Funcionalização de nanotubos de Carbono

Carbon nanotubes are very stable systems having considerable chemical inertness due to the strong covalent bonds of the carbon atoms on the nanotube surface. Many applications of carbon nanotubes require their chemical modification in order to tune/control their physico-chemical properties. One way of achieving this control is carrying out functionalization processes where atoms and molecules interact (covalent or non-covalent) with the nanotubes. We review some of the progress that has been made in chemical functionalization of carbon nanotubes. Emphasis is given to chemical strategies, the most used techniques, and applications.

A química orgânica na consolidação dos conceitos de átomo e molécula

The present work discusses the appearance of the concepts of valence and molecular structure, and describes the appropriation and evolution of the concept of molecule in the period following the publication of Avogadro's Hypothesis. The point of reference is the development of what became known as Organic Chemistry, which encompassed Pharmacy, Physiological Chemistry, Animal and Plant Chemistry, Chemistry of Dyestuffs, Agricultural Chemistry, and the fledgling Organic Synthesis industry in the early 19th century. The theories formulated in these areas and the quest for accurate atomic weights led to those concepts of valence and molecular structure and to a precise differentiation between atom and molecule.

O centenário da Teoria de Bohr

The year 2013 marks the centennial of that wondrous year in which Niels Bohr proposed a novel theory about the constitution of atoms and small molecules after which the way we regard atoms and their behaviour began to be drastically altered. Bohr drew on several sources for his original description of the atoms, most importantly on spectroscopy and Balmer's equation thereof, the new quantum hypothesis advanced a few years earlier by Planck, and the planetary atom proposed by Rutherford. Although Bohr's ideas were to be eventually overtaken by the advent of quantum mechanics, his theory was the basis of a new thinking about atoms and molecules which constitutes an invaluable asset in the development of science ever since.

O centenário da molécula de Bohr

A hundred years ago, a twenty-eight year old Danish scientist published a series of three papers in which electron motion was quantized. The Bohr atomic model is surely known by every chemistry student. Nevertheless in this same 1913 trilogy, Bohr studied atoms with several electrons as well as molecules. Chemistry students, in general, are not aware of the Bohr molecule. The present paper aims at rescuing this important classical model. A review of the Bohr atomic model for both one and several electrons is discussed, together with a theoretical presentation of the Bohr molecule.

Os químicos ocultos e sua extraordinária jornada ao mundo dos átomos

At the end of the XIX century, a group of chemists and theosophists called the Occult Chemists suggested it would be possible "to see" atoms by clairvoyance. In a meditative situation, a skilled person in contact with a substance would thus be able to see magnified atoms and molecules, as well as its internal structure. Annie Besant was the leader of this group and, together with Curuppumullage Jinarajadasa, Charles Leadbeater and Bertram Keightley, they devised an extraordinary atomic theory in which atoms consisted of smaller, indivisible units of energy called anu. In this paper, we present the fundamental principles of this unusual theory.

Exact property estimation from diffusion Monte Carlo with minimal stochastic reconfiguration /

Our objective is to develop a diffusion Monte Carlo (DMC) algorithm to estimate the exact expectation values, ($o|^|^o), of multiplicative operators, such as polarizabilities and high-order hyperpolarizabilities, for isolated atoms and molecules. The existing forward-walking pure diffusion Monte Carlo (FW-PDMC) algorithm which attempts this has a serious bias. On the other hand, the DMC algorithm with minimal stochastic reconfiguration provides unbiased estimates of the energies, but the expectation values ($o|^|^) are contaminated by ^, an user specified, approximate wave function, when A does not commute with the Hamiltonian. We modified the latter algorithm to obtain the exact expectation values for these operators, while at the same time eliminating the bias. To compare the efficiency of FW-PDMC and the modified DMC algorithms we calculated simple properties of the H atom, such as various functions of coordinates and polarizabilities. Using three non-exact wave functions, one of moderate quality and the others very crude, in each case the results are within statistical error of the exact values.

Initiatives médiatiques pour baliser le développement des nanotechnologies : une enquête qualitative auprès des journalistes et des chercheurs en nanobiotechnologies

Grâce aux nanotechnologies, l’être humain peut maîtriser la matière à l’échelle du nanomètre — soit au niveau des atomes et des molécules. Les matériaux obtenus suite à ces manipulations présentent des propriétés nouvelles qui les rendent très intéressants pour nombre d’applications techniques, et ce dans tous les domaines technoscientifiques. Ainsi, les nanotechnologies sont souvent considérées comme les prémisses d’une profonde révolution technologique et sociale. Toutefois, si les nanotechnologies intéressent investisseurs, gouvernement, entreprises et universités, elles soulèvent aussi des questions éthiques, notamment au sujet de leur toxicité, de leurs retombées et de la modification de l’être humain. À ces questions s’ajoutent plusieurs interrogations sur la gouvernance des nanotechnologies : comment, en effet, encadrer en amont le développement de celles-ci pour éviter d’éventuelles conséquences néfastes en aval? Parmi ces interrogations, le rôle des médias dans les relations entre les développeurs de nanotechnologies et le public est souvent mentionné. Certains voient dans les médias un acteur auquel les chercheurs pourraient recourir pour établir un dialogue avec le public afin d’assurer un développement harmonieux des nanotechnologies. Si cette recommandation semble très pertinente, il n’existe, à notre connaissance, aucune étude empirique pour en vérifier la faisabilité auprès des acteurs concernés (chercheurs, médias, etc.). Dans le cadre de cette thèse, nous avons donc voulu examiner et analyser les perceptions des chercheurs et des journalistes québécois envers des initiatives médiatiques pour baliser le développement des nanotechnologies. Pour ce faire, nous avons procédé à une étude qualitative auprès de vingt (20) chercheurs en nanobiotechnologies/nanomédecine et dix (10) journalistes spécialisés en vulgarisation scientifique. L’analyse des entretiens avec les répondants a révélé que si les acteurs rencontrés sont favorables envers de telles initiatives, il existe plusieurs contraintes pouvant gêner une telle entreprise. Suite à l’examen de ces contraintes, nous avons suggéré des initiatives concrètes que les chercheurs québécois pourraient mettre en place pour mieux baliser le développement des nanotechnologies à l’aide d’un dialogue avec le public. Ces suggestions consistent notamment à créer des médias privés pour les chercheurs, à recourir aux médias indépendants et à investir le web. De telles initiatives, cependant, ne peuvent s’obtenir qu’au prix d’un remaniement des priorités des chercheurs.

Design de nouvelles fonctionnelles en théorie de la fonctionnelle de la densité et conception de polymères pour application à la photovoltaïque organique

La présente thèse porte sur les calculs utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour simuler des systèmes dans lesquels les effets à longue portée sont importants. Une emphase particulière est mise sur les calculs des énergies d’excitations, tout particulièrement dans le cadre des applications photovoltaïques. Cette thèse aborde ces calculs sous deux angles. Tout d’abord, des outils DFT déjà bien établis seront utilisés pour simuler des systèmes d’intérêt expérimental. Par la suite, la théorie sous-jacente à la DFT sera explorée, ses limites seront identifiées et de nouveaux développements théoriques remédiant à ceux-ci seront proposés. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, des calculs numériques utilisant la DFT et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) telles qu’implémentées dans le logiciel Gaussian [1] sont faits avec des fonctionnelles courantes sur des molécules et des polymères d’intérêt expérimental. En particulier, le projet présenté dans le chapitre 2 explore l’utilisation de chaînes latérales pour optimiser les propriétés électroniques de polymères déjà couramment utilisés en photovoltaïque organique. Les résultats obtenus montrent qu’un choix judicieux de chaînes latérales permet de contrôler les propriétés électroniques de ces polymères et d’augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques les utilisant. Par la suite, le projet présenté dans le chapitre 3 utilise la TDDFT pour explorer les propriétés optiques de deux polymères, le poly-3-hexyl-thiophène (P3HT) et le poly-3-hexyl- sélénophène (P3HS), ainsi que leur mélange, dans le but d’appuyer les observations expérimentales indiquant la formation d’exciplexe dans ces derniers. Les calculs numériques effectués dans la première partie de cette thèse permettent de tirer plusieurs conclusions intéressantes, mais mettent également en évidence certaines limites de la DFT et de la TDDFT pour le traitement des états excités, dues au traitement approximatif de l’interaction coulombienne à longue portée. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse revient aux fondements théoriques de la DFT. Plus précisément, dans le chapitre 4, une série de fonctionnelles modélisant plus précisément l’interaction coulombienne à longue portée grâce à une approche non-locale est élaborée. Ces fonctionnelles sont basées sur la WDA (weighted density approximation), qui est modifiée afin d’imposer plusieurs conditions exactes qui devraient être satisfaites par le trou d’échange. Ces fonctionnelles sont ensuite implémentées dans le logiciel Gaussian [1] et leurs performances sont évaluées grâce à des tests effectués sur une série de molécules et d’atomes. Les résultats obtenus indiquent que plusieurs de ces fonctionnelles donnent de meilleurs résultats que la WDA. De plus, ils permettrent de discuter de l’importance relative de satisfaire chacune des conditions exactes.

Three-boson recombination at ultralow temperatures

The effects of trimer continuum resonances are considered in the three-body recombination rate of a Bose system at finite energies for large and negative two-body scattering lengths (a). The thermal average of the rate allows to apply our formula to Bose gases at ultra-low temperatures. We found a good quantitative description of the experimental three-body recombination length of cesium atoms to deeply bound molecules up to 500 nK. Consistent with the experimental data, the increase of the temperature moves the resonance peak of the three-body recombination rate to lower values of vertical bar a vertical bar exhibiting a saturation behavior. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fotocatálise heterogênea em instrumental odontológico recoberto com nanopartículas TiO2 e Ag

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Aplicações da equação de Van Der Waals no estudo de colisões entre átomos e moléculas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Fotocatálise heterogênea de enterococcus faecalis e pseudomonas aeruginosa desencadeada pela ação da luz UV e branca em espátulas com revestimento de nanopartículas TiO2 e Ag

Nanotechnology, the science of minuscule, has developed products which are able t o manipulate atoms and molecules that could be applied in the sterilization process of dental instruments. Objetives: The objective of the present study was to evaluate the self-cleaning action of TiO2 and Ag nanoparticles coating on dental instruments by the photocataliys process under UV and visible light irradiation. Material and method: Microbiologic tests were done using dental cement spatulas coated with TiO2 and Ag nanoparticles (one or three layers), and contaminated with 10 mcrl of Pseudomonas aeruginosa and Enterococcus faecalis, respectively. After contamination, they were exposed to ultraviolet light and visible light for 120 minutes. Next, they were transferred to and stored in test tubes with BHI (Brain Heart Infusion) and incubated in 35 to 37 °C. Checking times for bacterial growth and for control and retrieval tests were done at: 24, 48, 72 and 96 hours. Result: The Pseudomonas aeruginosa was inactive after 120 minutes of ultraviolet light irradiation, thus confirming the heterogeneous photocatalytic activity of TiO2 and Ag. The Pseudomonas aeruginosa was not inactivated under visible light irradiation and the Enterococcus faecalis was not inactivated under UV and visible light irradiation of the dental cement spatulas coated with TiO2 and Ag nanoparticles in the readings to 96 hours, showing bacterial growth. Conclusion: There were no influence of one or three layers of TiO2 and Ag nanoparticles coating of the spatulas in the results. The heterogeneous photocatalysis activity of TiO2 and Ag under UV light irradiation was confirmed for Pseudomonas aeruginosa but not under visible light. Enterococcus faecalis did not confirmed the photocatalytics activity of TiO2 and Ag under UV light irradiation and visible lights irradiation.

O ensino de estrutura da matéria na disciplina de física: uma análise de estruturas conceituais para a modelagem do currículo

Pós-graduação em Educação para a Ciência - FC

Störungstheoretische Behandlung relativistischer Korrekturen zu Gleichgewichtsstrukturen im Rahmen der Coupled-Cluster-Theorie

Quantenchemische Untersuchungen von Atomen und Molekülen haben in den letzten Jahren durch die systematische Erweiterung der Methoden und Computerresourcen zunehmend für die Interpretation und Vorhersage experimenteller Ergebnisse an Bedeutung gewonnen. Relativistische Effekte in der Chemie werden zum Beispiel für die gelbe Farbe von Gold und den flüssigen Aggregatzustand von Quecksilber verantwortlich gemacht und müssen daher in quantenchemischen Rechnungen berücksichtigt werden. Relativistische Effekte sind bei leichten Elementen oft so klein, daß sie in vielen quantenchemischen Betrachtungen vernachlässigt werden. Dennoch sind es gerade diese Beiträge, die verbleibende Abweichungen von noch so genauen nichtrelativistischen Rechnungen von ebenso genauen experimentellen Ergebnissen ausmachen können. Relativistische Effekte können auf viele Arten in quantenchemischen Rechnungen berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit ist die Störungstheorie. Ein derartiger Ansatz ist die Mass-velocity-Darwin-Näherung, ein anderer die Direkte Störungstheorie. Hier entspricht die relativistische Energiekorrektur erster Ordnung der ersten Ableitung der Energie nach einem relativistischen Störparameter. Für eine Bestimmung der Gleichgewichtsstruktur eines Moleküls müssen die Kräfte auf die Atomkerne bestimmt werden. Diese entsprechen einer ersten Ableitung der Gesamtenergie nach den Kernkoordinaten. Eine Einbeziehung der relativistischen Effekte auf diese Kräfte erfordert daher die gemischte zweite Ableitung der Energie nach dem relativistischen Störparameter und den Kernkoordinaten. Diese relativistischen Korrekturen wurden in dem quantenchemischen Programmpaket ACES2 implementiert. Ein Resultat dieser Arbeit ist, daß nun erstmalig eine Implementierung analytischer Gradienten für die Berechnung relativistischer Korrekturen zu Strukturparametern mit Hilfe der relativistischen Störungstheorie für den Coupled-Cluster-Ansatz bereit steht. Die Coupled-Cluster-Theorie eignet sich besonders gut für die hochgenaue Vorhersage von molekularen Eigenschaften, wie der Gleichgewichtsstruktur. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Basissatzabhängigkeit der relativistischen Beiträge zu Energien, Strukturparametern und harmonischen Schwingungsfrequenzen im Detail untersucht. Für die hier untersuchten Moleküle sind die relativistischen Effekte und Effekte aufgrund der Elektronenkorrelation nicht additiv, so verkürzt die Berücksichtigung relativistischer Effekte bei Hartree-Fock-Rechnungen die Bindung in den Hydrogenhalogeniden, während die Einbeziehung der Elektronenkorrelation durch CCSD(T)-Rechnungen zu einer verlängerten Bindung im Fluorwasserstoff und weniger stark ausgeprägten Korrekturen im Chlor- und Bromwasserstoff führt. Für die anderen hier untersuchten mehratomigen Moleküle findet sich kein einheitlicher Trend; dies unterstreicht die Notwendigkeit expliziter Rechnungen. Damit steht ein leistungsfähiges und vielseitiges Werkzeug für die Berechnung relativistischer Korrekturen auf verschiedenste molekulare Eigenschaften zur Verfügung, das mit modernen, systematisch verbesserbaren quantenchemischen Methoden verknüpft ist. Hiermit ist es möglich, hochgenaue Rechnungen zur Vorhersage und Interpretation von Experimenten durchzuführen.