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Explorando las propiedades macroscópicas de las sustancias húmicas utilizando modelado y simulaciones moleculares

Autores: Escalona, Yerko; Petrov, Drazen; Galicia-Andrés, Edgar; Oostenbrink, Chris

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Explorando las propiedades macroscópicas de las sustancias húmicas utilizando modelado y simulaciones moleculares


Categoría

Ciencias Agrícolas y Biológicas

Subcategoría

Agronomía y Ciencia de los Cultivos

Palabras clave

Materia orgánica del suelo
Sustancias húmicas
Simulaciones de dinámica molecular
Composición elemental
Modelo de Materia Orgánica del Suelo de Viena 2
Componentes principales

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 23

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La materia orgánica del suelo (SOM) está compuesta por una mezcla compleja y heterogénea de compuestos orgánicos, lo que representa un desafío para comprenderla a nivel atómico. Basándonos en el progreso de las simulaciones de dinámica molecular y en nuestros esfuerzos por crear sistemas moleculares que se asemejen a la SOM, en este trabajo ampliamos nuestro conocimiento de la SOM mediante el uso de sustancias húmicas (HSs). Específicamente, estudiamos las muestras estandarizadas de HS de la Sociedad Internacional de Sustancias Húmicas (IHSS). Esta sociedad proporcionó la composición elemental y orgánica utilizada como parámetros de entrada para nuestro Modelo de Materia Orgánica del Suelo de Viena 2 (VSOMM2). Modelamos y simulamos diferentes muestras de HS de diversas fuentes, incluyendo suelo, turba, leonardita y río de agua negra. Con el fin de comparar entre diferentes HS, redujimos la información de la composición orgánica a dos componentes principales, que están asociados principalmente con la cantidad de grupos carboxilo y aromáticos en las HS, denominados como PC y PC, respectivamente. Realizamos una gran cantidad de análisis para caracterizar la estructura y dinámica de los sistemas, incluyendo la energía potencial total, densidad, difusión, solvatación preferencial, enlaces de hidrógeno y puentes de sal. En términos generales, con un contenido de agua de 0.2, observamos que la mayoría de las propiedades dependen del estado de protonación del grupo carboxilo. Las interacciones coulombianas de esta especie iónica y la interacción con cationes determinan el comportamiento general de los sistemas estudiados. Además, el tipo de cationes y el pH influyen en esas propiedades. Este estudio ejemplifica la importancia de la dinámica molecular para explicar propiedades macroscópicas a partir de la estructura y dinámica de las moléculas modeladas, como la red de interacción, es decir, enlaces de hidrógeno o puentes de sal de las moléculas presentes en el sistema y su movilidad.

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