Espalhamento elástico de elétrons por moléculas prebióticas de CnH2n+1CN (n = 1, 2, 3 e 4) e por moléculas de nitrobenzeno

Abstract

Resumo: Apresentam-se nesta dissertacao as secoes de choque integrais e diferenciais para o espalhamento elástico de eletrons por moleculas prebioticas de cianetos, especificamente os cianetos de: m etila (CH3CN), etila (CH3CH2CN), propila (C3H7CN), isopropila (i-C3H7CN), butila (C4H9CN), e terc-butila (t-C 4H9CN); e por moleculas de nitrobenzeno (C6H5NO2). A descriçao das moleculas alvo foi efetuada atraves do metodo de H artreeFock na aproximacao de nácleos fixos. Nos calculos de espalhamento empregou-se o metodo Schwinger m ulticanal implementado com pseudopotenciais de Bachelet, Hamann e Schlüter em dois níveis de aproximações, sendo estas a aproximacao estatico-troca e estatico-troca mais polarizacao. Devido ao momento de dipolo perm anente destas moleculas houve a necessidade de realizar o procedimento de Born-closure para a inclusao dos efeitos do potencial de longo alcance gerados por este. O objetivo aqui íe identificar e caracterizar as ressonancias para cada um a das moleculas e utilizar calculos de estrutura eletrônica a fim de ajudar em suas interpretações. Para os cianetos, verifica-se a validade de um a relacão direta entre o padrâo de onda apresentado em sua secao de choque diferencial em torno de 10 eV (região onde ha a presenca de um a estrutura larga na secao de choque integral) com o tipo de sua cadeia molecular, considerada linear ou ramificada. E sta relacao ja foi observada para moleculas similares como os alcanos, alcoois e amino-alcanos. O cianeto de metila, m etano e metanol sao excecães a esta regra. No entanto, esta relaçcaão necessita ser modificada para compostos de cadeia ramificada. Os cianetos de m etila e terc-butila apresentam um a ressonância na sim etria E do grupo C3v (duas vezes degenerada), enquanto que para os demais cianetos passamos a identificar duas ressonancias de forma. O nitrobenzeno e derivado do benzeno pela substituiçao de um atomo de hidrogenio pelo grupo NO2 e assim ocorrendo a quebra de sim etria (de D 6h para C2v). Desta forma, a seção de choque calculada para o nitrobenzeno exibe a presença de três ressonâncias, estando em acordo com resultados experimentais, e um estado ligado, ja previsto em um calculo teórico encontrado na literatura. Nao foram encontrados, na literatura, resultados para efetuar a comparacao de todos sistemas aqui trabalhados, há somente dados teoricos ou experimentais para as moleculas de cianeto de m etila e de nitrobenzeno. Palavras-chave: eletrons-espalhamento, espalhamento eletron-molecula, cianetos, nitrobenzeno, ressonaância.

Abstract: It is presented in this dissertation the integral and differential cross sections for the elastic scattering of electrons by prebiotic molecules of cyanides, specially the methyl (CH3CN), ethyl (CH3CH2CN), propyl (C3H7CN), isopropyl (i-C3H7CN), butyl (C4H9CN), and tert-butyl (t-C4H9CN) cyanides and for nitrobenzene molecules (C6H5NO2). The description of the target molecules were carried out through the Hartree-Fock m ethod in the fixed-nuclei approximation. The Schwinger multichannel m ethod implemented w ith pseudopotentials of Bachelet, H am ann and Schlüter was used in the scattering calculations, using two approxim ation levels, namely the static-exchange and staticexchange plus polarization. Due to the perm anent dipole moment of the molecules, it was necessary to perform the Born-closure procedure in order to include the effects due to the long-range dipole potential. The purpose here is to identify and characterize the shape resonances and use electronic structure calculations to help in their interpretations. For the cyanides it is verified the validity of a direct relationship between the wave patterns presented in the differential cross section around 10 eV (region where there is the presence of a large structure in the integral cross section) and the type of their molecular chain, considered linear or branched. This relationship was observed before for similar molecules as alkanes, alcohols and amine-alkanes. The m ethyl cyanide, m ethane and m ethanol are exceptions to this rule. However, this relationship needs to be modified for branched chain compounds. The resonance in methyl and tert-butyl cyanides belongs to the E symmetry of the C3v group (two-fold degenerate) while for the other cyanides it was identified two shape resonances. Nitrobenzene is derived from benzene by the substitution of a hydrogen atom by the NO2 group and thus the symmetry breaking (from D 6h to C2v) occurs. In this way, the calculated cross section for the nitrobenzene showed the presence of three resonances being in agreement w ith experim ental results and a bound state predicted in a theoretical calculation found in the literature. It was not found in the literature results to compare all the systems considered here, in a way th a t there is only theoretical or experim ental d ata for the molecules of methyl cyanide and nitrobenzene. K eyw ords: electrons-scattering, electron-molecule scattering, cyanides, nitrobenzene, resonance.