Simulazioni quanto-meccaniche ab-initio di minerali: applicazioni geo-petrologiche e chimico-farmacologiche.

Progetto: Research project

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Il presente progetto si articola in più linee di ricerca, il cui filo conduttore è rappresentato dall’utilizzo di metodi quanto-meccanici ab-initio per lo studio della struttura, della stabilità e della reattività di diversi minerali di interesse geo-petrologico e chimico-farmacologico. Nell’ambito di alcune tematiche specifiche, l’approccio teorico computazionale verrà integrato da un approccio sperimentale basato su studi cinetici e di equilibrio e sulla caratterizzazione diffrattometrica dei sistemi studiati e, contemporaneamente, dall’elaborazione di protocolli di elaborazione dei dati, alternativi alle tecniche classiche, che permettano di ottenere l’elevato grado di precisione e accuratezza richiesto nella modellizzazione dei sistemi investigati. Le tematiche di ricerca sono qui di seguito brevemente descritte : 1) Studio di transizioni di fase mediante analisi topologica della densità elettronica La ricerca nell'ambito di questa attività verterà sulla determinazione delle proprietà chimico-fisiche di minerali in condizioni di alta pressione e temperatura, le loro transizioni di fase strutturali e la loro stabilità. In questo contesto, la mancanza totale di osservazioni dirette a grandi profondità all'interno della terra, e le difficoltà legate all’utilizzo di tecniche sperimentali sofisticate, quali celle ad incudine di diamante, o fornaci appositamente concepite per cristallo singolo, pongono numerosi limiti alla comprensione dei meccanismi che interessano la geodinamica profonda. Nel presente progetto ci si prefigge di applicare allo studio di questi sistemi metodi teorici di calcolo ab-initio che consentono una modellizzazione chimico-fisica dei solidi anche in condizioni estreme di pressione e temperatura difficilmente realizzabili in laboratorio. In particolare si intendono studiare transizioni ad alta pressione o temperatura riguardanti alcune fasi particolarmente interessanti quali il composto MgSiO3 (enstatite e il suo analogo di altissima pressione Mg-perovskite), il biossido di Ti (rutilo), l’ossido di Al (corindone), l’ossido di Ca e il quarzo alfa e beta. In questi lavori verranno prodotte le equazioni di stato E-V e verrà effettuata l’analisi topologica della densità elettronica secondo la teoria di Bader a cui si affiancherà l’analisi della stabilità strutturale secondo la teoria delle catastrofi, al fine di permettere la descrizione da un nuovo punto di vista del meccanismo di transizione di fase. 2. Modellizzazione termodinamica delle soluzioni solide In campo geo-petrologico lo studio termodinamico delle soluzioni solide riveste un ruolo di fondamentale importanza, specialmente per quelle fasi che non si possono osservare direttamente a causa della loro collocazione geologica. In particolare, il sistema (Mg,Fe)O (Mg-wustite) risulta essere di grandissima importanza data la abbondanza di questa fase in soluzione solida negli strati più profondi del mantello terrestre. Attraverso la modellizzazione quando-meccanica a diverse composizioni e a diversi volumi, sarà possibile calcolare alcune funzioni termodinamiche quali energia libera di Gibbs, entropia ed entalpia e i corrispondenti termini di eccesso. La modellizzazione è possibile attraverso il metodo ormai universalmente accettato della “cluster espansion”, che consente una modellizzazione del cristallo reale particolarmente accurata. Lo studio delle soluzioni solide verrà esteso anche a fasi carbonatiche di particolare interesse geologico. Anche in questi studi l’analisi della densità elettronica costituirà uno strumento di controllo e di caratterizzazione fine delle modificazioni della struttura al variare delle condizioni chimico-fisiche. 3) Studio dei processi di adsorbimento su minerali argillosi Questo tema, che si inserisce nella ricerca relativa all’interazione tra molecole e minerali argillosi, riguarda la caratterizzazione della superficie di diversi minerali noti per la l
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/12 → …

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