Fundamentos de QuíMica

O emprego do modelo atômico orbital de Rutherford-Bohr no ensino de Química é bastante restrito, por considerar os elétrons como partículas massivas pontuais que orbitam o núcleo dos átomos. Essa ideia mecanicista gera uma série de dificuldades conceituais que impedem a compreensão da dinâmica subjacente aos processos reativos. Além disso, modelos orbitais não são capazes de simular esses processos. Entretanto, permanecem sendo ensinados nas escolas pelo fato de constituir um bom recurso didático para a abordagem preliminar do tema. Os sistemas hoje disponíveis para simular processos químicos são, em geral, baseados nos modelos de Schrödinger, Dirac, Lanczos e outras formas fatoradas da equação de Klein-Gordon. Nessas equações diferenciais, que reproduzem fielmente o comportamento de sistemas químicos, a eletrosfera não é descrita como um sistema planetário, mas como uma nuvem difusa, cuja dinâmica evolutiva se assemelha mais ao escoamento de um rio do que a um processo de deslocamento orbital em torno de um núcleo. A fim de elaborar modelos didáticos a partir das equações diferenciais utilizadas em simulação molecular, é preciso utilizar recursos matemáticos que permitem visualizar o rearranjo da nuvem eletrônica durante as reações químicas. Neste texto, os recursos mais utilizados na elaboração de modelos didáticos são as Simetrias de Lie, as Transformações de Bäcklund e as Restrições Diferenciais. Desses recursos se origina não só uma descrição visual concreta dos átomos, mas também de seu comportamento dinâmico frente a outros elementos e a radiação envoltória. Este texto é o resultado de mais de 30 anos de pesquisa em modelos quânticos. Ao compreender detalhes a respeito dessa nova dinâmica evolutiva, o leitor passa a adquirir familiaridade com diversas aplicações práticas, que de outra forma poderiam parecer fatos isolados e obscuros. Além disso, abordar a eletrosfera como um meio difuso permite absorver facilmente dois conceitos consagrados da Química Orgânica, que não possuem correspondente no modelo de Rutherford-Bohr: a formação de carbocátions e o rearranjo da nuvem eletrônica. Esses conceitos derivam de um único princípio lógico: a blindagem das cargas positivas do núcleo por parte da nuvem eletrônica. Quanto maior a densidade local da nuvem, maior a blindagem das cargas positivas do núcleo. Por outro lado, quanto menor a blindagem de um núcleo em certo setor angular, maior a tendência desse núcleo atrair a eletrosfera de átomos vizinhos, formando novas ligações. Neste texto, todos os processos reativos são explicados de forma clara e concreta a partir da blindagem das cargas positivas dos núcleos pela eletrosfera difusa. Essa abordagem sucinta e unificada desperta a curiosidade do estudante, tornando a leitura mais acessível e logicamente encadeada.