Teoria do orbital molecular para o estudo do potencial induzido por geometria em modelos moleculares

Abstract

Este trabalho investigou o confinamento eletrônico em sistemas moleculares planares e unidimensionais de carbono, considerando diferentes topologias e geometrias, com ênfase na comparação com efeitos previstos pelo Potencial Induzido por Geometria (GIP, do inglês Geometry Induced Potential). Para isso, os autores desenvolveram um modelo inédito, denominado PIGA (do inglês, Particle in Ghost Atom), baseado em átomos fantasmas, definidos como pseudoátomos que contêm apenas funções de onda, formando cadeias pseudomoleculares capazes de acomodar um número variável de elétrons. Sistemas como intervalos de reta e circunferências, com e sem curvaturas, foram analisados utilizando a teoria do orbital molecular (MOT, do inglês Molecular Orbital Theory) e comparados com o modelo da partícula na caixa (PIB, do inglês Particle in Box). Os cálculos em nível Hartree-Fock (HF) com a base LanL1MB revelaram que, para um elétron em um intervalo de reta, a distribuição de carga segue o padrão gaussiano previsto pelo PIB. Em geometrias curvas, observou-se maior concentração de densidade eletrônica nessas regiões, consistente com o comportamento previsto pelo PIB quando consideramos um potencial geométrico atrativo, efeito que emerge naturalmente nos cálculos, mesmo sem a inclusão explícita do GIP. Para comparação com sistemas reais, estudaram-se poliínos em topologias aberta e fechada, utilizando Teoria do Funcional de Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory) com a base 6-31G. A análise da superfície de potencial eletrostático (ESP, do inglês Electrostatic Potential) mostrou que, na forma aniônica, esses sistemas podem confinar elétrons nas regiões centrais, independentemente da presença de átomos eletronegativos nas extremidades. A concentração de carga no centro da cadeia mostrou-se influenciada pelo volume do ligante: o grupo triisopropilsilil (TIPS) cria uma barreira potencial que localiza a densidade eletrônica no meio da molécula, enquanto o ligante ciano, menos volumoso, resulta em uma região central positiva. Esses resultados indicam que a composição dos ligantes pode modular o confinamento eletrônico. Poliínos cíclicos, por sua vez, apresentaram distribuição eletrônica mais delocalizada, sugerindo elétrons menos confinados.