Diseño Computacional de Materiales. Aplicaciones a la Metalurgia y a la Catálisis Heterogénea

S. SIMONETTI

Año: 2004 p. 256

En esta tesis se han desarrollado en forma teórica estudios relacionados con la fragilización de los aceros debido a la presencia de carbono e hidrógeno como impurezas. Se analizó la interacción Fe-C-H en la zona cercana a una dislocación de borde en Fe-a y a una falla de apilamiento en Fe-g. Los estudios indican que la interacción Fe-C está energéticamente favorecida en la región de la dislocación y de la falla de apilamiento, respectivamente. La presencia de C en dichas regiones no favorece la posterior localización del H. El H no reside en la vecindad del C y no se forma un enlace entre los átomos intersticiales. Ambas impurezas debilitan el enlace Fe-Fe y sus enlaces se forman a expensas de sus primeros vecinos metálicos. Por otra parte, el átomo de C podría establecer una especie de conexión entre los átomos de Fe de diferentes capas que proveería un efecto compensador a la matriz de hierro, pudiendo reducir el efecto fragilizador del hidrógeno. El efecto del H y el efecto "puente" del C dependen de la distribución espacial de ambas impurezas. Se analizó también, localización de un átomo de C y de dos átomos de H en la zona cercana a una divacancia en Fe-a. Los sitios de absorción para las impurezas en la zona de la divacancia corresponden a las configuraciones de mínima energía. Los átomos de Fe primeros vecinos de los átomos de H debilitan sus enlaces metálicos. Por otra parte, el átomo de C casi no afecta la fuerza del enlace Fe-Fe. Los enlaces Fe-C y Fe-H son formados principalmente mediante los orbitales 4s del Fe. No se observa un enlace entre los átomos de C e H pero cierta interacción leve H-H es posible de ser observada. Se analizó además, la interacción Fe-H10 en la zona cercana a una vacancia en Fe-a. Los resultados muestran que los átomos de hidrógeno se posicionaron en sus configuraciones de mínima energía, cerca de los sitios tetraédricos vecinos a  la vacancia, excepto el último átomo de H que se localizó lejos de la vacancia. El efecto perjudicial de los átomos de H se limita a sus primeros vecinos de Fe y puede ser asociado a la fragilización por hidrógeno por mecanismos de decohesión observados en Fe-a. El enlace Fe-Fe se debilita mientras se forman los nuevos enlaces Fe-H. La interacción H-H es muy débil.    Dentro del tema de catálisis heterogénea, se estudiaron dos sistemas que presentan gran interés en procesos catalíticos donde los intermediarios son anillos C5. Primeramente, se analizó la adsorción de metilciclopentano sobre Pt (111). Los resultados muestran una débil interacción con la superficie. La energía de adsorción es casi independiente del número de coordinación del sitio de adsorción. Los orbitales 6s, 6pz y 5dz2 del Pt están involucrados en el enlace con el metilciclopentano. No existe un enlace entre los átomos de C del anillo y la superficie de Pt. La mayor interacción se produce entre los átomos de hidrógeno y la superficie metálica. En una segunda etapa, se analizó la adsorción de ciclopenteno sobre Pt (111). La molécula es débilmente adsorbida. Las interacciones principales provienen de los átomos de C e H más cercanos a la superficie metálica. Estas interacciones se deben principalmente a los enlaces que se producen entre los orbitales dz2 y pz del metal y los orbitales pz del C y s del H, respectivamente. La configuración geométrica inclinada adoptada por la molécula facilita esta interacción. Los cálculos de energía de los sistemas se realizaron con el método semiempírico de orbitales moleculares ASED (Superposición atómica y Deslocalización Electrónica). El estudio de las estructuras electrónicas se realizó con el programa YAeHMOP.