Estudio de la adsorción de sulfato sobre gibbsita por cálculos DFT

C. V. LUENGO; R. M. FERULLO; N. J. CASTELLANI

Mar del Plata

Congreso; III Reunión Argentina de Geoquímica de la superficie; 2014

Universidad Nacional de Mar del Plata

La presencia de contaminantes químicos en el agua superficial y subterránea es un problema importante en química ambiental, que impacta negativamente la disponibilidad y potabilidad de las fuentes de agua fresca (1). El sulfato es un nutriente esencial para las plantas cuya disponibilidad depende del grado de interacción de dicho anión con los minerales del suelo. Si la concentración es mayor de 250 mg L-1, el sulfato se transforma en un contaminante potencial y el control de su concentración es crucial (2). El destino y el transporte de los contaminantes en el suelo y en ambientes acuáticos es regulado predominantemente por reacciones de adsorción y desorción sobre óxidos de hierro y aluminio y minerales arcillas (3). Por lo tanto, el entendimiento de los mecanismos de adsorción de los contaminantes es de importancia fundamental. La gibbsita (Al2O3.3H2O) es un óxido de aluminio con gran área superficial y es un importante adsorbente de aniones en sistemas de aguas subterráneas y superficiales. El mecanismo de adsorción de sulfato sobre óxidos de aluminio no ha sido aún resuelto. Los cálculos teóricos son usados rutinariamente como una herramienta indispensable en investigación química. El modelado teórico del proceso de adsorción sobre la superficie de minerales ha recibido mucha atención en las últimas décadas. Las simulaciones de mecánica cuántica han sido ampliamente usadas para estudiar la estructura del complejo de adsorción superficial y son muy útiles para ayudar a la interpretación de mediciones experimentales. El objetivo de este trabajo es estudiar la adsorción de sulfato sobre gibbsita utilizando el método del funcional de la densidad (DFT, Density Functional Theory) a través del funcional híbrido B3LYP y el empleo de las bases gaussianas 6-31G** (para los átomos involucrados en la adsorción) y 3-21G (para el resto de los átomos). Se optimizaron las geometrías de los aniones sulfato, del cluster de gibbsita [Al6(OH)18(H2O)6] y de los sistemas sulfato-gibbsita en estado libre. Se optimizaron dos tipos de complejos superficiales a pH ácido y básico: monodentado mononuclear y bidentado binuclear. Se calcularon las energías para cada sistema incluyendo el efecto del solvente. También se obtuvieron las frecuencias vibracionales teóricas. Los resultados indican que los complejos monodentados tienen mayor tendencia a formarse sobre la superficie de la gibbsita en comparación con los complejos bidentados.