ESTUDIO DFT DE GOETHITA SUSTITUIDA CON ALUMINIO

SILVIA A. FUENTE; PATRICIA G. BELELLI; NORBERTO J. CASTELLANI; MARCELO J. AVENA

Rosario

Encuentro; V Encuentro de Física y Química de Superficies; 2011

La goethita (α-FeOOH) es uno de los minerales de hierro (Fe) más importantes encontrados en suelos y sedimentos. Usualmente, estos minerales tienen incorporados otros elementos como por ejemplo aluminio (Al), que suelen reemplazar hasta un 33 mol% de los iones Fe3+ en los sitios octaédricos. Se asume que el proceso de incorporación de Al en el cristal de goethita ocurre a través de una sustitución iónica isomórfica de los átomos de Fe [1-3]. En este caso, se observa una reducción de las distancias de enlaces Al-O que genera un decrecimiento de al menos uno de los parámetros de la celda unidad de la goethita [3-6]. Por otro lado, la sustitución de un ión paramagnético (Fe+3) por otro diamagnético (Al+3) modifica las interacciones magnéticas y por lo tanto disminuye la temperatura de Néel. Este trabajo está encuadrado en un estudio más amplio que contempla las propiedades de intercambio catiónico de la superficie de goethita particularmente en un medio acuoso. Como las mismas dependen fundamentalmente de la estructura del material másico, se procedió en una primera etapa a estudiar el caso de goethita sustituida por Al. En este trabajo se utilizó el programa VASP basado en un método periódico de cálculo DFT (Density Functional Theory), incluyendo la aproximación GGA+U (Ueff = 6 eV), para el modelado de la estructura másica de la goethita sustituida con Al al 25 %. Los cálculos fueron realizados con polarización de spin. Los resultados mostraron que las estructuras magnéticas con el mismo ordenamiento de spin (spin hacia arriba o hacia abajo) sobre los átomos de Fe alrededor del átomo de Al, corresponden a las geometrías energéticamente más estables. De acuerdo con los resultados experimentales, se observó una disminución en los parámetros de celda respecto de la goethita pura. El dopado de Al genera un cambio de la densidad electrónica, produciendo una disminución electrónica en el sitio donde se encuentra el ión dopante y una redistribución en la zona de los átomos de oxígeno (O) vecinos del ión Al. Este comportamiento ocasiona una pequeña magnetización sobre estos O.