Riassunto analitico
Questo lavoro di tesi verte sullo studio computazionale della reazione di idrolisi di ossidi di boro. L’ossido borico, B2O3, è classificato come ossido formatore in quanto è in grado di formare una struttura vetrosa di per sè, ed è il l’unico componente presente nei vetri boratici puri, o il maggior componente nelle altre tipologie di vetri boratici. A causa delle molteplici unità strutturali che il boro forma con l’ossigeno nei vetri boratici, come anelli boroxoli, gruppi pentaborati, triborati e diborati, per lo studio computazionale è stata scelta una molecola modello, di formula B2O(OH)4, per studiare il meccanismo della reazione di idrolisi che porta alla dissoluzione del network tridimensionale vetroso. La molecola B2O(OH)4 è stata fatta reagire con lo ione H3O+ per indagare la reazione di idrolisi in ambiente acquoso acido, e lo scopo è stato quello di studiare il meccanismo di tale reazione con metodi quanto-meccanici ab initio per individuare le configurazioni degli stati coinvolti nella reazione e per calcolare le barriere energetiche che caratterizzano il percorso della reazione. Successivamente, sono state inserite nel sistema anche 1 o 2 molecole di acqua per studiare come variano le energie degli stati d’interesse ponendo nel sistema in esame queste molecole di acqua esplicite, e i risultati ottenuti sono stati confrontanti con i dati di letteratura a disposizione ottenuti a diversi livelli di teoria. Il primo capitolo di questa tesi tratta una breve introduzione sui vetri, focalizzandosi in particolare sui vetri boratici, per poi illustrare lo stato dell’arte della conoscenza teorica sugli eventi che occorrono all’interfaccia tra un vetro borosilicatico e acqua, e infine, viene presentato lo scopo del lavoro di tesi. Nel secondo capitolo vengono brevemente descritti i metodi teorici che fungono da fondamenta per lo svolgimento dello studio computazionale. Il terzo capitolo riporta i risultati conseguiti durante l’investigazione, illustrando le geometrie delle configurazioni trovate nello svolgersi della reazione e le barriere energetiche del percorso della reazione; inoltre, è riportato lo studio (precedente al lavoro di tesi) della reazione di idrolisi della molecola B2O(OH)4 in ambiente neutro, per dimostrare che in ambiente acido la reazione è più favorita. Infine, il quarto capitolo riporta le conclusioni del lavoro di tesi e delinea eventuali studi futuri che consentirebbero di espandere la conoscenza sui meccanismi teorici della dissoluzione dei vetri boratici.
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