66 2.4. Dinámica químicaes <strong>la</strong> energía libre <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>estado</strong> estándar <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema en <strong>la</strong> superficie divisoriaperpendicu<strong>la</strong>r al MEP, y G R,oTes <strong>la</strong> energía clásica <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>estado</strong> estándar <strong>de</strong> losreactivos a <strong>la</strong> temperatura T. La energía libre <strong><strong>de</strong>l</strong> perfil <strong>de</strong> activación vienedada como[ Q∆G GT,0 GT ](T, s)= V MEP (s) − RTlnK ‡,0 Φ R (2.143)(T)Por tanto, <strong>la</strong> constante <strong>de</strong> velocidad CVT se pue<strong>de</strong> reescribir comok CVT = 1 {βh K‡,0 exp−∆G GT,0T(sCVT∗ (T) ) }/RT(2.144)Al comparar <strong>la</strong>s ecuaciones 2.144 y 2.142, se pue<strong>de</strong> ver que el valor mínimo <strong>de</strong>k GT como una función <strong>de</strong> s se alcanza cuando <strong>la</strong> energía libre <strong>de</strong> activaciónes máxima. En general <strong>la</strong> superficie divisoria se toma como perpendicu<strong>la</strong>r alMEP, pero en el algoritmo RODS, <strong>la</strong> superficie divisoria se orienta <strong>de</strong> modo queproporcione <strong>la</strong> mayor energía <strong>de</strong> activación, que es <strong>la</strong> superficie que maximiza(S(s i , ˆn)) a una T y s i dadas. En este caso <strong>la</strong> superficie divisoria, se<strong>de</strong>fine mediante <strong>la</strong> localización s i don<strong>de</strong> interseca al MEP y con un vectorunitario ˆn que es ortogonal a <strong>la</strong> superficie divisoria en el MEP. El valor <strong>de</strong> <strong>la</strong>energía libre con <strong>la</strong> optimización <strong>de</strong> <strong>la</strong> orientación en el punto s i viene dadapor:∆G GT,0T∆G OGT,0T= máxˆn ∆GGT,0 T(S(s i , ˆn)) (2.145)y <strong>la</strong> energía libre es el máximo <strong>de</strong> <strong>la</strong> orientación optimizada <strong>de</strong> <strong>la</strong>s energíaslibres:∆G OGT,0T= máx ∆G OGT,0s T(s) (2.146)Las magnitu<strong>de</strong>s necesarias para <strong>la</strong> evaluación <strong>de</strong> <strong>la</strong> constante <strong>de</strong> velocidadpara diferentes superficies divisorias k GT (T, s) y por tanto <strong>de</strong> <strong>la</strong> constante<strong>de</strong> velocidad canónica <strong>variacional</strong> k CVT se obtiene a partir <strong>de</strong> <strong>la</strong> siguienteinformación <strong>de</strong> <strong>la</strong> reacción química <strong>de</strong> interés.En primer lugar se <strong>de</strong>ben localizar los puntos estacionarios <strong>de</strong> <strong>la</strong> superficie<strong>de</strong> energía potencial: reactivos, productos y punto <strong>de</strong> sil<strong>la</strong>, si lo hubiere. A continuaciónhay que construir un camino <strong>de</strong> reacción, normalmente el MEP, quese inicia en el punto <strong>de</strong> sil<strong>la</strong> en <strong>la</strong> dirección <strong><strong>de</strong>l</strong> vector <strong>de</strong> <strong>transición</strong>, es <strong>de</strong>cir,el vector propio asociado al único valor propio negativo <strong>de</strong> <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> constantes<strong>de</strong> fuerza en coor<strong>de</strong>nadas cartesianas pon<strong>de</strong>radas en <strong>la</strong> masa. Para ellohay que hacer un análisis <strong>de</strong> los modos normales mediante <strong>la</strong> diagonalización<strong>de</strong> <strong>la</strong> matriz Hessiana H. Tras <strong>la</strong>s diagonalización, los elementos diagonales <strong><strong>de</strong>l</strong>a matriz o valores propios son <strong>la</strong>s constantes <strong>de</strong> fuerza que están re<strong>la</strong>cionadascon <strong>la</strong>s frecuencias <strong>de</strong> vibración <strong>de</strong> los modos normales mediante <strong>la</strong> expresión:ω l (s = 0) = 12π [λ l(s = 0] 1/2 l = 1, 3N (2.147)siendo λ l los valores propios y ω l <strong>la</strong>s frecuencias. Seis <strong>de</strong> los valores propios soncero (5 si <strong>la</strong> supermolécu<strong>la</strong> es lineal, ya que correspon<strong>de</strong>n a <strong>la</strong>s 3 tras<strong>la</strong>ciones y 3
2. Métodos teóricos 67(o 2) rotaciones <strong>de</strong> <strong>la</strong> supermolécu<strong>la</strong>), 1 es negativo y los restantes son positivosy correspon<strong>de</strong>n a los modos en<strong>la</strong>zantes. El valor propio negativo correspon<strong>de</strong>al modo no en<strong>la</strong>zante asociado al vector <strong>de</strong> <strong>transición</strong> que dará lugar a unafrecuencia imaginaria. Para obtener <strong>la</strong>s funciones <strong>de</strong> partición <strong>de</strong> los <strong>estado</strong>s<strong>de</strong> <strong>transición</strong> generalizados, Q GT , hay que hacer un análisis generalizado <strong>de</strong>modos normales para los modos ligados en un conjunto <strong>de</strong> puntos tomadosa intervalos regu<strong>la</strong>res a lo <strong>la</strong>rgo <strong><strong>de</strong>l</strong> MEP, por lo que es necesario calcu<strong>la</strong>r<strong>la</strong> matriz Hessiana H(s) en dichos puntos. Para s ≠ 0 el gradiente ya no esnulo ya no se pue<strong>de</strong> hacer el tratamiento convencional <strong>de</strong> modos normales,sin embargo, <strong>la</strong>s <strong>de</strong>rivadas primeras sí son cero en <strong>la</strong>s direcciones al MEP. Enconsecuencia, se buscan los modos normales generalizados correspondientesa <strong>la</strong>s vibraciones ortogonales al MEP (son por tanto vibraciones que tienenlugar en el <strong>estado</strong> <strong>de</strong> <strong>transición</strong> generalizado). Para ello hay que proyectarfuera <strong>de</strong> <strong>la</strong> matriz H(s) <strong>la</strong>s contribuciones correspondientes al gradiente ya <strong>la</strong>s direcciones asociadas a <strong>la</strong>s tras<strong>la</strong>ciones y rotaciones infinitesimales <strong><strong>de</strong>l</strong>a supermolécu<strong>la</strong>. Los modos normales generalizados ortogonales al MEP seencuentran diagonalizando <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> constantes <strong>de</strong> fuerza proyectada H P (s)H P (s)(S) = [1 − P]H(s)[1 − P] (2.148)don<strong>de</strong> P es el proyector sobre el gradiente. Las frecuencias asociadas a losmodos normales, proce<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> <strong>la</strong> diagonalización <strong>de</strong> <strong>la</strong> Hessiana proyectadaH P (s), se les <strong>de</strong>nomina frecuencias generalizadas o proyectadas.Ahora bien, <strong>la</strong> evaluación <strong>de</strong> <strong>la</strong> hessiana no es única y <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> sistema<strong>de</strong> coor<strong>de</strong>nadas que empleemos para <strong>de</strong>finir nuestro sistema. Así para evaluar<strong>la</strong> hessiana se necesitan puntos fuera <strong><strong>de</strong>l</strong> MEP, y <strong>la</strong> proyección <strong>de</strong> dichos puntossobre el MEP no es única. Dependiendo si se utilizan coor<strong>de</strong>nadas cartesianaso coor<strong>de</strong>nadas internas <strong>la</strong>s frecuencias <strong>de</strong> los <strong>estado</strong>s <strong>de</strong> <strong>transición</strong> generalizadoscambiarán. Como pue<strong>de</strong> apreciarse en <strong>la</strong> Figura 2.2, es un movimiento <strong>de</strong>flexión para una supermolécu<strong>la</strong> triatómica lineal se <strong>de</strong>scribe mejor si se consi<strong>de</strong>rancoor<strong>de</strong>nadas internas. Este es un factor fundamental a tener en cuentaen <strong>la</strong> evaluación <strong>de</strong> <strong>la</strong> constante <strong>de</strong> velocidad CVT.2.4.4. Efectos cuánticosLa teoría <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>estado</strong> <strong>de</strong> <strong>transición</strong> es originalmente clásica. Sin embargo <strong>la</strong>introducción <strong>de</strong> efectos mecanocuánticos, que dan lugar a <strong>la</strong> cuantización <strong><strong>de</strong>l</strong>os niveles <strong>de</strong> energía (y, especialmente, <strong>la</strong> existencia <strong>de</strong> <strong>la</strong>s energías <strong>de</strong> puntocero) y <strong>de</strong> efectos mecanocuánticos sobre el movimiento a lo <strong>la</strong>rgo <strong><strong>de</strong>l</strong> camino<strong>de</strong> reacción es indispensable para obtener valores aceptables <strong>de</strong> <strong>la</strong>s constantes<strong>de</strong> velocidad.Funciones <strong>de</strong> partición cuánticasEl primer paso en <strong>la</strong> cuantización <strong>de</strong> <strong>la</strong> TST es <strong>la</strong> sustitución <strong>de</strong> <strong>la</strong>s funciones<strong>de</strong> partición clásicas por <strong>la</strong>s correspondientes funciones <strong>de</strong> partición
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VANTONIO FEZNÁNDEZ RAMOS Y SAULO A
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Bibliografía[1] C. Funk, “On the
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