Estudo teórico e experimental das propriedades estruturais, ópticas e eletrônicas do CaCO3 nas fases calcita, aragonita e vaterita
Carbonato de cálcio; Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Estrutura eletrônica. Estrutura de bandas. Aproximação de Fase Aleatória (RPA). Propriedades ópticas.
Os polimorfos de carbonato de cálcio (CaCO3) constituem sistemas de grande interesse na ciência dos materiais devido às suas propriedades ópticas e à sua ampla ocorrência em ambientes naturais e industriais. Neste trabalho, investigaram-se as propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas das fases calcita, aragonita e vaterita por meio de uma caracterização de primeiros princípios baseada na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). As simulações foram realizadas com o código ABINIT, utilizando o funcional de troca e correlação GGA-PBE e pseudopotenciais ONCVPSP, enquanto a resposta óptica foi obtida no âmbito da Aproximação de Fase Aleatória (RPA). Os resultados teóricos foram comparados com medidas experimentais realizadas por espectroscopia de absorção UV-Vis. Para a calcita, obteve-se um band gap experimental de 5,36 eV, em comparação aos 5,14 eV calculados teoricamente, o que permitiu corroborar a birrefringência dessa fase. A aragonita, por sua vez, apresentou um gap indireto de 4,17 eV e acentuada anisotropia óptica. A vaterita, por ser uma fase metaestável, impôs maiores dificuldades à caracterização experimental; no entanto, a validação do modelo teórico permitiu identificar, como configuração de energia mínima, uma estrutura monoclínica (grupo espacial C121) com 60 átomos na célula unitária e um band gap indireto de 4,98 eV. Essa abordagem teórico-experimental combinada contribui para uma descrição mais completa do polimorfismo do (CaCO3) e abre perspectivas para o desenvolvimento de novas aplicações baseadas em suas propriedades ópticas.