Problemas diretos e inversos em dinâmica molecular, espectroscopia vibracional, cinética química e espalhamento quântico

AUTOR(ES)

Emilio Borges

DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

Obter informações físicas a partir de dados experimentais é um problema inverso cuja solução determina causas desconhecidas com base na observação de seus efeitos. Por outro lado, o problema direto correspondente envolve a caracterização de efeitos a partir da análise de suas causas. Se um problema inverso é mal-colocado, ou seja, uma ou mais de três condições; existência, unicidade e continuidade com relação a erros experimentais, não são satisfeitas, então técnicas numéricas especiais são requeridas para sua solução. Os trabalhos desenvolvidos nessa tese enquadram-se dentro da filosofia problema direto-inverso. Os primeiros capítulos descrevem problemas diretos e estão dentro do âmbito da dinâmica molecular. Estudos de mecanismos de transferência de energia e de formação de complexos de van der Waals para os sistemas Ar-CO2 e Ar- H2O são discutidos nesses capítulos. Para os trabalhos desenvolvidos em transferência de energia o Hamiltoneano molecular foi particionado nas componentes usuais, rotação e vibração, e na componente de acoplamento roto-vibracional também conhecida como termo de Coriolis. Os resultados descritos aqui para a influência do acoplamento de Coriolis no mecanismo de transferência de energia para esses sistemas são inéditos e ilustram bem a relevância do uso de todos os graus de liberdade moleculares em uma simulação teórica para processos energéticos moleculares. As estruturas, estabilidades relativas, energias e mecanismo de crescimento dos clusters Arn H2O (n=1-26) também foram estudadas via dinâmica molecular. Os efeitos de relaxação molecular no mecanismo de solvatação da molécula pelos átomos de Ar e nas energias dos clusters foram caracterizados. Três importantes problemas inversos são discutidos e resolvidos nos últimos capítulos da tese por meio de técnicas de inteligência artificial. O primeiro deles é um problema existente na espectroscopia vibracional e trata da questão de encontrar o conjunto de constantes de forças de uma molécula a partir de frequências vibracionais fundamentais, as quais podem ser obtidas tanto por espectroscopia de infravermelho quanto espalhamento Raman. Esse problema inverso do campo de forças é um problema inverso não-linear mal-colocado. O segundo problema inverso resolvido nesse trabalho foi o problema inverso não-linear da cinética química, que consiste na identificação de parâmetros de uma reação química controlada por uma cinética, através de dados experimentais, tais como concentrações ao longo do tempo. Finalmente, também foi resolvido o problema inverso do espalhamento quântico elástico, ou seja, a inversão de superfícies de energia potencial a partir de dados experimentais de espalhamento em uma formulação baseada na teoria quântica. A utilização de técnicas de inteligência artificial para a resolução de problemas inversos mal-colocados de interesse em química é também uma nova contribuição desse trabalho.

ASSUNTO(S)

dinamica molecular teses  físico-química teses.   espectroscopia vibracional teses.  

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