Problemas conceituais em química associados às grandezas equivalentes e independentes

• Ano de defesa: 2009
• Autor(a) principal: Serbim Uchôa Neto, Lódino
• Orientador(a): Luiz Longo, Ricardo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Ensino de Química; Experimentos Computacionais; Espectros Moleculares; Ligações e Interações; Ligação Química
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/8153

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