Part I. Approximate Hartree-Fock wavefunctions one-electron properties and electronic structure of the water molecule. Part II. Perturbation-variational calculation of the nuclear spin-spin isotope coupling constant in HD

Part I

Several approximate Hartree-Fock SCF wavefunctions for the ground electronic state of the water molecule have been obtained using an increasing number of multicenter s, p, and d Slater-type atomic orbitals as basis sets. The predicted charge distribution has been extensively tested at each stage by calculating the electric dipole moment, molecular quadrupole moment, diamagnetic shielding, Hellmann-Feynman forces, and electric field gradients at both the hydrogen and the oxygen nuclei. It was found that a carefully optimized minimal basis set suffices to describe the electronic charge distribution adequately except in the vicinity of the oxygen nucleus. Our calculations indicate, for example, that the correct prediction of the field gradient at this nucleus requires a more flexible linear combination of p-orbitals centered on this nucleus than that in the minimal basis set. Theoretical values for the molecular octopole moment components are also reported.

Part II

The perturbation-variational theory of R. M. Pitzer for nuclear spin-spin coupling constants is applied to the HD molecule. The zero-order molecular orbital is described in terms of a single 1s Slater-type basis function centered on each nucleus. The first-order molecular orbital is expressed in terms of these two functions plus one singular basis function each of the types e^-r/r and e^-r ln r centered on one of the nuclei. The new kinds of molecular integrals were evaluated to high accuracy using numerical and analytical means. The value of the HD spin-spin coupling constant calculated with this near-minimal set of basis functions is J_HD = +96.6 cps. This represents an improvement over the previous calculated value of +120 cps obtained without using the logarithmic basis function but is still considerably off in magnitude compared with the experimental measurement of J_HD = +43 0 ± 0.5 cps.

I. Efforts toward the synthesis of aliphatic iodonium salts. II. Flourine-19 nuclear magnetic resonance spectroscopy of cyclic and bicyclic systems

The synthesis of iodonium salts of the general formula [C₆H₅IR]⁺X^-, where R is an alkyl group and x- is a stabilizing anion, was attempted. For the choice of R three groups were selected, whose derivatives are known to be sluggish in S_N1 and S_N2 substitutions: cyclopropyl, 7, 7 -dimethyl-1-norbornyl, and 9 -triptycyl. The synthetic routes followed along classical lines which have been exploited in recent years by Beringer and students. Ultimately, the object of the present study was to study the reactions of the above salts with nucleophiles. In none of the three cases, however, was it possible to isolate a stable salt. A thermodynamic argument suggests that this must be due to kinetic instability rather than thermodynamic instability. Only iodocyclopropane and 1-iodoapocamphane formed isolable iododichlorides.

Several methylated 2, 2-difluoronorbornanes were prepared with the intent of correlating fluorine -19 chemical shifts with geometric features in a rigid system. The effect of a methyl group on the shielding of a β -fluorine is dependent upon the dihedral angle; the maximum effect (an upfield shift of the resonance) occurs at 0° and 180°, whereas almost no effect is felt at a dihedral angle of 120°. The effect of a methyl group on a γ -fluorine is to strongly shift the resonance downfield when fluorine and methyl group are in a 1, 3 - diaxial-like relationship. Molecular orbital calculations of fluorine shielding in a variety of molecules were carried out using the formalism developed by Pople; the results are, at best, in modest agreement with experiment.

Nuclear magnetic resonance studies of protein conformation: I. Ribonuclease S. II. Hemoglobin

Fluorine nuclear magnetic resonance techniques have been used to study conformational processes in two proteins labeled specifically in strategic regions with covalently attached fluorinated molecules. In ribonuclease S, the ϵ-amino groups of lysines 1 and 7 were trifluoroacetylated without diminishing enzymatic activity. As inhibitors bound to the enzyme, changes in orientation of the peptide segment containing the trifluoroacetyl groups were detected in the nuclear magnetic resonance spectrum. pH Titration of one of the histidines in the active site produced a reversal of the conformational process.

Hemoglobin was trifluoroacetonylated at the reactive cysteine 93 of each β chain. The nuclear magnetic resonance spectrum of the fluorine moiety reflected changes in the equilibrium position of the β chain carboxy terminus upon binding of heme ligands and allosteric effectors. The chemical shift positions observed in deoxy- and methemoglobin were pH dependent, undergoing an abnormally steep apparent titration which was not observed in hemoglobin from which histidine β 146 had been removed enzymatically. The abnormal sharpness of these pH dependent processes is probably due to interactions between several ionizing groups.

The carbon monoxide binding process was studied by concurrent observation of the visible and nuclear magnetic resonance spectra of trifluoroacetonylated hemoglobin at fractional ligand saturations throughout the range 0-1.0. Comparison of the ligand binding process observed in these two ways yields evidence for a specific order of ligand binding. The sequence of events is sensitive to the pH and organic phosphate concentration of the medium, demonstrating the delicately balanced control system produced by interactions between the hemoglobin subunits and the effectors.

Estimation of catalyst activity profiles and deactivation parameters from reactor operating data with applications to naphtha reforming

Techniques are developed for estimating activity profiles in fixed bed reactors and catalyst deactivation parameters from operating reactor data. These techniques are applicable, in general, to most industrial catalytic processes. The catalytic reforming of naphthas is taken as a broad example to illustrate the estimation schemes and to signify the physical meaning of the kinetic parameters of the estimation equations. The work is described in two parts. Part I deals with the modeling of kinetic rate expressions and the derivation of the working equations for estimation. Part II concentrates on developing various estimation techniques.

Part I: The reactions used to describe naphtha reforming are dehydrogenation and dehydroisomerization of cycloparaffins; isomerization, dehydrocyclization and hydrocracking of paraffins; and the catalyst deactivation reactions, namely coking on alumina sites and sintering of platinum crystallites. The rate expressions for the above reactions are formulated, and the effects of transport limitations on the overall reaction rates are discussed in the appendices. Moreover, various types of interaction between the metallic and acidic active centers of reforming catalysts are discussed as characterizing the different types of reforming reactions.

Part II: In catalytic reactor operation, the activity distribution along the reactor determines the kinetics of the main reaction and is needed for predicting the effect of changes in the feed state and the operating conditions on the reactor output. In the case of a monofunctional catalyst and of bifunctional catalysts in limiting conditions, the cumulative activity is sufficient for predicting steady reactor output. The estimation of this cumulative activity can be carried out easily from measurements at the reactor exit. For a general bifunctional catalytic system, the detailed activity distribution is needed for describing the reactor operation, and some approximation must be made to obtain practicable estimation schemes. This is accomplished by parametrization techniques using measurements at a few points along the reactor. Such parametrization techniques are illustrated numerically with a simplified model of naphtha reforming.

To determine long term catalyst utilization and regeneration policies, it is necessary to estimate catalyst deactivation parameters from the the current operating data. For a first order deactivation model with a monofunctional catalyst or with a bifunctional catalyst in special limiting circumstances, analytical techniques are presented to transform the partial differential equations to ordinary differential equations which admit more feasible estimation schemes. Numerical examples include the catalytic oxidation of butene to butadiene and a simplified model of naphtha reforming. For a general bifunctional system or in the case of a monofunctional catalyst subject to general power law deactivation, the estimation can only be accomplished approximately. The basic feature of an appropriate estimation scheme involves approximating the activity profile by certain polynomials and then estimating the deactivation parameters from the integrated form of the deactivation equation by regression techniques. Different bifunctional systems must be treated by different estimation algorithms, which are illustrated by several cases of naphtha reforming with different feed or catalyst composition.

Obtenção do copolímero de acrilonitrila e vinil-imidazol a partir da modificação química da poliacrilonitrila

Polímeros contendo anéis heterocíclicos, como o imidazol, possuem um grande interesse comercial e científico devido ao seu emprego em diversas áreas. Esses polímeros podem ser obtidos pela modificação química de polímeros comerciais como a poliacrilonitrila. Geralmente, esse tipo de reação é realizada por aquecimento convencional (térmico). Entretanto, mais recentemente, a irradiação por micro-ondas também começou a ser utilizada como fonte de energia para esse fim. Nesta Dissertação foi estudada, comparativamente, a modificação química da poliacrilonitrila comercial com etilenodiamina sob ativação de P2S5, empregando como fonte de aquecimento: o método convencional (térmico) e irradiação de micro-ondas, geradas em forno de micro-ondas doméstico e em reator de micro-ondas (Discover CEM), para produzir o copolímero de poliacrilonitrila e 2-vinil-imidazol. As reações foram efetuadas em diferentes tempos reacionais, em diferentes temperaturas no reator de micro-ondas e em diferentes potências do forno doméstico. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e por ressonância magnética de núcleo de hidrogênio (NMR-1H). A poliacrilonitrila foi modificada quimicamente com sucesso em todos os métodos empregados, como foi verificado pela sua análise de FTIR. Os melhores resultados obtidos foram: em 48 h de aquecimento térmico, 20 min de irradiação de micro-ondas em forno doméstico e 20 min a 80C em reator de micro-ondas, no entanto todas as análises indicaram uma derivatização abaixo de 10 %

Simulações de problemas inversos com aplicações em engenharia nuclear usando técnicas de transporte de partículas neutras monoenergéticas na formulação unidimensional de ordenadas discretas

Neste trabalho, três técnicas para resolver numericamente problemas inversos de transporte de partículas neutras a uma velocidade para aplicações em engenharia nuclear são desenvolvidas. É fato conhecido que problemas diretos estacionários e monoenergéticos de transporte são caracterizados por estimar o fluxo de partículas como uma função-distribuição das variáveis independentes de espaço e de direção de movimento, quando os parâmetros materiais (seções de choque macroscópicas), a geometria, e o fluxo incidente nos contornos do domínio (condições de contorno), bem como a distribuição de fonte interior são conhecidos. Por outro lado, problemas inversos, neste trabalho, buscam estimativas para o fluxo incidente no contorno, ou a fonte interior, ou frações vazio em barras homogêneas. O modelo matemático usado tanto para os problemas diretos como para os problemas inversos é a equação de transporte independente do tempo, a uma velocidade, em geometria unidimensional e com o espalhamento linearmente anisotrópico na formulação de ordenadas discretas (SN). Nos problemas inversos de valor de contorno, dado o fluxo emergente em um extremo da barra, medido por um detector de nêutrons, por exemplo, buscamos uma estimativa precisa para o fluxo incidente no extremo oposto. Por outro lado, nos problemas inversos SN de fonte interior, buscamos uma estimativa precisa para a fonte armazenada no interior do domínio para fins de blindagem, sendo dado o fluxo emergente no contorno da barra. Além disso, nos problemas inversos SN de fração de vazio, dado o fluxo emergente em uma fronteira da barra devido ao fluxo incidente prescrito no extremo oposto, procuramos por uma estimativa precisa da fração de vazio no interior da barra, no contexto de ensaios não-destrutivos para aplicações na indústria. O código computacional desenvolvido neste trabalho apresenta o método espectronodal de malha grossa spectral Greens function (SGF) para os problemas diretos SN em geometria unidimensional para gerar soluções numéricas precisas para os três problemas inversos SN descritos acima. Para os problemas inversos SN de valor de contorno e de fonte interior, usamos a propriedade da proporcionalidade da fuga de partículas; ademais, para os problemas inversos SN de fração de vazio, oferecemos a técnica a qual nos referimos como o método físico da bissecção. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a precisão das três técnicas, conforme descrito nesta tese.

Nos bastidores da criação da Comissão Nacional de Energia Nuclear: disputas políticas e interesses econômicos

O objetivo desta dissertação de mestrado é analisar o processo de criação e regulamentação da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), desde o governo Juscelino Kubitschek (1956-1961) até sua efetiva regulamentação em 1962. A iniciativa inscreveu-se no conjunto de medidas visando dar solução à crise que atravessava o Conselho Nacional de Pesquisas (CNPq), e que levariam à instauração, na Câmara dos Deputados, em 1956, de Comissão Parlamentar de Inquérito para investigar o problema da energia atômica no país. Como sinônimo de desenvolvimento e progresso, a energia nuclear também seria incluída no Programa de Metas de JK. São investigadas as disputas políticas e os interesses econômicos que marcaram o processo de implantação da CNEN e o desenvolvimento de suas atividades na etapa inicial de seu funcionamento.

A matriz eletronuclear no Brasil proposta de um marco jurídico adequado: natureza de serviço público das atividades do ciclo nuclear e a necessidade de uma entidade reguladora autônoma.

Partindo de uma análise histórica comparativa do tratamento da questão nuclear no Brasil, buscou-se compreender os condicionantes da estrutura normativa constitucional do tema atômico na atual Carta de 1988 para então lançar-se a uma análise crítica do atual quadro institucional, posto que é anterior à Constituição, mas que teria sido pela mesma recepcionado. Após esta análise crítica, tenta-se, no mesmo ambiente, reconstruir uma tessitura mínima para um ramo jurídico da energia nuclear, analisando, juntamente, a natureza das atividades do chamado ciclo nuclear. Enfim, cotejando todos estes dados, procura-se demonstrar que o atual marco legal é, ao menos, desatualizado e não atende a um projeto maior de desenvolvimento e controle das atividades nucleares no Brasil. Insta ainda salientar que, devido à própria natureza de uma tese de doutoramento, fez-se um recorte temático na questão nuclear, propositadamente não se aprofundando na temática referente à responsabilidade civil por dano nuclear, uma vez que já é tema tratado com bastante propriedade por variados escritos e autores.