Modelización computacional de la reacción de protólisis de la superficie de filosilicatos

Abstract

En la interfase mineral/solución de los filosilicatos se producen reacciones de adsorción, disolución y re-precipitación, dando lugar a un cambio de la estructura del sólido y de la solución. Este estudio tiene como objetivo ampliar nuestro conocimiento sobre los mecanismos de reacción de hidrólisis sobre la superficie de modelos tipo clúster de los filosilicatos usando los cálculos de DFT. Los resultados derivados de los cálculos de la hidrólisis sobre la superficie (010) de dos estructuras, una celda de pirofilita y otra de palygorskita. Estos modelos se basaron en un clúster formado por 2 cavidades tetraédricas con un anillo de SiO4 unidas a una capa octaédrica, la diferencia fundamental entre ellas es la orientación de las unidades tetraédricas y la continuidad de la capa octaédrica. Los cálculos se realizaron utilizando Gaussian 16. Los puntos críticos de energía potencial superficial de la reacción de hidrólisis se calcularon utilizando el funcional B3LYP, aplicando la base lanl2dz. Los resultados obtenidos muestran que la hidrólisis no se produce, se observa una reacción de protólisis sobre la superficie (010). En los cálculos realizados, tomando la pirofilita, el catión H3O+ ataca a uno de los enlaces de Al-O-Al, obteniéndose dos estructuras protonadas estables. Posteriormente, se realizó un segundo ataque en otro de los enlaces puente que produce la ruptura total del modelo. No se encontró ningún estado de transición (TS) que llevara a estas estructuras estables protonadas obtenidas. Para la modelización del clúster de la palygorskita, se procedió de la misma manera y se consiguieron resultados similares, pero en este caso sí se llegó a observar un TS. Estos cálculos apoyan la hipótesis de que la superficie (010) parece ser más reactiva que la (001) de los filosilicatos 2:1 que se deriva de trabajos previos de este grupo.