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A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química

CRESCIMENTO DE CRISTAIS E MODELAGEM DA ESTRUTURA DE CARNALITAS E TAQUIDRITAS (MINERAIS EVAPORÍTICOS COM ESTRUTURAS DE SAIS DUPLOS) COM DIFERENÇAS COMPOSICIONAIS

Maria José Xavier 1
Iara de Fátima Gimenez 1
Nivan Bezerra da Costa Junior 1
Ledjane Silva Barreto 1
Marcelo Leite dos Santos 1
(1. Universidade Federal de Sergipe / UFS )
INTRODUÇÃO:

As simulações têm como objetivo descrever as forças que atuam entre os átomos em um sistema, a partir de um conjunto de potenciais interatômicos. Para modelar as forças atuantes durante uma simulação é conveniente reduzir a complexidade dos cálculos utilizando-se um par potencial para as interações de curto alcance (intramoleculares) e de longo alcance (intermoleculares). As interações átomo-átomo podem ser representadas satisfatoriamente, numa estrutura cristalina, através do ajuste de parâmetros potenciais. Este ajuste empírico não é uma tarefa trivial, ainda mais quando não há, para os sistemas de interesse, potenciais adequados descritos na literatura. Os materiais iônico-moleculares estão na fronteira dos estudos nesta área, devido a essa ausência de parâmetros para derivação empírica. Este trabalho teve como objetivo simular as estruturas dos sais duplos carnalita e taquidrita para então calcular as propriedades químicas e físicas destes cristais, reproduzindo dados experimentais e posteriormente promover a modelagem das fases de composição variadas. O nosso modelo de potenciais representa uma contribuição adicional a este estudo, na medida em que poderão servir para uma classe de sistemas (Hidratos) que ainda não foram descrita nesta área de pesquisa.

METODOLOGIA:

Por não possuir parâmetros potenciais descritos na literatura para os sistemas de interesse neste trabalho, realizamos cálculos Quânticos (cálculos ab initio e semi-empirico (AM1)) no programa MOPAC incorporado no programa CAChe Work System. O ponto de partida foi a utilização de parâmetros cristalográficos de um sistema mais simples, a Bischofita (MgCl2.6H2O), com o objetivo de obter parâmetros potenciais a serem usados posteriormente, para os outros sistemas de materiais iônico-moleculares, (carnalita e taquidrita). Após esta etapa, o conjunto de potenciais obtidos foi transferido para o programa GULP (General Utility Lattice Program) de simulação estática, para a otimização das estruturas e cálculo das propriedades dos sistemas a partir do conjunto de potenciais de interação calculado. A metodologia escolhida para o crescimento dos cristais foi a evaporação isotérmica do solvente de uma solução com os precursores dos cristais desejados.

RESULTADOS:

 Os parâmetros calculados para o par Mg-O (H2O) foram: Aij(eV)= 36271,00, Bij(Å)= 0.2410, Cij(eVÅ6)= 676.500. Pelo fato de as moléculas de H2O estarem coordenadas octaedricamente ao magnésio, possivelmente este par potencial define a estabilidade da estrutura durante a simulação. Contudo, interações de outras naturezas precisam ser incorporadas, tais como as forças intramoleculares como na molécula H2O num potencial harmônico: K=18.889901 e r0 = 0.9585. A comparação entre a estrutura calculada e a experimental revela uma diferença percentual de 8.13%, a qual representa um bom acordo, entre os parâmetros de cela (a, b, b), posições e distâncias interatômicas calculadas (normalmente consideradas satisfatórias abaixo de 10%). Os estudos por difração de raios-X das amostras de “carnalita" e “taquidrita” preparadas a 70 e 90 °C, foram comparadas com difratogramas de padrões das fases originais e de seus precursores, revelando a presença de fases cristalinas adicionais e a necessidade de aprimorar o procedimento.

CONCLUSÕES:
Os parâmetros potenciais calculados foram importantes para estabelecer os potenciais átomo-átomo de partida, na otimização da estrutura por simulação estática. As amostras sintéticas apresentaram misturas de várias fases, com variações nas proporções, desde sais simples a soluções sólidas.
Instituição de fomento: CNPq
Trabalho de Iniciação Científica  
Palavras-chave: Potenciais interatômicos; Modelagem Molecular; Simulação Computacional.
Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006