos orbitais naturais de ligação, ao passo que o segundo método designa uma energia de interação total mais negativa para 0+ em relação a 0,e 0, devido ao seu componente eletrostático predominante. Para concluir, a análise das superfícies de potenciais eletrostáticos fornece uma explicação direta e clara a respeito da posição relativa dos monômeros. Em seguida, a atração de Coulomb entre a molécula de água e os compostos carregados NO+ e NO é mais favorável frente ao NO. Por conseguinte, considerando compostos capazes de controlar a disponibilidade do NO, foram investigados os seguintes complexos: cis[RuCl(NO)(NH3)4]+, 1, cis[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 2, cis[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 3, trans[RuCl(NO)(NH3)4]+, 4, trans[RuCl(NO)(NH3)4]2+, 5, trans[RuCl(NO)(NH3)4]3+, 6, [Ru(NO)(NH3)5]+, 7, [Ru(NO)(NH3)5]2+, 8, e [Ru(NO)(NH3)5]3+, 9, de modo estudar a natureza da ligação química RuNO sobre a influência da carga total, bem como, da natureza e posição relativa de ligantes simples (Capítulo 5). Desta forma, em primeiro lugar, a partir da analise das cargas obtidas pelos métodos QTAIM e NBO em conjunto com a representação dos orbitais moleculares, temos que a primeira redução química em 3-->2 e 6-->5 ocorre sobre o orbital do átomo de Cl, ao passo que a segunda redução em 2-->1 e 5-->4, bem como, em 9-->8-->7 é sobre o orbital * do NO. Em seguida, os parâmetros geométricos, números de onda vibracionais de estiramento, e a analise da densidade eletrônica pelos métodos QTAIM e NBO mostram que a estabilidade termodinâmica da ligação RuNO nos compostos 16 aumenta na primeira redução, a partir de 3+ para 2+, contudo, diminuem na segunda redução, a partir de 2+ para +. Para os compostos 79, a estabilidade de RuNO diminui com a primeira redução da carga total, mas, aumenta na segunda redução. Sendo que o último processo é explicado pela interação entre o NO, e o Ru ser mais favorável em 7, do que o NO e o metal em 8. Para NO, uma diminuição da ordem de ligação é visualizada com a redução da carga total nas três classes de complexos: 13, 46 e 79. Em 16, a comparação das moléculas 1 e 4 frente a 8, assim como, 2 e 5 em relação a 9 demonstra que a influência negativa do grupo cloreto relativo a contribuição do ligante amina promove uma maior densidade eletrônica e mais favorável interação eletrostática na ligação RuNO. Adicionalmente, os resultados indicam um aumento da estabilidade em RuNO para 13 comparado a 46, devido à interação eletrostática entre Cl, e NO, apesar da densidade eletrônica nesta ligação química ser maior somente em 1 e 3 frente a 4 e 6, respectivamente. A seguir, foi realizado um estudo da influência do Effective Core Potential (ECP) em relação ao tratamento envolvendo todos os elétrons junto aos chamados efeitos relativísticos escalares por meio da aproximação secondorder DouglasKrollHess (DKH2). Isto foi realizado por meio da analise dos parâmetros geométricos dos complexos metálicos: 19 e trans[RuCl(NO)(NH3)4], 10. A partir das geometrias otimizadas com o conjunto de base com ECP, também foram avaliadas as energias das reações químicas de redução (A: 2-->1, B: 3-->2, C: 5-->4, D: 6-->5, E: 8-->7 e F: 9-->8), isomerização (G: 1-->4, H: 2-->5 e I: 3-->6), e influência trans negativa do Cl (J: 7+Cl --> 10+NH3, K: 8+Cl --> 5+NH3 e L: 9+Cl --> 6+NH3) junto aos seguintes métodos computacionais: RIMP2, RISCSMP2, OORIMP2, OORISCSMP2, M06L, M06, M062X, M06HF, BP86D3BJ, BP86, B2PLYP, LCwPBE, e B3LYP. Sendo que o método CCSD(T) foi adotado como referência (Capítulo 6). Para a análise estatística foram utilizados os seguintes parâmetros: desvio negativo mínimo, Dneg(Mín), desvio positivo máximo, Dpos(Máx), desvio absoluto médio, DAM, e raiz quadrada do erro quadrático médio, RQEQM. Além destes parâmetros, foram empregados também valores relativos ao modelo computacional adotado como referência, CCSD(T)/def2TZVP, ou mesmo frente a resultados experimentais. Agora, os parâmetros geométricos obtidos com ECP frente à DKH2 apresentam valores próximos como pode ser destacado pelos valores do desvio absoluto médio relativo, DAMR, de 1,4 e 0,4% para os comprimentos e ângulos de ligação, respectivamente. Em adição, os dados calculados frente aos resultados experimentais de raiosX apresentam pequenos valores de DAMR, próximos a 4% para os comprimentos de ligação, e 3% para os ângulos de ligação, apesar do intervalo de desvios serem de (5%) 9% para r, e (5%) 7% para <. Para as energias das reações químicas propostas, o método B2PLYP apresentou resultados mais próximos ao obtido pelo CCSD(T) para AI, enquanto que o método B3LYP apresentou as energias mais próximas às obtidas com o método de referência para JL. Também foi estudada a natureza das ligações RuNO e RuNO2 no composto fac[Ru(NO)Cl2(3N4,N8,N11(1carboxipropil)cyclam)]Cl H2O ((1carboxipropil)cyclam) = 3(ácido 1,4,8,11tetraazociclotetradecan1il)propiônico), e em seus derivados junto as modificações do pH, por meio do modelo computacional B3LYP/ccpVDZ com pseudopotencial relativístico ECP28MDF para o Ru. Onde a analise da estrutura eletrônica foi realizada através dos métodos density overlap regions indicator (DORI), QTAIM, ELF e NBO (Capítulo 7). O método DORI permitiu se identificar uma região de recobrimento de densidade eletrônica entre o Ru e NO ou NO2 indicando a presença das ligações químicas RuNO e RuNO2. Os métodos QTAIM e ELF mostraram que estas ligações possuem um baixo caráter covalente. A analise da densidade eletrônica mostrou que o numero de elétrons compartilhados entre Ru e o NO aumenta a partir de 11 para 12, com a desprotonação do grupo carboxílico, porém, diminui com o aumento de pH e formação de 13, a partir da desprotonação de N(2), e 14, com a conversão da ligação RuNO para RuNO2. O método NBO também possibilitou determinar a interação entre os orbitais localizados d do Ru com * do NO ou NO2, relacionada ao processo de retrodoação , como mais favorável para a estabilização dos compostos 1114 frente à interação entre os NBOs do NO ou NO2 com d do Ru, pautada ao processo de doação . Sendo que a energia de estabilização de segunda ordem envolvendo os NBOs de simetria aumenta em 11-->12, devido à diminuição da diferença de energia e o aumento do recobrimento entre estes orbitais localizados. Entretanto, foi observada uma tendência contrária para 12-->13-->14, concordando com os resultados prévios. O mecanismo da ligação RuNO foi analisado a partir do complexo trans[RuCl(NO)(NH3)4]2+ (Capítulo 8). A geometria deste composto e a energia de dissociação de ligação (E) para as decomposições: trans[RuCl(NH3)4]+ + NO+, trans[RuCl(NH3)4]2+ + NO, e trans[RuCl(NH3)4]3+ + NO, foram obtidas junto aos modelos computacionais: ZORABP86/TZ2P e BP86/TZ2P, com o objetivo da avaliar a influência da aproximação ZORA no tratamento dos efeitos relativísticos. Os resultados mostraram que ambos os modelos computacionais apresentam uma boa concordância com os parâmetros geométricos obtidos por difração de raiosX que foram encontrados na literatura. Entretanto, os valores de E apresentaram uma diferença mais acentuada, e o modelo ZORABP86/TZ2P foi adotado nas seções seguintes deste estudo. Outro ponto é que a menor E foi obtida para trans[RuCl(NH3)4]+ + NO+, concordando com o ângulo de ligação RuNO próximo a 180º típico de compostos trans[Ru(NO)L(NH3)4]n+ que não apresentam sinais de EPR. Sendo assim, esta decomposição foi utilizada junto à teoria do orbital molecular de KohnSham em combinação com analise de decomposição energética para destacar algumas características do mecanismo da ligação RuNO. Assim sendo, na ligação RuNO sobre a influência trans negativa do Cl, estudada por meio da interação entre trans[RuCl(NH3)4]+ e NO+, temos uma energia de interação favorável porque, nesta estrutura, o termo de interação orbital contrabalança a repulsão eletrostática e a repulsão de Pauli. Por outro lado, a ligação RuNO na ausência do grupo Cl foi estudada através da interação entre trans[Ru(NH3)4]2+ e NO+, demostrando ser repulsiva devido a predominância da repulsão eletrostática frente a contribuição atrativa da interação orbital . Agora, a ligação RuCl na ausência de NO+, analisada a partir da interação entre trans[Ru(NH3)4]2+ e Cl, é atrativa devido ao considerável valor do termo eletrostático favorável. Ainda, o estudo do sinergismo entre os processos de doação e retrodoação presentes em RuNO mostrou que este é responsável por aumentar a estabilidade desta ligação. Porém, a retrodoação demonstrou não ser somente a mais importante, mas, também fundamental para a manutenção desta ligação química

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No propósito de caracterizar este conhecimento e promover seu desenvolvimento, o presente trabalho indaga sobre a identificação e desenvolvimento do PCK do professor de Química em relação ao tema Ligação química. Assumiu-se como princípio fundamental do desenvolvimento do PCK, o processo reflexivo em coletivos docentes, em relação à modelagem como estratégia didática no Ensino de Ciências, acompanhado do trabalho colaborativo na construção de uma unidade didática sob este mesmo enfoque. Metodologicamente esta pesquisa foi abordada segundo a perspectiva do estudo de caso, no qual foram selecionados dois estudos de caso, correspondentes a duas professoras participantes do processo formativo que representam casos de interesse particular, ao considerar aspectos como as diferenças em suas formações profissionais e suas experiências como professoras de Química. Na identificação do PCK das professoras foram utilizados dois instrumentos de reconhecida importância, a CoRe e os PaP-erS, cuja construção possibilitou a reflexão das professoras sobre seus conhecimentos. O processo formativo foi caracterizado pela discussão e a reflexão sobre diferentes temáticas relacionadas ao uso dos modelos e da modelagem no Ensino de Ciências, encaminhadas a mobilizar cada um dos componentes do PCK (MAGNUSSOM et al.,1999). No final do processo, utilizou-se novamente como instrumento de análise o desenvolvimento de uma CoRe e a análise da unidade didática construída pelo grupo colaborativo de professores. Estes dois instrumentos, ao serem contrastados com a informação obtida no começo do processo e as narrativas emergidas no desenvolvimento do mesmo, permitiram reconhecer o desenvolvimento do PCK. Assumiu-se como método de análise de dados a Análise Textual Discursiva (MORAES, 2003), método de particular interesse, considerando a natureza holística do PCK do professor, no qual se envolvem diferentes dimensões de seu conhecimento profissional. Através deste processo de análise foram reveladas características importantes em relação a cada um dos componentes do PCK e seu desenvolvimento. Do presente estudo derivam-se conclusões relacionadas com o valor dos processos de reflexão docente e a construção coletiva de conhecimento no desenvolvimento do PCK do professor; o valor da formação em processos de modelagem, no desenvolvimento de conhecimentos associados aos diferentes componentes do PCK; as relações encontradas no desenvolvimento de alguns componentes, com outros conhecimentos bases do ensino; as dificuldades conceituais dos professores no ensino da Ligação química e sua relação com os componentes do PCK e o caráter particular do PCK e seu desenvolvimento, sujeito a diferentes aspectos relacionados com o desenvolvimento professional do professor. / In this research, the Pedagogical Content Knowledge (PCK) is identified as the knowledge produced by the transformation of the teaching basic knowledge which can be related to the teacher’s professional development. Aiming to characterize this knowledge and to promote its development, this investigation inquiries into the identification and development of the Chemistry teacher’s PCK in relation with the topic “chemical bonding”. It was assumed as a fundamental principle of the development of the PCK, the reflective process in teaching groups, in relation to modeling as didactic strategy in Science Teaching followed by the collaborative work in the design of a didactic unit under the same approach. Methodologically, this investigation was approached from the perspective of case study in which two case studies were selected corresponding to two teachers who participated in the formative processes that represent cases of particular interest, when considering aspects such as differences in their professional development and their experience as Chemistry teachers. In the identification of the PCK of the teachers, two instruments of recognized importance were used, CoRe and the PaP-erS, whose elaboration made possible the reflection of the teachers on their knowledges. This formative process was characterized by the debate and reflection over different topics related with the use of models and the modeling in Science Teaching with the purpose of mobilizing each of the PCK components. (MAGNUSSOM et al., 1999). At the end of the process the CoRe was used again as analytical instrument of the development and the didactical unit analysis built by the collaborative group of teachers. These two tools, by being compared with the information obtained at the beginning of the process and the narratives that emerged during the development of the investigation, allowed the acknowledgment of the development of the PCK. As a method of data analysis the “discursive textual analysis” was used (MORAES, 2003) which is a method that has a particular interest considering the holistic nature of the teacher’s PCK, in which different dimensions of their professional knowledge are involved. Through the analysis, researchers could recognize important characteristics regarding each one of the PCK components and their development. From this study, investigators could reach conclusions related to the value of the reflexive process of the teachers and the collective construction of the knowledge in the development of the PCK, with the basic knowledge’s for teaching, the teachers’ The conceptual difficulties of teachers in the teaching of Chemical Bonding and its relation to the components of the PCK and the particular character of the PCK and its development, subject to different aspects related to the professional development of the teachers.