Tutorial Avogadro e Gaussian

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUIMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I
TURMA: 2015.1
Graduandas: Íngrede F. Silva, Naiara Patez e Regina Morais
Professor: Tancredo Fontineles
Entrega: 08/04/2015
Tutorial – Química Teórica com Avogadro e Gaussian
Introdução
O computador está inserido na sociedade como aparelho essencial para o desenvolvimento de algumas atividades produtivas, participando também do lazer e cada vez mais sendo incluído na educação. Esta inclusão parte do principio da necessidade da promoção na escola do desenvolvimento de competências e habilidades do cidadão, além de contribuir para a formação de pessoas com senso crítico apurado. Há também a necessidade crescente imposta pelo mercado de trabalho em oferecer oportunidade para pessoas com habilidade para o uso de novas tecnologias, tais como o computador. Deste modo, a escola e seus profissionais devem adequar-se a nova realidade. 
Mesmo havendo muita relutância dos professores em levar um software educacional para ensinar os conteúdos de química, a informática é uma grande ferramenta de ensino-aprendizagem e deve ser incentivada. Danilo Santos, Edson Wartha e Juvenal Filho (2010), afirmam que:
A utilização da informática no ensino de química pode ser em sala de aula, norteada pelo professor e com todos os alunos ou individualmente, onde o aluno poderá acessar sites ou programas que o auxiliem no aprendizado. Esta segunda maneira é relatada por Nepomuceno e Castro (2008), quando fizeram um trabalho investigativo com três projetos distintos que tinham como finalidade a modernização da escola. Com a análise dos dados pesquisados por eles, notou-se que com a utilização do computador como auxiliar no aprendizado, principalmente em casa, ocasionou um aumento do aprendizado de certos conteúdos pelos alunos, além de ter sido um fator motivador para a aprendizagem.
Os programas Avogadro e Gaussian são duas ferramentas interessantes que podem ser utilizadas no ensino de química. O programa Gaussian é utilizado para a realização de cálculos quânticos e o programa Avogrado é utilizado na construção de moléculas e visualização de resultados. Sobre o Avogadro, Fabiano Duarte, Luciene Lima e Anderson do Nascimento (2009), comentam que "este Software pode realizar simulações com a criação de moléculas em três dimensões, e quando o usuário é conhecedor de programação poderá realizar animações com auxílio do software Gaussian".
Objetivos:
Aprender a usar programas de química teórica (modelagem molecular);
Construir moléculas e calcular propriedades usando métodos de mecânica molecular e química quântica;
Construir um diagrama de orbitais moleculares (MO) para moléculas heteronucleares;
3- Procedimentos Experimentais:
3.1- Materiais:
Programa Avogadro;
Programa Gaussian;
3.2- Procedimentos Realizados:
Utilizando o programa Avogadro, foi feito o desenho da molécula H2O (Figura 1) para visualizar os ângulos de ligação e as distâncias. A molécula foi otimizada usando a função método de campo de força ghemical no programa. As distâncias e os ângulos de ligação foram novamente visualizados e anotados para serem comparados com os dados anteriores. Foram observadas algumas propriedades da molécula tais como dipolos, massa, cargas parciais e número de ligações. 
Figura 1. Visualizando as distâncias de ligações da água.
A geometria foi otimizada usando o método Gaff até a energia diminuir a oscilação. A energia total da molécula foi calculada e o arquivo foi salvo como ‘agua.mol’. Após abrir no Gaussview 5.0 a geometria da água no programa Gaussian, o cálculo quântico na molécula foi feito.
Após submeter o cálculo no Gaussian, o arquivo de saída .out foi aberto no Gaussview. Os ângulos, distância, a energia e outras caracteristicas na molécula foram observadas. Um outro arquivo de input foi criado com a mesma molécula, dessa vez no Gaussview. Para calcular os orbitais moleculares da molécula foi necessário abrir a estrutura otimizada do Gaussian diretamente. Digitou-se na a seção 'Route Section' o comando '#n RHF/6-31G(d) Pop=Reg Formcheck'. O cálculo com o Gaussian usando o arquivo de saída ‘agua_MO.out’ foi executado. Os resultados foram observados e anotados.
4- Resultados e conclusão:
A distância de ligação visualizada no Avogadro foi de 0,970 Å com ângulo de 109.5º. Após a otimização usando o método de campo de força Ghemical, a distância de ligação obtida foi de 0,950 Å e o ângulo de 104º. é sabido que pela Teoria de Repulsão dos Pares Eletrônicos da camada de valência, o ângulo da molécula de água é menor que 109º, o que indica que o método Ghemical representa melhor a realidade. A Tabela 1 lista as propriedades da molécula visualizadas no programa.
Tabela 1. Propriedades da molécula da água.
	Massa Molecular
	18,015
	Fórmula
	H2O
	Energia Total da Molécula
	1,17022 KJ/mol
	Momento Dipolo
	0,225
	Número de Átomos
	3
	Número de Ligações
	2
A tabela 2 abaixo listam os dados encontrados após o procedimento realizado no Gaussian:
Tabela 2. Propriedades da moléculas após cálculo no Gaussian.
	Basis Set
	6-31 G(d)
	Spin
	Doublet
	Charge
	0
	E(RB + HF – LYP)
	-76,40895322 a.u
	RMS Gradiente Norm
	0,0009781 a.u
	Dipole Moment
	2,0960 debye
	Point Group
	Cs
Após efetuar o cálculo no programa Gaussian, a distância de ligação encontrada foi de 0,969 Å, um pouco maior que a distância encontrada no Avogadro após a otimização. O ângulo obtido foi de 103,6º, um pouco menor que o ângulo obtido anteriormente. A figura abaixo demonstra as energias obtidas no cálculo dos orbitais moleculares:
Figura 2. Esquema elaborado para demonstrar a energia dos orbitais moleculares da água obtidas no Gaussian.
Referências:
SANTOS, D, O; WARTHA, E, J; FILHO, J, C, S. Softwares educativos livres para o Ensino de Química: Análise e Categorização. 2010. XV ENEQ. Disponível em < http://www.xveneq2010.unb.br/resumos/R0981-1.pdf > Acesso em 04 de abril de 2015.
DUARTE, F, P; LIMA, L, M, N; do NASCIMENTO, A, B. Simulações e Animações no Ensino de Química: O Uso do Software Avogadro 0.8. 2009. ANNEQ. Disponível em < http://www.annq.org/congresso2009/trabalhos/pdf/T89.pdf > Acesso em 05 de abril de 2015.