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Título: Estudo da absorção eletrônica do complexo de európio u(bzac)3.2H2O pelo método TDDFT com uso da aproximação da carga pontual para o íon Eu(III).
Autor: Silva Neto, Nelson Cardoso da
Endereco Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/5491959849189946
Orientador: Batista, Hélcio José
Endereco Lattes do orientador : http://lattes.cnpq.br/1234630357325796
Palavras-chave: Físico-química;Modelagem molecular;Metais de terras-raras;Compostos de coordenação
Data do documento: 8-Jun-2022
Citação: SILVA NETO, Nelson Cardoso da. Estudo da absorção eletrônica do complexo de európio u(bzac)3.2H2O pelo método TDDFT com uso da aproximação da carga pontual para o íon Eu(III). 2022. 42 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Química) - Departamento de Química, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, 2022.
Abstract: In this work, using quantum chemistry methods based on density functional theory (DFT), spectroscopic properties such as electronic absorption in the ultraviolet region of coordination compounds with Ln(III) lanthanide ions were studied; in particular, tris-betadiketonates compounds with Eu(III) ion with two water molecules completing the coordination sphere with the general formula Eu(bzac)3.2H2O (bzac=bezoylacetone), resulting in a coordination number equal to eight . Molecular structures were optimized using the MOPAC 2016 program with the Sparkle/AM1 method. The approximation used in the Sparkle model simulates the lanthanide ion by a point charge, considered adequate due to the essentially ionic behavior of the ion-ligand bond, resulting from the shielding of the 4f valence orbitals by the filled 5s and 5p shells. The optimized structures were submitted to the TDDFT (Time Dependent DFT) method implemented in Orca 4.2.1, with the B3LYP/6-31G(d) protocol, to obtain the excited states, located in the ligands, of singlet and triplet spin multiplicities. In these calculations, the Eu(III) ion was replaced by a point charge which, based on Batista and Longo's (2002) model, was varied between +3.0 and 3.5e. Using the excited states wave functions and the transition oscillator strengths, the absorption spectra were simulated by means of a Lorentzian shape, for comparison with available experimental data. To obtain the spectral curves, the Avogadro program was used. The TDDFT calculation was carried out at two levels: complete TDDFT and TDDFT-TDA (Tamm-Dancoff approximation), with 100 roots, a suitable value for the studied spectral region and with a moderate computational cost. The bands of interest in the luminescence of the complexes are those of lower energy (low lying states), and for those the full TDDFT method provided better results than the TDA method, when compared to the experimental data. Regarding the use of the point charge approximation, the value of +3.0e provided the best prediction than larger values, contrary to what was proposed by Batista and Longo with the use of semi-empirical methods instead of DFT, indicating that this the latter method does not show the same behavior as the INDO/S approximation upon increasing the point charge value, suggesting additional studies on the nature of the excited states described by DFT methods for such compounds. All the conclusions about the results obtained by the full and TDA-TDDFT methods and the trend of band displacements according to the variation of the point charge, referring to the model compound Eu(bzac)3.2H2O are in line with calculations carried out for compounds similar to this one, with betadiketone ligand btfa (benzoylacetone) in place of bzac and with the ligand bipy (bipyridine) replacing the two water molecules in the coordination sphere.
Resumo: Neste trabalho, foram estudadas propriedades espectroscópicas como absorção eletrônica na região do ultravioleta de compostos de coordenação com íons lantanídeos Ln(III), utilizando métodos de química quântica baseados na teoria do funcional da densidade (DFT); em particular, compostos tris-betadicetonatos com o íon Eu(III) com duas moléculas de água completando a esfera de coordenação com a fórmula geral Eu(bzac)3.2H2O (bzac=bezoilacetona), resultando em um número de coordenação igual a oito. As estruturas moleculares foram otimizadas pelo programa MOPAC 2016 com o método Sparkle/AM1. A aproximação utilizada no modelo Sparkle simula o íon lantanídeo por uma carga pontual, considerada adequada devido ao comportamento essencialmente iônico da ligação íon-ligante, resultante da blindagem dos orbitais de valência 4f pelas camadas cheias 5s e 5p. As estruturas foram submetidas ao método TDDFT (Time Dependent DFT) implementado no programa Orca 4.2.1, com o protocolo B3LYP/6-31G(d), para a obtenção dos estados excitados, localizados nos ligantes, de multiplicidade de spin singleto e tripleto. Nestes cálculos, o íon Eu(III) foi substituído por uma carga pontual a qual, baseando-se no modelo de Batista e Longo (2002), foi variada entre +3,0 e 3,5e. A partir das funções de onda dos estados excitados e forças de oscilador das transições, foram simulados espectros de absorção ajustados por perfil lorentziano, para a comparação com os dados experimentais disponíveis. Para a obtenção dos perfis espectrais foi utilizado o programa Avogadro. O cálculo TDDFT foi feito em dois níveis: full TDDFT e TDDFT-TDA (aproximação de Tamm-Dancoff), com 100 raízes, valor adequado à região espectral estudada e com um custo computacional moderado. As bandas de interesse na luminescência dos complexos são as de menor energia (low lying states) e para as mesmas o método full TDDFT forneceu melhor resultado em relação ao método TDA, quando comparadas aos dados experimentais. Quanto à aproximação da carga pontual, o valor de +3,0e, forneceu a melhor previsão do que valores maiores, ao contrário do que prevê o modelo de Batista e Longo com uso de métodos semiempíricos no lugar do DFT, indicando que esta metodologia não apresenta o mesmo comportamento que a aproximação INDO/S frente o aumento do valor da carga pontual, sugerindo estudos futuros mais aprofundados da natureza dos estados excitados descritos pelos métodos DFT para tais compostos. Todas as conclusões acerca dos resultados obtidos pelos métodos TDDFT full e TDA e a tendência dos deslocamentos das bandas conforme a variação da carga pontual, referentes ao composto modelo Eu(bzac)3.2H2O estão em linha com cálculos realizados para compostos análogos a este, com ligante betadicetona btfa (benzoilacetona) no lugar do bzac e com o ligante bipy (bipiridina) em substituição às duas moléculas de água na esfera de coordenação.
URI: https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/5202
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