Estudo da adsorção de água em compostos tipo-­brucita  por cálculos ab initio

• Ano de defesa: 2008
• Autor(a) principal: Berg, Rafael Arantes
• Orientador(a): Leitão, Alexandre Amaral
• Banca de defesa: Dias, Luis Gustavo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Adsorção; Compostos tipo­-brucita; Estudos ab initio
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4409

As argilas aniônicas, também conhecidas como hidróxidos duplos lamelares (HDL) ou compostos tipo­hidrotalcita, são uma família de materiais cuja fórmula química pode ser representada por: [M2+(1­x)Me3+x(OH)2]x+ . Am­x/m .nH2O. Esses compostos possuem planos de hidróxidos, ou lamelas, que se tornam permanentemente carregadas positivamente pela substituição de cátions divalentes M2+ por cátions trivalentes M3+. Tal carga é contrabalanceada por ânions interlamelares solvatados. Nos últimos anos, os HDL vêm sendo utilizados na obtenção de suportes para catalisadores, precursores de catalisadores ou até mesmo atuando como o próprio catalisador. Apesar disso, não há informação, a nível atomístico, que auxilie na predição e pesquisa de catalisadores mais eficientes e seletivos. A escassez de conhecimento teórico sobre as hidrotalcitas justifica estudos prévios em compostos tipo­brucita, que possuem estrutura similar. Pode­se analisar cuidadosamente a interação entre as lamelas mesmo sem a presença de ânions. Também é interessante compreender como as moléculas de água interagem com a estrutura lamelar, a fim de simular com mais precisão o meio interlamelar. Assim, foram realizados cálculos ab initio DFT para obter a energia de interação entre água e compostos tipo­brucita contendo Mg2+ (brucita), Ca2+ e Zn2+, e as energias de formação destes compostos com uma, duas e três moléculas de água no meio interlamelar (os assim chamados compostos “tipo­hidrobrucita”). Os cálculos foram realizados usando a aproximação do gradiente generalizado para correções de troca e correlação e pseudopotenciais Troullier­Martins para os elétrons de caroço. Ondas planas foram utilizadas como funções de base para a função de onda dos elétrons de valência. Em geral, o Zn(OH)2 tipo­brucita apresentou um comportamento intermediário entre o Mg(OH)2 e o Ca(OH)2 no valor das energias de adsorção. Também ficou evidente que, em todos os casos, as moléculas de água preferem interagir entre si a interagir com as lamelas dos compostos tipo­brucita. Os cálculos com várias moléculas de água adsorvidas mostraram que as orientações assumidas por seus átomos de hidrogênio são complemente aleatórias, dependendo do substrato. Considerando os átomos de oxigênio, as moléculas de água se dispuseram formando quadrados com lados variando entre 2,74 e 2,79Å. Há uma tendência a fisissorção nos hidróxidos de zinco e cálcio, e a quimissorção no hidróxido de magnésio. Para as hidrobrucitas, verificou­se que nenhuma das estruturas “tipo­hidrobrucita” com apenas uma molécula de água têm previsão de formação. Porém, a energia de formação destes compostos diminui com o aumento do número de moléculas de água no meio interlamelar. Isso dá sustento à idéia de que as interações entre as moléculas de água desempenham um papel chave para a formação deste tipo de compostos. Além disso, apenas pequenos desvios do empacotamento original foram observadas como conseqüência da presença da água. Tal resultado sugere que a presença de água no meio interlamelar não é responsável pelo empacotamento dos compostos tipo­hidrotalcita ser diferente dos compostos tipo-­brucita.