Estudo de clusters metálicos de alumínio-sódio, alumíniopotássio, alumínio-lítio e sódio-lítio pelas abordagens de algoritmos genéticos, cálculos quânticos e análise topológica

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Santos, Acassio Rocha
• Orientador(a): Firme, Caio Lima
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Algoritmo genético; Potencial gupta; Clusters; QTAIM
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23542

O estudo teórico de clusters metálicos tem despertado um interesse considerável, devido à possibilidade de criar novas ligas de materiais em nanoescala, as chamadas "nanoligas". Pesquisas sobre nanoligas desempenham papel significativo na Ciência de Materiais, pois, entre seus objetivos mais importantes, estão o de prever a estabilidade das estruturas, seus modos de crescimento, bem como o de auxiliar a interpretação de medidas espectroscópicas e outras medições experimentais. Nesse contexto, um grande número de métodos foi relatado nos últimos anos para a otimização do mínimo global de grupos atômicos e moleculares, sendo um dos mais utilizados atualmente o do Algoritmo Genético (doravante, GA), o qual baseia-se em princípios relacionados a processos evolutivos, em operadores inspirados na Teoria da Evolução e na Genética, isto é, na recombinação, mutação e seleção natural. Particularmente, o GA com a implementação do potencial Gupta tem se mostrado eficiente na busca de soluções “ótimas” em problemas de otimização de clusters metálicos. Esta dissertação é composta por capítulos de introdução, de metodologia, de abordagem teórica (Cap. 1, 2 e 3); e também por capítulos que contêm artigos sobre o tema proposto (Cap. 4, 5 e 6). No primeiro artigo (Cap. 4), analisaram-se clusters bimetálicos AlxNay (x+y≤55) por meio da aplicação do GA com a implementação do potencial Gupta. Com base também na aplicação do GA, no segundo capítulo (Cap. 5) foram estudados clusters de AlxLiy e AlxKy (x+y ≤ 55). Em ambos os trabalhos, para elevar a eficiência do GA, introduziu-se mais dois operadores: o Aniquilador e o História. Ao serem comparadas as estruturas obtidas por meio do GA com potencial Gupta para clusters de alumínio puro, lítio puro e alumínio-lítio com resultados recentes da literatura, verificou-se que para os sistemas Al2, Al3, Al6, Al8, Al9, Li5, Li6, Li7, Al1Li5, Al1Li7 e Al1Li8 as geometrias obtidas foram muito semelhantes àquelas resultantes de cálculos de funcional de densidade e ab initio[como CCSD(T)]. No terceiro artigo (Cap. 6), analisou-se um novo algoritmo genético quântico (Q-GA) para pequenos sistemas de clusters NaxLiy com (x+y ≤ 10). Constatou-se que o Q-GA apresenta maior eficiência na busca do mínimo global em relação ao GA com o potencial Gupta. Isso porque o primeiro utiliza método quântico, enquanto o segundo usa um método clássico. Por ser mais preciso, o Q-GA possui uma abrangência menor. Neste artigo, além de cálculos ab inito, também foram realizados cálculos topológicos a partir da Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM) para as estruturas Na1Li5, Na2Li4, Na3Li3, Na4Li2 e Na5Li1, obtidas pelo Q-GA. Nessas estruturas, chama a atenção o fato de não haver caminho de ligação envolvendo diretamente os metais, sendo unidos por pseudoátomos, com exceção do Na5Li1. Algumas interações atômicas não foram indicadas pelo caminho de ligação e sua análise foi feita pelo índice de deslocalização (DI). No sistema Na1Li5, os pares atômicos Na1-Li2 e Na1-Li6 têm as interações mais fortes (e equivalentes à do sistema NaLi) de todos os pares Na-Li de todos clusters NaxLiy(x+y=6); ao mesmo tempo, os outros pares Na-Li têm interações dez vezes mais fracas do que aquelas do sistema NaLi. As interações Na-Na dos clusters Na4Li2 e Na5Li1 são as mais fortes quando comparadas com sistemas puros. Por fim, verificou-se que a fórmula do grau de degenerescência do índice de aromaticidade D3BIA e a carga atômica indicaram que os átomos de lítio mais próximo ao átomo de sódio transferem carga para esse último.