Esse repositório contem as notas de aula e códigos de programação e notebooks para o curso COQ875 - Química Quântica de Moléculas e Sólidos do PEQ/COPPE na UFRJ.

O curso é desenvolvido para estudantes de pós-graduação de Engenharia Química e áreas afins.

O foco é no aprofundamento dos conceitos teóricos e métodos computacionais para a resolução de problemas envolvendo química quântica e suas aplicações em sistemas moleculares, sólidos e interfaces como em fenômenos interfaciais e catalíticos.

PROPOSTA DE HORÁRIO: Ter 13hs às 15hs / Qui 13:15 às 15hs

SALA DE AULA: G121/G127

A ementa para a edição do curso em 2025/2 está disponível aqui.

MÉTODO DE TRABALHO: aulas teórico-práticas em sala-de-aula e laboratório de computação com realização de exercícios em aula e listas de exercício extra-classe. Utilização de softwares livres como ASE, PySCF, GPAW e Quantum ESPRESSO.

CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO: avaliação baseada em listas de exercícios extra-classe e projetos de final de curso.

• Vianna, D. M., Fazzio, A., Canuto, S. (2018). Teoria Quântica de Moléculas e Sólidos: Simulação Computacional. Livraria da Física.
• Levine, I. N. (2013). Quantum Chemistry, 7th Edition. Pearson
• McQuarrie, D. A. (2008). Quantum chemistry, 2nd Edition. University Science Books.
• Teixeira-Dias, J. J. (2017). Molecular Physical Chemistry. Springer International Publishing AG.
• Szabo, A., & Ostlund, N. S. (1996). Modern quantum chemistry: introduction to advanced electronic structure theory. Courier Corporation.
• Jensen, F. (2017). Introduction to computational chemistry, 3rd Edition. John wiley & sons.
• Cramer, C. J. (2013). Essentials of computational chemistry: theories and models, 2nd Edition. John Wiley & Sons.
• Martin, R. M. (2020). Electronic structure: basic theory and practical methods, 2nd Edition. Cambridge university press.

• Notas de aula: pasta lectures
• Listas de Exercícios: pasta listas
• Programas e Notebooks: pasta notebooks

1. Fundamentos da Mecânica Quântica
   1. Bases Experimentais e Teóricas da Mecânica Quântica
   2. Postulados da Mecânica Quântica
   3. Bases Matemáticas da Mecânica Quântica: Auto-valores, auto-vetores, mudança de base, comutadores
   4. Operadores na Mecânica Quântica: posição e momento linear
   5. Equação de Schroedinger
   6. Interpretação Probabilística da função de onda
   7. Aplicações: Oscilador harmônico e Rotor rígido
   8. Operador de Momento Angular
   9. Átomo de Hidrogênio
   10. Spin
2. Estrutura Eletrônica de Átomos e Moléculas
   1. Átomo de Hélio: Teorema Variacional
   2. Molécula de H2: Aproximação de Born-Oppenheimer e Determinante de Slater
   3. O problema de muitos elétrons
   4. Método de Hartree-Fock: Conjunto de Base, Equações de Roothan e método auto-consistente
   5. Discussão de métodos pós-HF
   6. Teoria do Funcional da Densidade: Teoremas de Kohn - Hohenberg, Cálculo Variacional, Orbitais de Kohn-Sham, Funcionais de troca e correlação, Discussão sobre TDDF
3. Estrutura Eletrônica de Sólidos
   1. Estruturas Cristalinas e Redes de Bravais
   2. Difração de raios-X por cristais
   3. Rede Recíproca: Transformada de Fourier, 1ª zona de Brillouin, Índices de Miller
   4. Teorema de Bloch
   5. Densidade de Estados e Estrutura de Bandas
   6. Projetor de onda aumentada e pseudopotenciais
   7. Vibrações cristalinas e fônons
4. Aplicações na Engenharia Química
   1. Otimização de Geometria
   2. Reação química
   3. Adsorção
   4. Catálise
   5. Métodos de Estados Intermediários: Método de banda elástica, Método da Nudged Elastic Band (NEB)
   6. Métodos de Dinâmica Ab-Initio
5. Caracterização de Materiais e Espectroscopia
   1. Densidade eletrônica, momento de dipolo elétrico e polarizabilidade
   2. Interação da radiação com a matéria
   3. Espectro micro-ondas e a rotação
   4. Espectro IR e Raman e a vibração
   5. Espectro UV/Vis
   6. Calor específico de gases e sólidos
   7. Ressonância magnética nuclear e de spin eletrônico

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