Espalhamento de elétrons por moléculas de interesse astrofísico e ambiental : colisão elástica, espectro de ressonâncias e rotas de dissociação em fase gasosa e microssolvatada

Abstract

Resumo: Neste trabalho sao apresentadas as secoes de choque calculadas para o espalhamento elastico de eletrons de baixa energia por moleculas de interesse astrofísico e ambiental. O principal objetivo e obter o espectro de ressonancias dos sistemas, buscando-se identificar os estados do anion que sao precursores de canais dissociativos. Na aproximacao de mácleos fixos, os calculos de espalhamento foram efetuados empregando-se o metodo Schwinger m ulticanal (SMC) implementado com pseudopotenciais, onde os resultados sao exibidos nas aproximacoes estatico-troca e estatico-troca mais polarizacao. Adicionalmente, calculos de estrutura eletrônica foram realizados de m aneira a contribuir na analise dos estados do anion, bem como na construçao das correspondentes curvas de energia potencial. As secoes de choque da molecula de cianam ida e o tautom ero carbodiim ida dem onstram a existencia de duas ressonancias de forma n*, enquanto a cianam ida exibe ainda um estado ligado por dipolo e um a ressonancia de forma a**N. A perda de atomos de hidrogenio via captura eletrônica dissociativa (DEA) em 2,5 e 3,0 eV foi atribuída aos estados n* da cianamida, enquanto as ressonancias da carbodiim ida devem contribuir para a fragmentacao em 1,5 eV. Sendo assim, a dissociacao da carbodiim ida por colisões de eletrons indica ser mais eficiente do que no caso da cianamida, um a vez que a raridade do segundo tautôomero deve ser compensada por um a alta seçcãao de choque de DEA. Complexos de cianam ida microssolvatada tam bem foram estudados, onde observou-se a estabilizacão/desestabilização das ressonôncias n* dependendo do papel desempenhado pela agua na ligacao de hidrogenio. Ainda, um a breve discussao acerca das rotas de dissociacao para o sistema microssolvatado e apresentada. Similarmente, calculos de espalhamento de eletrons por acetonitrila perm itiram caracterizar o espectro de ressonôncias enquanto investigou-se possíveis rotas de dissociacao associadas a estes estados do anion. O acoplamento n*/a**H configura-se como responsível pela desidrogenacão da acetonitrila em 3 ,2 -3 ,5 eV. As secoes de choque elasticas para outras trôes molíeculas do grupo das nitrilas (cianeto de hidrogôenio, acrilonitrila e benzonitrila) tam bem foram calculadas e comparadas com dados experimentais disponíveis. Por fim, as secoes de choque para o halotano exibem ressonancias de forma a**Br e a**Cl, e a analise acerca de canais dissociativos revela a relação destes estados com a formacão dos íons B re Cl- via DEA.

Abstract: In this work we present the calculated cross sections for elastic scattering of low-energy electrons by molecules of astrophysical and environmental relevance. The m ain goal is to obtain the resonance spectra of the systems while seeking to identify the anion states which are precursors of dissociative channels. In the fixed nuclei approximation, the scattering calculations were performed employing the Schwinger m ultichannel m ethod (SMC) implemented with pseudopotentials, where the results are presented in the static-exchange and static-exchange plus polarization approximations. Additionally, electronic structure calculations were carried out in order to contribute to the analysis of the anion states, as well as to build the corresponding potential energy curves. The cross sections of cyanamide and its tautom er carbodiimide show the existence of two n* shape resonances, while cyanamide also displays a dipole bound state and a aCN shape resonance. The hydrogen loss via dissociative electron attachm ent (DEA) at 2.5 and 3.0 eV were assigned to the n* states of cyanamide, while the carbodiimide resonances should contribute to fragm entation at 1.5 eV. Thus, carbodiimide dissociation by electron collisions should be more efficient th an for cyanamide, once the rarity of the second tautom er would be offset by its larger DEA cross section. Complexes of microsolvated cyanamide were also studied, where we observed an energy stabilization/destabilization of the n* resonances depending on the role played by the w ater molecule in the hydrogen bonds. In addition, we also present a brief discussion concerning the dissociation pathways of the microsolvated system. Similarly, the electron scattering calculations for acetonitrile lead to the characterization of its resonance spectra and fragm entation pathways. The n*/a**H coupling mechanism would be responsible for the dehydrogenation of acetonitrile at 3 .2 -3 .5 eV. Elastic cross sections for the equilibrium geometry of other three nitrile molecules (hydrogen cyanide, acrylonitrile and benzonitrile) were also com puted and compared to available experim ental data. Finally, the computed cross sections for halothane supports two low-lying a**Br and a**Cl shape resonances, and the analysis of dissociative channels reveals the relation of these anion states w ith the B r- and Cl- ions formed via DEA.