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Title in Portuguese: Caracterização de ligações químicas via Teoria do Funcional da Densidade: uma proposta para auxiliar o ensino
Author: Moreira, Thiago Amorim
Advisor(s): Sousa, Jeanlex Soares de
Keywords: Teoria do Funcional da Densidade (DFT)
Densidade eletrônica
Simulação computacional
Ligação química
Física - Estudo e ensino
Issue Date: 2016
Citation: MOREIRA, T. A. Caracterização de ligações químicas via Teoria do Funcional da Densidade: uma proposta para auxiliar o ensino. 2016. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
Abstract in Portuguese: Com o avanço dos computadores, na década de 60, surgiram novas teorias científicas que causaram uma verdadeira revolução no modo de resolver problemas microscópicos em sistemas complexos, tornando possível a investigação, cada vez mais precisa, de propriedades quânticas intrínsecas dos materiais. A Teoria do Funcional da Densidade, cuja sigla, em inglês, é DFT (Density Functional Theory), veio para facilitar o estudo de estruturas eletrônicas de nanomateriais, utilizando os funcionais de densidades eletrônicas como parâmetro para se obter os observáveis de um sistema quântico. Este trabalho tem como objetivo principal utilizar cálculos de DFT para simular superfícies tridimensionais de densidades eletrônicas em compostos binários, caracterizando, assim, os diferentes tipos de ligações químicas, tornando seu estudo mais interessante, facilitando o seu ensinoaprendizagem e possibilitando que os alunos compreendam as características macroscópicas da matéria. Inicialmente, apresentaremos as teorias ensinadas atualmente em sala de aula para explicar cada tipo de ligação química. Em seguida, haverá uma resumida abordagem dos conceitos relevantes da Teoria do Funcional da Densidade, sua história, o que trouxe de benefícios, o que precisa ser melhorado e perspectivas. Com isso, faremos algumas simulações computacionais utilizando o pacote de software Gaussian® 09 na realização dos cálculos de DFT, e, como interface gráfica, o programa Avogadro, onde acontecerá a modelagem das moléculas e das superfícies eletrônicas. Além dos cálculos de probabilidade eletrônica, iremos mensurar outras variáveis como os comprimentos das ligações e a análise das cargas parciais de Mülliken de cada átomo, de modo que possamos fazer analogias com as propriedades já conhecidas do material em estudo. Finalmente, discutiremos como aplicá-los em sala de aula, tanto no ensino médio como no superior, baseando-se nos PCN’s (Parâmetros Curriculares Nacionais) e na LDB (Lei de Diretrizes e Bases), propondo um modelo inovador de aula como ferramenta auxiliar no ensino, onde os alunos possam aprender a diferenciar as ligações químicas com mais facilidade, visualizando as regiões eletrônicas dos compostos.
Abstract: With the computers advancement, in the sixties, new scientific theories have appeared that caused a true revolution in order to solve microscopic problems in complex systems, making it possible the research, increasingly, of material intrinsic quantum properties. The Density Functional Theory, whose acronym, in english, is DFT ( Density Functional Theory), came to facilitate the study of nanomaterials electronics structures, using the functional of electronics densities as parameter for getting the observable of a quantum systems. This work it’s main aim use DFT’s calculations for simulating three-dimensional surfaces of electronics densities in binary compounds, characterizing therefore the different types of chemical bonding, making your study more attractive, facilitating your teaching-learning and allowing that students have understood the macroscopic characteristics of the material. Initially, we will bring forward the theories taught currently in the classroom to explain each type of chemical bonding. Then, there will be a resumed approach of relevant concepts of the Density Functional Theory, your history, which has benefited, what needs to be improved and perspectives. With that, we will do a few computer simulations using the software package Gaussian 09 for making DFT’s calculations and, as graphic interface, the Avogrado program, where will happen the modeling molecules and of the electronics surfaces. Addition to probability electronic calculations, we will to measure other variables as the connections lengths and the analysis of the partial loads of Mülliken of every atom, so that we can do analogies with the properties already known of the test material. Finally, we will discuss how to apply them in classroom, in secondary school as well as in higher education, by basing itself upon on the PCN’s (National Curricular Parameters) and in the LDB ( Law of Directives and Bases), proposing a innovative model of class as an auxiliary tool in the teaching, where the students might learn differentiate the chemical bonding more easily, visualizing the electronics areas of the compounds.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/31421
Appears in Collections:FÍSICA - LICENCIATURA - Monografias

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