CÁLCULO DE PRIMEROS PRINCIPIOS DE LA ESTRUCTURA DE LA GOETHITA

SILVIA FUENTE; PATRICIA BELLELI; NORBERTO CASTELLANI; MARCELO AVENA

Córdoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

AAIFQ

Introducción: La goethita (α-FeOOH) es un oxo-hidróxido de hierro ampliamente distribuido  en  la  corteza  terrestre, tanto  en  suelos  y  sedimentos,  como en  depósitos minerales. Entre los posibles óxidos, hidróxidos y oxo-hidróxidos de hierro, la goethita es el compuesto de Fe(III) termodinámicamente más estable en condiciones naturales. La superficie de sus partículas presenta una gran afinidad por una importante variedad de  sustancias  orgánicas  e  inorgánicas,  lo  cual  hace  que  la  misma  juegue  un  papel preponderante en procesos ambientales, regulando en gran medida la concentración de  contaminantes  y  nutrientes  en  aguas  subterráneas,  aguas  superficiales,  suelos  y sedimentos.  Este  eficiente  papel  adsorbente,  que  comparte  con  otros  óxidos  e hidróxidos  de  hierro,  la  convierte  también  en  un  material  de  gran  potencial  en aplicaciones industriales. Objetivo: Realizar el modelado másico o ?bulk" de la goethita utilizando la Teoría del  Funcional  de  la  Densidad  (DFT)  para  su  posterior  aplicación  en  la  adsorción  de  iones de interés particular. Método  Computacional:  En  este  trabajo  se  utilizó  el paquete comercial VASP para sistemas periódicos. Debido a que  la  goethita  es  un material  donde  los  electrones  d  de  los átomos    de    Fe    están    fuertemente    correlacionados,    la aproximación   simple   DFT   no   describe   correctamente   la repulsión  de  Coulomb  donde  se  localizan  los  electrones  3d. Por   este   motivo   se   utiliza   un   método   basado   en   una combinación de DFT con el Hamiltoniano de Hubbard (DFT + U) [1]. Se realizaron cálculos con los funcionales LDA y GGA variando  el  valor  de  U  y  se  determinaron  observables  tales como parámetros de celda, energías, módulos de bulk, band gap y magnetización.  Resultados:    Los    resultados    obtenidos    para    cada parámetro  fueron  graficados  en  función  de  U  y  comparados con datos experimentales reportados en la literatura, a fin de   hallar el valor más apropiado para este tipo de estructura.  Conclusiones: Se pudo concluir que el funcional GGA con un  valor  de  U  =  6  es  el  modelo  que  mejor  describe  la  estructura  electrónica  de  la goethita. Se obtuvieron los siguientes parámetros de red: a = 4.601 Å, b = 9.994 Å y c = 3.035 Å, los cuales están en muy buen acuerdo con los hallados experimentalmente [2].  También,  se  encontró  una  gran  concordancia  entre  los  valores  teóricos  y experimentales de band gap y módulo de bulk.  [1] A. Rohrbach, J. Hafner, G. Kresse, J. Phys. Condens. Matter 15 (2003) 979. [2] S.K.Ghose, G.A.Waychunas, T.P.Trainor, P.J.Eng; Geochim. Cosmochim. Acta, 74 (2010) 1943.