Cette thèse traite de l'application des approches topologiques de la liaison chimique à des systèmes contenant des éléments lourds sujets aux effets relativistes, notamment ceux dépendant du spin. Elle présente deux volets principaux : (i) l'évaluation des effets du couplage spin-orbite (SO) sur la structure électronique à l'aide d'une analyse combinée des propriétés de la fonction ELF et de l'approche QTAIM en deux composantes et (ii) la rationalisation des distorsions structurales pour des molécules impliquant des éléments lourds et le rôle du couplage SO dans ces distorsions. Nous avons pu mettre en évidence différentes situations pour lesquelles le couplage SO peut avoir une influence très importante, modérée ou négligeable. Un résultat important de ce travail démontre la dépendance du couplage SO à son environnement chimique. Pour le second volet, nous avons élaboré une approche qui a consisté à établir une corrélation entre les interactions électrostatiques locales entre régions liantes et non liantes (bassins ELF et QTAIM) et la géométrie moléculaire du système dans l'esprit des modèles VSEPR et du Ligand Close Packing (LCP). Cette approche a notamment mis en évidence la connexion entre la structure moléculaire et les répulsions des paires non-liantes de l'atome central avec leur environnement. / This thesis deals with the aplication of topological approaches of the chemical bonding by means of analysing properties of density-based functions like Electron Localization Function (ELF) and the Quantum Theory of Atoms in Molecumes (QTAIM) to systems involving heavy elements such as 6p elements or actinides . It is divided into two main parts: (i) the evaluation of the spin-orbit coupling (SOC) effects on the electronic structure by means of combination of the QTAIM and ELF topological analyses in the field of quasirelativistic quantum calculations, and (ii) the rationalization of structural distorsions on molecules containing heavy atoms, and the role of the SOC on these distorsions. We were able to emphasize different situations for which SOC has strong, moderate or tiny influence on the chemical bonding, depending on the chemical environnement on which the heavy element is involved. In the second part of this thesis we tested our approach consisting of ELF/QTAIM interbasin repulsion energy analysis in connection with the molecular geometry of the system, in the spirit of the VSEPR and LCP models.

Submitted by Maria Bernadete Dos Santos (mariabpds@id.uff.br) on 2017-09-22T13:48:58Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Júlia Bouzon.pdf: 1678915 bytes, checksum: 16d4cd27fa8d6d7bde066b78795adebc (MD5) Blog.pdf: 86753 bytes, checksum: bcebf4c9cb7f91d4ac040492e3927394 (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca Central do Valonguinho Biblioteca Central do Valonguinho (bcv@ndc.uff.br) on 2017-10-04T21:44:00Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Júlia Bouzon.pdf: 1678915 bytes, checksum: 16d4cd27fa8d6d7bde066b78795adebc (MD5) Blog.pdf: 86753 bytes, checksum: bcebf4c9cb7f91d4ac040492e3927394 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-04T21:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação Júlia Bouzon.pdf: 1678915 bytes, checksum: 16d4cd27fa8d6d7bde066b78795adebc (MD5) Blog.pdf: 86753 bytes, checksum: bcebf4c9cb7f91d4ac040492e3927394 (MD5) / Com uma proposta de atuação na melhoria do processo de Ensino-Aprendizagem de Química, neste trabalho é descrito o uso de metodologias didáticas alternativas para o ensino dos conteúdos curriculares de Geometria Molecular e de Soluções. O primeiro tópico foi abordado com o uso de balões de aniversário como modelos materiais, enquanto para o segundo utilizou-se substâncias comuns no dia a dia dos alunos na busca de um ensino mais contextualizado. A avaliação da aplicação destas metodologias didáticas foi realizada comparativamente (turmas onde as metodologias foram aplicadas versus turmas que não tiveram acesso as mesmas) por meio de questionários sobre a metodologia em si e exercícios sobre os conteúdos disciplinares. Os resultados alcançados foram positivos demonstrando o favorecimento do processo de ensino-aprendizagem, com maior participação dos alunos tanto na discussão quanto na construção do próprio conhecimento. Considerando os resultados observados e a necessidade de trocas entre os docentes de experiências inovadoras utilizadas para a melhoria do Ensino de Química, este trabalho também relata a construção de um blog que objetiva a discussão de metodologias didáticas e a troca de conhecimentos e experiências entre professores de Química. / Based on a proposal to improve the Chemistry teaching-learning process, this work describes the use of alternative methods for teaching the curricular content of Molecular Geometry and Solutions. The first topic was approached using birthday balloons as material models, while for the second we used common substances in students’ everyday lives to provide a more contextualized learning. The evaluation of the implementation of these teaching methodologies was carried out comparatively (classes where the methodologies were applied versus classes that did not have access to these) through questionnaires on the methodology itself and exercises on the subject content. The results were positive, having demonstrated that the teaching-learning process was favored, from the increased participation of students, both in discussion and in the construction of knowledge itself. Considering the observed results and the need for exchanges among teachers who did innovative experiments to improve their teaching of Chemistry, this paper also describes the creation of a blog that aims to discuss teaching methods and promote the exchange of knowledge and experience among Chemistry teachers.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The understanding of molecular geometry at the level of High School has been hampered by the lack of theoretical and methodological investment that leads to the conscious application of the chosen didactic resources. The aim of this work was to investigate the effects of pedagogical resources, as physical and virtual molecular models, in the learning and development of visuospatial abilities associated to the notions of molecular geometry. The experimental research was conducted under the methodological pillars of Michèle Artigue's Classical Didactic Engineering (1989), which resulted in the conception, realization, observation and evaluation of a didactic sequence based on Cognitive Neuroscience, more specifically, in educational processes that suggest the efficient acquisition, consolidation and evocation of the Long-term Memory (LTM). In the neurosciences, theoretical support was sought from authors such as Kandel (2014), Gazzaniga et al. (2006) Izquierdo (2011) to study some characteristics of memory and external influences for its consolidation. In the educational field, the work of Cosenza and Guerra (2011) on emotion, attention and memory factors in school learning, as well as pedagogical principles based on scientific evidences from the fields of psychology, education and neuroscience presented by the Science of Learning Research Centre (Australia). Nine high school students who had already studied molecular geometry were submitted to a set of three activities over a period of one month and qualitatively assessed as to the memory traces related to the learning before and after the didactic intervention. The instruments for the data collection consisted of field diary and tests. The results showed that the multisensorial resources provided better engagement and contributed to the consolidation and evocation of episodic memories associated to the learning of chemical concepts within a meaningful context. The manipulation of physical molecular models contributed to the evaluation of students' errors, while the virtual models contributed to the perception and correction of errors. / A compreensão da geometria molecular, no nível do Ensino Médio, tem sido dificultada devido à falta de investimento teórico e metodológico que leve à aplicação consciente dos recursos didáticos escolhidos. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os efeitos de recursos pedagógicos, como modelos moleculares físicos alternativos e virtuais (Realidade Aumentada), na aprendizagem e desenvolvimento de habilidades visuoespaciais associadas às noções de Geometria Molecular. Conduziu-se a investigação do tipo experimental sob os pilares metodológicos da Engenharia Didática Clássica de Michèle Artigue (1998), que resultou na concepção, realização, avaliação e validação de uma Sequência Didática fundamentada na Neurociência Cognitiva, mais especificamente, nos processos educativos que sugerem melhor aquisição, consolidação e evocação da Memória de Longo Prazo (MLP). No âmbito das neurociências, buscou-se respaldo teórico em autores como Kandel (2014), Gazzaniga et al. (2006) e Izquierdo (2011) para estudar algumas características da memória e influências externas para a sua consolidação. No campo educacional, inspirou-se no trabalho de Cosenza e Guerra (2011) acerca dos fatores “emoção”, “atenção” e “memória” na aprendizagem escolar, bem como em princípios educativos baseados em evidências científicas dos campos da psicologia cognitiva, educação e neurociência cognitiva apresentados pelo Science of Learning Research Centre (Austrália). Nove alunos do Ensino Médio que já haviam estudado Geometria Molecular participaram de um conjunto de três atividades ao longo de um mês e foram avaliados qualitativamente quanto aos traços de memória relativos à aprendizagem anterior e posterior à intervenção didática. Os instrumentos para a coleta dos dados consistiram de diário de campo e testes. Os resultados mostraram que os recursos multissensoriais proporcionaram melhor engajamento e facilitaram o processo de consolidação e evocação de memórias episódicas associadas à aprendizagem de conceitos químicos dentro de um contexto significativo. A manipulação de modelos moleculares físicos contribuiu para a avaliação dos erros dos alunos, enquanto os modelos virtuais contribuíram para a percepção e correção dos erros. / São Cristóvão, SE