Estudio dft de agregados moleculares en aerosoles y nubes estratosféricas polares

Resumen

El interés por profundizar en mecanismos de nucleación de los agregados y de las nubes estratosféricas polares, responsables de la destrucción del ozono estratosférico, ha sido la motivación para realizar los cálculos de agregados mediante la teoría del funcional de la densidad (DFT) en esta tesis, para obtener estructuras optimizadas viables en las condiciones estratosféricas. En la parte de la Introducción, se describen los procesos de nucleación y reacciones producidas en los aerosoles, y en las nubes estratosféricas polares, qué componentes intervienen, en qué condiciones atmosféricas se calculan, los experimentos y trabajos teóricos previamente desarrollados. En esta tesis se han calculado estructuras moleculares ¿trímeros¿ formadas por tres monómeros de los ácidos HCl, HNO3 y H2SO4, grupos denominados CNS y CSN; otras estructuras con los monómeros H2O, HNO3 y H2SO4 denominados WNS y WSN; y los pentahidratos de los agregados de WNS y WSN más estables: [WNS/WSN]+5W; además, otro grupo únicamente formado por hexámeros, dihexámeros, y trihexámeros de moléculas de H2O, denominados HW, 2HW y 3HW. En la parte de Metodología se realiza una descripción de los métodos teóricos que se han utilizado para los cálculos teóricos de monómeros, trímeros, hexámeros, etc. de los agregados presentados en esta tesis, como son el método Hartree-Fock, y el método coupled-cluster, pertenecientes a los basados en la función de onda; y el método híbrido B3LYP basado en la densidad electrónica. Con éste último método se han optimizado todas las estructuras presentadas en esta tesis; además, se han predicho sus espectros de IR, obtenido sus frecuencias armónicas reales y se han confirmado los mínimos en cada superficie de energía potencial. En el apartado de la Metodología también se determinan las ecuaciones de nucleación, de energía electrónica relativa, de la energía libre de Gibbs relativa y de reacción, y la ecuación de la constante de enfriamiento de los agregados en condiciones de temperaturas estratosféricas. En el apartado de Resultados y discusión los agregados optimizados son analizados y comparados con datos experimentales y teóricos existentes en la bibliografía. Así mismo se han estudiado las energías electrónicas relativas y las estabilidades relativas y de reacción de todas las geometrías optimizadas conseguidas a 298 K, y a 210 K, 195 K y 188 K, comprobando que varias estructuras moleculares de los diferentes grupos permanecen relativamente estables a todas las temperaturas consideradas. Así como el comportamiento de los agregados al producirse un enfriamiento de la temperatura, desde 298 K hasta 188 K que confirma una constante de enfriamiento, Kcooling, con un valor constante para cada grupo de agregados. En la parte de las Conclusiones se destacan el número de agregados obtenidos, sus características químico-físicas, los espectros de IR, los parámetros intra-, e inter-monoméricos, las características geométricas, como facetas, etc., resultados en consonancia con los datos experimentales. En el apartado de Referencias y bibliografía se especifican todos los artículos y documentos referenciados a lo largo del texto de la tesis. Por último, en el Apéndice se explicitan todas las geometrías conseguidas, sus espectros de IR con sus frecuencias de vibración, y sus parámetros inter-, e intra-monoméricos de cada estructura ternaria, así como de los hidratos correspondientes. Se adjuntan, también, los tres artículos publicados resultantes, hasta ahora, de esta tesis.