Carbonatos sólidos inducidos por presión de CO2 molecular mediante simulación por computadora

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales computacionales Ciencia de los materiales computacionales.
• Física y química de las altas presiones.
• Geofísica y ciencias planetarias.

Sus antecedentes:

• Comprender el comportamiento del dióxido de carbono (CO2) bajo presión extrema es crucial para el modelado del interior planetario.
• Estudios anteriores han explorado las transiciones de fase de CO2, pero el paisaje estructural de alta presión sigue siendo incompletamente entendido.
• El potencial del CO2 para formar estructuras no moleculares a altas presiones ha sido objeto de interés teórico.

Objetivo del estudio:

• Para predecir las transformaciones estructurales del CO2 molecular a altas presiones (35-60 GPa).
• Identificar las fases estables de carbonato y sus características estructurales.
• Para determinar el polimorfo de carbonato termodinámicamente más estable bajo estas condiciones extremas.

Principales métodos:

• Empleó simulaciones dinámicas moleculares ab initio para modelar el comportamiento del CO2.
• Utilizó cálculos de energía total totalmente relajados para determinar la estabilidad de fase.
• Investigó una gama de presiones de 35 a 60 gigapascales.

Principales resultados:

• Predijo la transformación de CO2 molecular en fases carbonatadas no moleculares compuestas por tetraedros de CO4.
• Identificó múltiples fases competidoras, con altas temperaturas que facilitan la transformación.
• La fase predicha más estable es isostructural al cuarzo alfa (cuarzo bajo).

Conclusiones:

• El dióxido de carbono sufre una transición estructural significativa a las fases carbonatadas complejas a altas presiones.
• Las fases de carbonato con disposiciones tetraédricas específicas de CO4 son termodinámicamente favorecidas sobre los polimorfos similares al sílice.
• Estos hallazgos proporcionan información sobre el ciclo profundo del carbono y la composición de los entornos de alta presión.