computaçao quimica

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(Parte 4 de 5)

4. Crie um gráfico densidade x Temp °C só pontos, coloque a legenda dos eixos e o titulo do gráfico. 5. Exclua a linha referente ao ponto que está fora da linha principal. (copie a linha 5 para linha 10 e depois delete a linha 5) 6. Na célula G1, escreva “Inclinação”. Entre com uma função na célula G2 para calcular a inclinação da linha que melhor se ajustou aos dados. Funçãoestatística - inclinação 7. Na célula H1, escreva Interseção. Entre com um a função na célula H2 para calcular a interseção da linha que melhor ajusta aos dados. Função-estatística - interseção 8. Na célula I1, escreva Valores preditos para y. Entre com uma função na célula

I2 para calcular todos os valores Y dos pontos ao longo da linha de melhor ajuste. 9. Lembre você necessita da inclinação (coeficiente angular a) e da interseção com Y (coeficiente linear b), para obter o valor predito de y (y=ax+b).

10. Faça o gráfico densidade x valor predito de y x temp °°°°C. Gráfico usando 3 colunas de dados. Compare os gráficos.

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

3.5.2 Construção de Orbitais Atômicos

A compreensão dos orbitais atômicos é crucial para a química moderna, pois a característica dos elementos depende intimamente de como os elétrons estão distribuídos nos orbitais. A química de um elemento e de seus compostos é determinada principalmente pelos elétrons que têm o maior valor de n, frequentemente denominados de elétrons de valência.

A representação gráfica das probabilidades de se encontrar um elétron em função da posição num átomo é definida como um orbital. Para tornar o conceito de orbital mais significativo, é útil examinarmos as funções de onda que são as soluções da equação de Schrödinger de um átomo monoeletrônico. As funções de onda podem ser expressas como o produto de duas funções, uma das quais depende dos ângulos θ e φ (“parte angular” χ), enquanto a outra é uma função apenas da distância eletronúcleo r (“parte radial” R). Então, temos que

De um ponto de vista matemático, cada solução da Equação de Schroedinger (ou função de onda) corresponde a um orbital eletrônico, que define as energias permitidas (níveis e sub-níveis) de um elétron em um orbital.

Neste exercício vamos construir a parte angular das funções de onda (orbitais) s, px e dx2 -y

2 no plano x,y. Para isso precisaremos das coordenadas polares.

A componente angular das funções de onda no plano x,y são:

x φ x=p cosφ y=p senφ

3 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

Para a transformação das coordenadas cartesianas em polares utilizaremos p=χ e θ varia de 0° a 360°.

Atividades: a. Construir uma tabela de acordo com modelo a seguir

Modelo de planilha para função angular do orbital px. Planilha 13

3 Ângulo (°) Ângulo (rad.) χχχχ x (coord.) y (coord.)

* Modo de exibição das fórmulas b. Em uma planilha eletrônica coloque uma sequência de números de 0 a 360 (variando de 2 em 2); c. Numa coluna ao lado faça a transformação de graus (°) para radianos (rad.).

d. Na coluna seguinte calcule os valores de r = χ utilizando as fórmulas acima. e. Em seguida, construa os valores das coordenadas x e y em polares, utilizando as equações de transformação. f. e por fim plote as coordenadas x e y nos programas Origin ou Qtiplot. g. Repita o procedimento para as demais funções de onda angular.

Você deve gerar os seguintes gráficos:

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3.5.3 Cinética – Cálculo da velocidade média Considerando a reação:

Planilha 14

Tempo (s) Concentração C4H9Cl mol/L

a) Construa o gráfico: Concentração x Tempo b) Calcule a velocidade média da reação para o intervalo de tempo entre cada medida. Usar notação científica para velocidade. c) Considerando que seja uma reação de 1ª ordem, encontre a constante de velocidade. Dados: [A] = concentração molar do reagente A.

Velocidade média da reação = -∆[A]/∆t Velocidade de Reação = k [A]

1a ordem => ln[A] = ln[A0] - k t

35 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

3.5.4 Cálculo de absorbâncias e concentrações

Considerando o seguinte procedimento experimental realizado. Numere 12 balões volumétricos de 50 mL de 1 a 12 e coloque em cada um deles 15,0 mL de

NH4OH 4,0M. Adicione com aos doze balões exatamente os volumes de CuSO4 0,50M apresentados abaixo. Complete as soluções até a marca de 50 mL com água destilada.

Planilha 15

Amostra CuSO4 mL Amostra CuSO4 mL

No comprimento de onda escolhido (580 nm) foi determinado sucessivamente a transmitância das soluções, fazendo ao menos três leituras para cada amostra. Também foi realizada a leitura da transmitância para uma solução com concentração desconhecida (solução X).

1) Utilizando a relação A = log(I0/I) = εbC, explique qual é a forma do gráfico que você espera ao representar A em função da concentração C. A partir deste gráfico, como você poderia determinar o valor de ε se a espessura do caminho óptico for 1 cm?

2) A transmitância de uma determinada solução é 85%. Qual é a sua absorbância?

Transmitância: T=I/I0; Absorbância (A) = log (I0/I) = log (1/T).

3) Construa a planilha 16 no Excel e complete-a com os cálculos de absorbâncias A1, A2 e A3; absorbância média e transmitância média.

4) Faça os cálculos para concentração.

5) Faça os gráficos:

a. Gráfico 1: Transmitância percentual média (T) em função da concentração (C) da solução do complexo.

b. Gráfico 2: Absorbância (A) em função da concentração (C) da solução do complexo.

6) Calcule o valor da concentração da solução X lido diretamente do gráfico e usando o valor da tabela e do coeficiente angular (determinado no gráfico 2).

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Planilha 16 - Transmitâncias (em %), Absorbâncias e Concentrações (em 10-3 mol.L-1) no comprimento de onda de 580 nm

Solução 1a Leitura

Leitura

3a Leitura Transmitância

% média

Absorbância

Média mol/L

T1 A1 T2 A2 T3 A3
1 7,5 7,5 7,5
3 4,0 4,0 4,5
4 34,5 34,5 34,5
5 27,5 27,5 27,5
6 15,5 15,5 15,5
7 12,0 12,0 12,0
8 9,5 9,5 9,5
9 7,5 7,5 7,5
10 6,0 6,0 6,0
1 5,5 5,5 5,5
12 5,0 5,0 5,0

37 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

4. - ACD/ChemSketch

O ChemSketch é um programa que atende as mais diversas necessidades no campo da química. Com ele podemos fazer cálculos de massa molecular, peso molecular, distância entre ligações além de tornar possível desenhar, visualizar em 3D e até nomear alguns compostos. Ele se encontra em duas versões, uma gratuita e de livre download na página do programa (mediante cadastramento) essa possui algumas restrições quanto a nomenclatura e alguns outros recursos. E uma versão paga onde é possível a execução de todas as restrições da primeira versão.

Essa é a pagina que encontramos ao abrir o programa que se encontra dentro da pasta ACDLABS 10.0 > ChemSketch.

É ela que utilizamos para fazer os desenhos das moléculas e onde se encontram a grande parte das ferramentas oferecidas pelo programa.

Devemos perceber inicialmente os botões que alternam entre as paginas de Criação/Edição de moleculas e desenho, no canto superior da barra de ferramentas.

4.1 Barra de Ferramentas Vamos agora conhecer melhor a barra de ferramentas do ChemSketch.

1 – Tabela periódica. Para adicionar elementos que não estao disponíveis na barra de elementos (a esquerda), basta clicar sobre esse botão, selecionar o elemento desejado e clicar onde se desejar inserir. 2 – Botões de Seleção e Movimento

2A – Selecionar/Mover: Serve para mover parte de uma estrutura (elemento ou ligação). Nos permite deslocar um fragmento da molécula deixanto intacto todo resto

Figura 34 - Janela do ACD ChemSketch Figura 35 - Barra de ferramentas do ChemSketch

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2B – Rotação Plano: Rotaciona a estrutura (ou parte dela) no plano da area de trabalho. 3B – Rotacionar 3D: Rotaciona a estrutura em qualquer plano 3 – Seleção: Permite selecionar várias estruturas da área de trabalho. 4 – Desenho: Servem para desenhar manualmente ligações ou para transformar uma ligação simples em ligação dupla ou tripla. 5 – Desenhar/Alterar formato ligação: Permite desenhar ligações especiais como ligações dentro e fora do plano ou ligações coordenadas. 6 – Botões de edição: Funções basicas como apagar, recortar, colar etc. 7 – Sinal +: Insere o sinal gráfico de soma em reações. ATENÇÃO: Esse botão serve apenas como sinal grafico não funcionando como sinal de carga em um elemento ou composto. Para isso utilize as cargas que estão na barra abaixo da barra de elementos (a esquerda). 8 – Seta de Reação: Insere/apaga setas dos mais diversos tipos e formatos. 9 – Legenda Seta: Insere legenda abaixo ou acima da seta de reação. 10 – Comandos e Calculos de reação. 1 – Polimero: Mutiplica uma estrutura por número.

Ex: Caso queira mutiplcar esse Ácido acético por 4, basta clicar no botão polimero, digitar o valor em “index” (4, no caso), aplicar e selecioná-lo.

12 – Posição: Altera a posição de uma ligação ou elemento a ser selecionado 13 – Botões de rotação de ligação: Rotaciona uma ligação segundo o eixo selecionado. 14 – Espelha elemento ou ligação selecionado no plano vertical ou horizontal. 15 – Oferece uma opção de desenho automático ao se aproximar de um elemento em uma estrutura. 16 – Adapta a estrutura para que seja vista no plano da área de trabalho. 17 – Verifica se a estrutura selecionada possui forma tautomérica. 18 – Otimização 3D: Otimiza a estrutura desenhada para a melhor forma reconhecida pelo programa (Angulos e distancias de ligação). 19 – Ajustes de Tela: Opções de zoon da pagina da área de trabalho. 20 – Abrir modelos: Abre o acervo de moleculas, equipamentos de laboratorio, orbitais, desenhos que já vem prontos do programa. 21 – Gerar Nome: Gera o nome da estrutura selecionada. (restrições na versão free) 2 – Leva a estrura desenhada para a forma 3D.

Figura 36

39 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB

4.2 Desenhando Moléculas no ChemSketch

Na pagina de criação de moleculas (Structure), geralmente o Carbono aparecerá selecionado na área dos elementos, caso não, basta clicar sobre ele.

Isso significa que cada vez que um clique for dado na área de trabalho, um átomo de carbono sera adicionado com suas 4 ligações completadas com

hidrogênio (CH4). Se uma linha for desenhada (clicando sobre um ponto, arrastando o ponteiro e soltando o clique) em cada extremidade será adicionado um C e as ligações restantes completadas com H (C2H6)

O Naftaleno tem fórmula (C10H8) e é um hidrocarboneto aromático derivado do petróleo e é constituído de dois anéis benzênicos saturados.

Apesar de já termos o anel benzênico pronto na barra da direita é interessante que por enquanto desenhemos sua estrutura manualmente, para que aprendamos como melhorar moléculas feitas manualmente.

1 - Então, com o carbono selecionado, clique sobre o botão lápis desenhe o Naftaleno.

2 – Agora selecione a molécula e clique no botão 3D Optimization [18].

Note que além de alinhar perfeitamente a molécula, a otimização adicionou os hidrogênios que faltavam. Caso não queira que os H apareçam, basta ir sobre o botão “Tools” e clicar sobre “Remove Explicit Hydrogens”

Para facilitar o entendimento vamos numerar os carbonos do Naftaleno. Para isso,clique sobre “Tools” e em seguida “Auto Renumbering”.

Note que o grupo continua no carbono 5, embora saibamos que agora esse carbono tem prioridade na numeração.

Perceba que não é necessário que o desenho esteja alinhado perfeitamente

Adicione um grupo metil (CH3) no carbono 5.

Figura 37

Figura 38 - Desenhando estruturas

Figura 40 – Naftaleno 1 Figura 39 - Naftaleno 2

Figura 41 - Naftaleno 3

Figura 42 Figura 43

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

Vamos agora gerar o nome dessa estrutura clicando no botão [21].

Mesmo inicialmente com o grupo no carbono 5 da estrutura o nome foi gerado no carbono 1. Perceba que o grupo o C do grupo ainda não foi numerado. Para organizar a numeração dos carbonos basta renumerar a molécula.

Para saber a fórmula molecular, clique sobre Tools > Calculate > Molecular Formula. Aparecerá uma janela com a respectiva fórmula do composto

Para calcular massa molecular, clique sobre Tools > Calculate > Formula Weight. Aparecerá uma janela com a respectiva massa do composto

Para calcular composição, clique sobre Tools > Calculate > Composition. Aparecerá uma janela com a respectiva massa do composto

Para copiar para a área de trabalho qualquer desses valores, clique sobre o botão “Copy To Editor”.

ATENÇÃO: na opção “...Calculate” existem outros cálculos que são conhecidos por nós como volume molar, densidade e etc.

Exercício

a) Desenhe as estruturas ao lado no

ChemSketch. b) Gere o nome delas. c) Calcule a fórmula molecular a) Calcule a massa molecular b) Calcule a composição

Figura 4 Figura 45

Figura 46

Figura 47 Figura 48

41 Computação para Química DQ/CCEN/UFPB c) O composto “e)” tem um nome usual e muito conhecido. Que nome é esse? Desafio 1 - EDTA

EDTA é o acrônimo em inglês para

Ethylenediamine tetraacetic acid.(ácido etilenodiamino tetra-acético). Ele é um composto orgânico que age como agente quelante, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos. Usado como descolorante para cabelos, pode ser também utilizado na fabricação de pães e derivados na indústria alimentícia. Também é usado durante tratamento endodôntico por ter uma função quelante e retirar íons cálcio (Ca2+). Essa afinidade com o cálcio confere-o propriedade de anticoagulante.

Pesquise sobre o que são compostos quelantes, quelatos e como o EDTA se liga a metais. Em seguida desenhe a estrutura do EDTA livre e complexado no ChemSketh. Além disso:

Calcule as composições, fórmulas e massas moleculares das duas estruturas. Gere o nome da estrutura livre

Figura 50

Figura 49

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

Conforme já foi dito, uma das maiores vantagens do ChemSketch com relação a alguns programas é a possibilidade de visualizar as moléculas desenhadas em três dimensões. Mesmo com algumas restrições a versão free consegue levar para 3D grande parte das moléculas desenhadas.

Para visualizar uma estrutura na forma 3D basta clicar sobre o botão “3d Viewer” na parte superior da barra de ferramentas.

A janela mudará completamente de visual. O plano de fundo que antes era branco agora passa a ser preto e as ligações ganham cores dependendo de que elemento são formadas. A barra de ferramentas também é modificada:

1 – Botões padrão de Abrir, Salvar, Desfazer e Refazer. 2 – Botões Selecionar Átomos, Rotação 3D, Fixar um ângulo de Rotação, Rotacionar e Mover. 3 – Opções de estilo das moléculas Estrutura de Linhas, Cilindros, Bolas e Cilindros, de Bolas, Nuvem Eletrônica e de Bolas 2D. 4 – Quando ativo, este botão mostra a nuvem eletrônica independente do estilo que está ativo. 5 – Botões de Aumentar e Diminuir o tamanho das esferas em relação aos cilindros. 6 – Calcular a Distancia da Ligação (entre dois átomos). 7 – Calcula o Ângulo de Ligação (entre três átomos). 8 – Calcula o Ângulo de Torção da ligação (entre quatro átomos). 9 – Espelhar e Inverter Centro (quando possível) 10 – Alterar a cor dos Átomos. 1 – Rotação Automática 12 – Rotação Automática juntamente com mudança de estilo. 13 – Otimização 3D (mesma função que na versão simples – encontra os melhores ângulos e distâncias entre átomos). 14 - Opções de Criação de Gifs.

Figura 51 - Forma 3D ChemSketch Figura 52 - Barra de ferramentas do 3D viewer

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