Estudio DFT de la adsorción del ión fosfato sobre una superficie de goethita y goethita sustituida con Al

P.G. BELELLI; S.A. FUENTE; M.M. BRANDA; N.J. CASTELLANI

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98 Reunión Nacional de la AFA; 2013

Asociación Física Argentina, Filial Bariloche

El elemento fósforo (P) es uno de los principales nutrientes de las plantas (en forma de fosfato) y por ello es parte fundamental de los fertilizantes usados con fines agroquímicos en los cultivos. Su uso indiscriminado es una de las principales causas de eutrofización en cuerpos de agua dulce, utilizados para consumo humano. Por otro lado se ha encontrado que ciertos minerales, tales como los óxidos y oxo-hidróxidos de hierro, presentan una importante habilidad para retener estos nutrientes. La goethita es el oxo-hidróxido de hierro más estudiado debido a su cristalinidad y estabilidad en sistemas naturales. En la mayoría de los casos, los resultados experimentales no alcanzan para identificar el tipo de complejo de fosfato que se forma sobre estos materiales, y es por ello que el modelado teórico podría brindar información de gran utilidad para los experimentalistas. El fosfato se adsorbió sobre una superficie de goethita (110) y de goethita sustituida al 12.5 por ciento con Al (Al-goethita) Los cálculos fueron realizado utilizando el paquete de cálculo Vienna Ab-Initio Simulation Package (VASP). Para este sistema se requirió la previa optimización del parámetro U utilizado en la aproximación de Dudarev, que permite la correcta descripción del sólido. El valor del U óptimo para este sistema fue de 6 eV. El fosfato se adsorbió sobre una celda de 1 × 2 de las superficies de goethita y Al-goethita. Se evaluaron diferentes modos de adsorción del fosfato, junto a sus especies protonadas (H1) y no protonadas (H0), que son las especies más comúnmente encontradas en condiciones experimentales. Los cuatro complejos evaluados son: bidentado-binuclear (BB), bidentado-mononuclear (BM), monodentado-mononuclear (MM) y monodentado-binuclear (MB). Los resultados geométricos de los complejos BBH0, BBH1, MMH0 y MMH1 estás de acuerdo con el valor experimental de 1.54 Amstrongs para la distancia P-O en minerales de PO4 (ICSD). Se observó que las longitudes de los enlaces P-Osup, que corresponden a la unión del ión fosfato con la superficie de goethita, pueden ser asociadas con la magnitud de las energías de reacción calculadas. Cuanto más corto es este enlace más estable resulta el complejo de fosfato adsorbido sobre la superficie de la goethita. En todos los casos, las energías de reacción de los complejos sobre la goethita y la Al-goethita indican una fuerte interacción (aprox. 3 eV). Las especies más estables presentan puentes de H entre los átomos de O del fosfato y los grupos hidroxilos de la superficie del sólido. Además, se evaluaron las frecuencias vibracionales de los fosfatos formados sobre ambas superficies y sus modos de vibración fueron comparados con datos experimentales FTIR extraídos de la literatura.