computaçao quimica

computaçao quimica

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Universidade Federal da Paraíba

Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química

Profa Cl Glaucio

Universidade Federal da Paraíba

Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química laudia de Figueiredo Brag o JJeeffffeerrssonn de AArraaúújjo GGommee ((Diagramação))

Universidade Federal da Paraíba

Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química ga es

Apresentação

moldando, sendo construído, isso não veio de repente

A cada ano cresce o número de técnicas e áreas que utilizam a computação no desenvolvimento de seus trabalhos. É difícil imaginar a vida acadêmica e profissional sem o auxilio da informática. A química tem a sua disposição vários softwares utilitários específicos. Como apresentar estes programas, de uma forma tal, que desperte o interesse do estudante para o uso dessas ferramentas ao longo do curso e na sua vida profissional? Diante de um novo desafio surge um movimento interior, que vai se

Inquietação: Para começar, o projeto político pedagógico dos cursos de química (bacharelado e licenciatura) foi reformulado e implantado em 2008. A disciplina original intitulava-se Química Computacional, o que não era coerente, visto que, essa denominação refere-se a um a linha de pesquisa que abrange diversos métodos teóricos e computacionais.

Reflexão: O que fazer? Dentro de nossa experiência de ensino, pesquisa e profissional (indústria) buscamos identificar quais programas seriam mais úteis no cotidiano de um químico, seja bacharel ou professor. Dentre uma variedade de softwares aplicativos selecionamos o Excel (planilha eletrônica), o ACD/chemsketch (construtor de moléculas e formas), o Crocodille Chemistry (laboratório virtual) e o HyperChem (modelagem molecular), todos em versão para Windows.

Ação: Dentro do projeto de monitoria, orientamos a compilação das notas de aulas para a confecção da apostila, em seguida fizemos a revisão, correção e edição.

Divulgação: Disponibilizamos o material produzido entre professores e alunos da UFPB e também para outros interessados pelo link http://www.quimica.ufpb.br/downloads

Agradecimentos: Agradecemos a Miguel que colaborou fortemente durante o seu estágio docência na produção de aulas e exercícios, a Jefferson pela extrema dedicação na monitoria e pelo seu esforço e paciência na diagramação da apostila, aos colegas Elizete, Silmar, Gerd, Regiane, Otávio, Juracy e Sidney pelas sugestões, dicas e apoio.

A todos que vão usufruir desse material, pedimos que nos envie sugestões e críticas. Claudia de Figueiredo Braga claudia@quimica.ufpb.br

1. - Hardware3
1.1 Placa Mãe3
1.2 Processador3
1.3 Tipos de Memória3
1.4 BIOS6
1.5 Chipset6
1.6 Clock7
1.7 Acesso direto a memória (DMA)7
1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)7
1.9 Esquema de uma Placa Mãe9
1.10 Sistemas Operacionais e Softwares10
1.1 Windows Funcionamento e Dicas – Cuidados básicos ao manusear computadores15
2. - Internet19
2.1 A Internet no Brasil e a RNP19
2.2 Internet para Química19
2.2.1 Outros Sítios Nacionais21
3.2.2 Outros Sítios Internacionais21
3. - Planilha Eletrônica2
3.1 Digitando fórmulas23
3.2 Construindo um gráfico24
3.3 Aplicação em Cinética Química27
3.4 Assistente de Função29
3.5 Desafios31
3.5.1 Ajuste de funções31
3.5.2 Construção de Orbitais Atômicos32
3.5.3 Cinética – Cálculo da velocidade média34
3.5.4 Cálculo de absorbâncias e concentrações35
4. - ACD/ChemSketch37
4.3 Forma 3D42
4.4 Verificando Tautomeria em Moléculas4
4.5 Imagens45
5. - Laboratório Virtual48
5.1 Montando um experimento50
5.2 Observando reações52
5.3 Exercícios53
5.3.1 Exercício 01 – Cinética Química53
5.3.2 Exercício 02 - Destilação5
5.3.3 Exercício 03. - Formação de precipitado56
5.3.4 Exercício 04 – Tutorial de reação57
5.3.5 Exercício 05 - Eletrólise58
5.3.6 Exercício 06 - Titulação59
5.4 Desafio - Criação de um roteiro de prática60
6. - Modelagem Molecular61
6.1 Abrindo o HyperChem61
6.2 Utilizando modelos prontos do Hyper62
6.3 Adicionando mais de uma estrutura63
6.4 Desenhando Estruturas64
6.5 Otimização de Geometria – Escolha do Método65
6.6 Ligações Químicas e Estrutura Molecular6
6.7 Espectroscopia molecular: espectros de vibração67
6.8 Desafio: Aquecimento Global69
6.9 Análise Conformacional70

3 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

1. - Hardware

O Hardware é a parte física do computador (conjunto de componentes eletrônicos juntamente com os circuitos integrados e placas). Dessa forma, Vamos inicialmente conhecer um pouco dos componentes de um computador e suas principais funções.1

1.1 Placa Mãe

Este componente, também é conhecido como

MotherBoard. É o elemento principal do computador, pois nela encontra-se o processador e os componentes que fazem a comunicação dele com os demais periféricos. O tipo de placa a escolher, depende de como irá trabalhará o usuário do computador. (Se precisará de grande qualidade de vídeo, áudio, o tipo de processador e etc.)

Os componentes on-board (vem incorporados a placa) em geral são modems, placas de rede, placas de som e etc. Eles reduzem o custo final da placa-mãe, porém estes componentes diminuem a desempenho do computador uma vez que eles utilizam recursos da própria placa.

1.2 Processador

É considerado o cérebro do computador, pois é responsável por “tomar as decisões” do mesmo. Além disso, realiza os cálculos, tem acesso à memória RAM e controla todos os chips do computador. Também conhecido como Unidade Central de

Processamento (Central Processing Unit – CPU) Antigamente os processadores ocupavam grandes espaços físicos. os microprocessadores surgiram com o advento da microeletrônica, quando a válvula foi substituída pelo transistor.

1.3 Tipos de Memória Memórias primárias

São memórias sem as quais o computador não pode funcionar. Também são chamadas de Memória Real, e podem ser endereçadas diretamente pelo processador. Estas fornecem geralmente uma ponte para as secundárias. Sua principal função é conter a informação necessária para o processador num determinado momento (por

1 Fundação IDEPAC. Apostila de hardware.

Figura 1 MotherBoard Figura 2 - Processador

4 Claudia de F. Braga & Glaucio Jefferson A. Gomes exemplo, dados dos programas em execução). Nesta categoria insere-se a memória RAM (volátil), memória ROM (não volátil), registradores e memórias cache. Memória ROM

A memória ROM (Read Only Memory) permite apenas a leitura, ou seja, as suas informações são gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso não podem ser alteradas ou apagadas, somente acessadas. São memórias cujo conteúdo é gravado permanentemente.

Memória RAM

É nela onde são gravados grande parte dos dados que serão posteriormente processados. Os dados gravados na RAM são perdidos quando o computador é desligado por isso é chamada volátil. Na linguagem de informática, quando falamos de memória nos referimos a memória RAM, ou seja, memória em que se pode ler e

gravar informações.

Para que se execute o processamento dos dados é necessário buscar as informações na memória RAM ou em memórias secundárias de massa tais como os discos rígidos, Cds, disquetes e etc. Quanto mais memória RAM tem um computador, mas espaço ele tem para armazenar as informações que precisam ser acessadas rapidamente pelo processador logo mais rápido será o processamento de informações.

Cache

O processador tem uma velocidade muito superior a memória, assim inicialmente o processador ficava ocioso a maioria do tempo esperando que a memória ficasse pronta para receber ou enviar os dados para serem processados, (a este processo dá-se o nome de WAIT STAITS), tornando baixo o desempenho dos computadores.

Dessa forma, criou-se um tipo de memória (Cache), chamada de memória

Estática (ao contrario da memória RAM, que é chamada de memória Dinâmica),onde um circuito controlador de cache geralmente embutido no chipset da placa mãe) lê os dados da memória RAM que provavelmente serão utilizados pelo processador, liberando a RAM e acelerando o acesso aos dados.

Memórias secundárias

Estas memórias são geralmente não-voláteis e não pode ser endereçada diretamente, a informação precisa ser carregada em memória primária antes de poder ser tratada pelo processador. Não são estritamente necessárias para a operação do computador. Nesta categoria, estão os discos rígidos, Pen-Drivers, CDs, DVDs e disquetes ou no próprio HD (Hard Disk) do computador.

Figura 3 - Memória RAM

5 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

Disco Rígido

O Hard Disk (HD) ou Disco Rígido de um computador é formado por um conjunto de placas metálicas onde os dados são gravados por um braço mecânico que também tem a função de ler os dados já gravados.

O HD é dividido por trilhas e setores no ato da formatação. O motor deste componente trabalha a altíssimas velocidades como 3.600, 4.800 e 7.200 rpm (ou até mais dependendo do tipo de disco), por este motivo é um dispositivo lacrado e que não tem contato com o meio externo, pois uma partícula de poeira poderia causar grande dano a superfície do mesmo danificando os dados nele gravados. Por estar girando a uma velocidade tão grande durante o movimento da cabeça de leitura criase um colchão de ar entre a superfície do disco e as cabeças de leitura/gravação.

Ele é formado pelo número de faces (ou cabeças), número de trilhas por face (ou cilindros), e o número de setores por trilha. Multiplicando-se esses três valores, teremos o número total de setores do disco. Multiplicando-se o resultado por 512 (cada setor ainda comporta 512 bytes), teremos a capacidade total do disco rígido em bytes. Para sabermos o resultado em GB, deveremos dividir o resultado encontrado por 1.073.741.824, que é o valor em decimal de 1 GB.

Cd’s

Mesmo com a popularização dos

Pendrivers os CDs e DVDs ainda são muito utilizados pela população em geral devido a facilidade com que podem ser gravados e terem um baixo custo.

Os CDs e DVDs são peças de policarbonato transparente que durante a fabricação foi impresso com sulcos microscópicos dispostos em uma trila de dados em espiral continua e extremamente longa. Uma vez formada a peça de policarbonato uma fina camada refletora de alumínio é micropulverizada sobre o disco cobrindo os sulcos e em seguida é coberta por uma fina camada de acrílico para protegê-la.

Figura 4 - Esquema de um HD Figura 5 - Camadas de um CD

6 Claudia de F. Braga & Glaucio Jefferson A. Gomes

Funcionamento de um drive de CD/DVD

Os leitores de CD/DVD são equipados com uma lente que em seu interior possui geralmente duas outras: uma lente geradora de laser e uma lente receptora de laser.

A lente geradora produz um feixe contínuo de laser capaz de ultrapassar a camada de policarbonato que compõe os CDs e DVDs comerciais. Já a lente receptora capta o feixe proveniente do disco uma vez que a camada de alumínio o reflete com desvios causados pelos sulcos microscópicos com a trilha de dados contidos no policarbonato. Os desvios são lidos e transformados em bits que formarão os bytes. Os softwares reprodutores de áudio por exemplo convertem esses bytes em informação sonora gerando neste caso o som de uma música.

O Sistema Básico de Entrada/Saída (Basic Input/Output System -

BIOS) é o primeiro programa executado pelo computador ao ser ligado. Sua função primária é preparar a máquina para que o sistema operacional (que pode estar armazenado em discos rígidos, disquetes, CDs, etc) possa ser executado. O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory) localizado na placa mãe, chamado ROM BIOS.

1.5 Chipset

É o chip responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída como o barramento, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe.

O chipset sul (south Bridge) geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces IDE que ligam os HDs, drives de disquete, e drives de CD/DVD-ROM ao processador. Controlam também as interfaces Serial ATA. Geralmente cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som. O chipset norte (north Bridge) faz o trabalho mais pesado (o que gera mais calor) e por isso geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu elevado aquecimento.

Figura 7 - BIOS Figura 8 - Chipset

Figura 6 - Drive de CD/DVD

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1.6 Clock

O Clock faz o sincronismo entre todos os circuitos que constituem o computador, ou seja,faz com que todos os dispositivos (placa de vídeo, memória RAM, HD) trabalhem em harmonia, não havendo assim conflito. E também, é capaz de dar velocidade ao processador. Este sincronismo se dá no CHIPSET. Seria impossível para o microcomputador trabalhar de forma organizada se não fosse o clock. Não havendo um momento certo para cada informação ser processada e armazenada, haveria um grande congestionamento de informações nos barramentos.

1.7 Acesso direto a memória (DMA)

Somente o processador tem acesso a memória RAM, portanto qualquer outro dispositivo que queira acessar a memória deverá fazê-lo através do processador, contudo se isto acontecesse o desempenho do computador cairia acentuadamente.

Para que estes dispositivos tenham acesso à memória, contam com a ajuda de circuitos de apoio para acesso a memória, este controlador é chamado de DMA, no caso do periférico ter acesso a memória o DMA faz o controle sem que o processador tome conhecimento, dessa forma o processador executa outras tarefas sem causa perda de desempenho.

1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Esta memória é como uma memória RAM, pois permite que os dados sejam lidos e gravados, para que os dados gravados nela não sejam apagados, a bateria que fica na placa mãe alimenta essa memória mesmo depois que o computador é desligado.

Para mudar as configurações utilizamos o Setup (programa que guarda e modifica as configurações da CMOS). Na identificação das configurações instaladas são executados alguns testes que conforme os erros que ocorram podem gerar algumas mensagens.

Mensagens de erro mais comuns do CMOS

Bateria descarregada, se a bateria que está na placa mãe for do tipo recarregável, basta deixar o computador ligado por algum tempo para sanar este problema.

Neste caso o Setup não deve estar configurado. Basta reiniciar o computador e entrar no setup para configurá-lo novamente.

Provavelmente os dados da CMOS estão corrompidos, reconfigurar o setup provavelmente resolve o problema

• CMOS DISPLAY TYPE MISMATCH Neste caso a configuração de vídeo não deve ser compatível com o micro.

8 Claudia de F. Braga & Glaucio Jefferson A. Gomes

Entre no Setup e acerte a data e a hora.

O micro não tem gavado no Setup a real quantidade de memória instalada, entre no Setup e grave a quantidade de memória instalada.

Provavelmente o pente de memória está defeituoso ou sujo,sendo necessária troca da memória, ou limpeza da mesma com uma borracha acrílica (que deve ser passada nos conectores da RAM).

• Todas as vezes que o micro é ligado o Post executa as seguintes rotinas:

1. Identifica a configuração instalada. 2. Inicializa todos os circuitos periféricos de apoio da placa-mãe. 3. Inicializa o vídeo. 4. Testa a memória. 5. Testa o teclado. 6. Carrega o sistema operacional para a memória. 7. Entrega o controle do microprocessador ao Sistema Operacional.

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1.9 Esquema de uma Placa Mãe

A: Processador B: Slots Para Memória RAM

C: Slots de Expansão D: Slot de Placa para Expansão de Vídeo (Off-Board)

E: Placa de Son On-Board F1 : Conectores IDE

F2 : Conector Drive de Disquete G: Conectores SATA

H: Bios I: Bateria J: ChipSet Norte e Sul K: Plug de Alimentação (força que vem da fonte de alimentação)

L: Conectores On-Board para monitor, teclado, mouse, impressora e portas USB traseiras.

F1 G

10 Claudia de F. Braga & Glaucio Jefferson A. Gomes

1.10 Sistemas Operacionais e Softwares

Software: É a parte lógica do computador (ao contrário do Hardware que é a parte física) ex: música, fotografias, arquivos e programas.

Arquivos: são todos os dados digitais salvos (gravados) com um nome e que recebem uma extensão do programa que o originou.

Extensão: é a terminação do nome de um arquivo após o ponto que identificam o tipo de arquivo.Exemplos:

DOC: Documento gerado pelo word XLS: pasta de trabalho do Excel EXE: Arquivo executável (um programa) TXT: Arquivo de texto simples gerado pelo bloco de nota;

PDF: arquivo no formato PDF (protegido) que só pode ser lido pelo programa ADOBE ACROBAT READER

HTM ou HTML: São páginas da Internet –Web ZIP/RAR: Arquivo compactado (Winzip ou WinRar) MDB: arquivo de banco de dados gerado pelo programa Access RTF: Arquivo de texto, não permite figuras, bordas e tabelas. JPEG ou JPG: arquivos de imagem PPT: arquivos de slides gerados pelo power point GIF: pequenos arquivos de animações da internet

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