Efectos de un Campo Magnético Intenso en la Densidad de Carga Electrónica en Moléculas Planas y Fulereno.

G. I. PAGOLA; M. C. CAPUTO; M. B. FERRARO; P.LAZZERETTI

Isla Margarita, Venezuela

Congreso; XXXI Congreso de Químicos Teóricos de Expresión Latina (QUITEL); 2005

La estructura electrónica de una molécula está gobernada, a orden más bajo, por la interacción culombiana entre electrones y núcleos. En presencia de campos eléctricos y magnéticos externos estáticos y homogéneos E y B,  esta estructura se ve modificada. Al resolverse el problema mecano-cuántico, la energía molecular puede desarrollarse en serie de potencias en las perturbaciones actuantes, identificándose cada término del desarrollo con propiedades moleculares medibles bajo distintas circunstancias. En consecuencia, la energía de la molécula se expresa en función de los campos E y B, considerando los momentos dipolares magnéticos  mI  de los núcleos [1]: Wa =Wa(0) - ma Ea - 1/2 aab Ea Eb - 1/6babg Ea Eb Eg  -1/24gabgd Ea Eb Eg Ed + ...  - 1/2cab Ba Bb - 1/24Xabgd Ba Bb Bg Bd  + 1/6SIabgd mIa Bb Bg Bd + ...  + sIab mIa Bb + ...  - 1/2cabg Ba Bb Eg - 1/4cabgdBa Bb Eg Ed+ … + sIabg mIa Bb Eg + 1/2sIabgd mIa Bb Eg Ed .... Los tensores de tercer y cuarto rango que aparecen en esta ecuación describen la respuesta no lineal de la nube electrónica ante la perturbación externa. Así por ejemplo, en presencia de un campo magnético  B, el momento magnético inducido de la molécula se expresa: Ma(B)  = cab(B) Bb. Donde cab(B) es la susceptibilidad magnética, que para un campo B pequeño puede considerarse constante, mientras que en presencia de un campo más intenso puede escribirse: cab(B) = cab + 1/2 Xabgd Bg Bd + ..., el tensor de cuarto orden  Xabgd se llama hipersusceptibilidad magnética y representa la respuesta cúbica del momento inducido M en  el campo B . En forma análoga, también la densidad de carga de la molécula r(r,B) puede ser expandida perturbativamente en el campo B: r(r,B) = r0(r)+ 1/2 rBaBb (r) BaBb + ...,             donde r0(r) es la densidad de carga en ausencia de campo B y rBB(r) es la primera corrección no nula a la densidad r(r,B).             En este trabajo se han estudiado las modificaciones que sufre la densidad de carga r(r) al aplicar un campo magnético externo uniforme B sobre moléculas planas, utilizando la serie de programas SYSMO[2], en el formalismo de Hartree-Fock acoplado para capa cerrada. En particular se han implementado mapas de la  densidad  a segundo orden en el campo rBB(r),  diferenciando las contribuciones provenientes de orbitales con simetría tipo s (densidad rBBs) de las provenientes de orbitales tipo p (densidad rBBp). Se analiza el peso de ambas contribuciones a la hipersusceptibilidad magnética Xabgd para las moléculas de benceno y  naftaleno. Cabe destacar que: rBB(r) = rBBs (r) + rBBp(r). El interés en discriminar y analizar separadamente las contribuciones rBBs(r) y  rBBp(r) radica en que los electrones tipo s están localizados en las uniones químicas formando el “esqueleto” de la molécula, mientras que los electrones tipo p pueden estar delocalizados (como en el caso del benceno, la molécula aromática por excelencia) y, por lo tanto, generar corrientes ante la presencia de un campo magnético externo B más fácilmente que los electrones tipo s. Estas corrientes inducidas son las generadoras del momento magnético inducido M(B) de la molécula y por lo tanto importantes al analizar los valores los tensores  cab y Xabgd Adicionalmente se presenta un estudio similar para el fulereno (C60) pero separando las contribuciones a la densidad rBB(r) en los grupos de simetría propios de su geometría. [1] P. Lazzeretti, Encycl. Comp. Chem., Molecular Magnetics Properties (1999) [2] P. Lazzeretti, R. Zanassi, Phys. Rev. A 32 (1985) 2607.