Minerals as Molecules - Use of Aqueous Oxide and Hydroxide Clusters to Understand Geochemical Reactions

Chemistry - A European Journal

Volumn 15, Issue 18, 2009, Pages 4496-4515

  Casey, William H ^a   Rustad, James R ^a   Spiccia, Leone ^b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b MONASH UNIVERSITY   (Australia)

Author keywords

Geochemistry; Kinetics; Mineralogy; Polyoxometalates; Reaction mechanisms; Water chemistry

Indexed keywords

COMMUNITY IS; COMPLEXATION REACTIONS; EXPERIMENTAL DATUM; EXPERIMENTAL MODELS; GENERAL APPROACHES; GEOCHEMICAL REACTIONS; ISOTOPE EXCHANGES; METALLOENZYMES; MINERAL SURFACES; NANOMETER SIZES; OXIDE IONS; POLYOXOMETALATES; REACTION MECHANISMS; SOLUTION COMPOSITIONS; SOLUTION STRUCTURES; STRUCTURAL MOTIFS; SURFACE REACTIVITIES; THEORETICAL RESULTS; WATER CHEMISTRY;

ALUMINOSILICATES; BIOCHEMISTRY; COMPLEXATION; CRYSTALLOGRAPHY; FORECASTING; FUNCTIONAL GROUPS; FUNCTIONAL POLYMERS; GEOCHEMISTRY; LITHOLOGY; MINERALOGY; OXIDE MINERALS; OXYGEN; REACTION KINETICS; SILICA; STRUCTURAL GEOLOGY; SURFACE REACTIONS;

MINERALS;

EID: 65349153649     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.200802636     Document Type: Article

References (150)

1. J. Wang, J. R. Ruslad, W. H. Casey, Inorg. Chem. 2007, 46, 2962.
2. E. Balogh, A. M. Todea. A. Muller, W. H. Casey. Inorg. Chem. 2007, 46, 7087.
3. W. H. Casey, J. R. Ruslad, Anna. Rev. Earth Planet. Sci. 2007, 55, 21.
4. W. H. Casey, Chem. Rev. 2006, 106, 1.
5. A. P. Novikov, S. N. Kalmykov, S. Utsunomiya, R. C. Ewing. H. Francois, A. Merkulov, S. B. Clark, V. V. Tkachev, B. F. Myasoedov, Science 2006, 314, 638.
6. L. Allouche, F. Taulelle. Inorg. Chem. Commun. 2003, 6, 1167.
7. L. Allouche, C. Gerardin, T. Loiseau, G. Ferey. F. Taulelle. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 112, 521;
8. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 511.
9. J. Rowsell, L. F. Nazar, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122., 3777.
10. M. L. Montero, A. Voigt, M. Teichert, I. Uson, H. W. Roesky, Angew. Chem. 1995, 107, 2761;
11. Angew. Chem. int. Ed. Engl. 1995, 34, 2504.
12. S. M. Bradley, R.A. Kydd. R. F. Howe. J. Colloid Interface Sci. 1993, 159, 405.
13. L. Spiccia, W. H. Casey, Geochim. Cosmochim. Acta 2007, 71, 5590.
14. W. H. Casey, T. W. Swaddle, Rev. Geophys. 2003, 41, 1008.
15. G. A. Seisenbaeva, V. G. Kessler, R. Pazik, W. Strek, Dalton Trans. 2008, 3412.
16. Y. Suzuki. S. D. Kelly. K. M. Kemner. J. F. Banfield, Appl. Environ. Microbiol. 2005, 71, 1790.
17. Y. Suzuki, S. D. Kelly, K. M. Kemner, J. F. Banfield, Nature 2002, 419, 134.
18. Y. Suzuki, J. F. Banfield, Rev. Mineral. 1999, 38, 393.
19. A. Navrotsky, L. Mazeina, J. Majzlan, Science 2008, 319, 1635.
20. Y. Xu, M. A. A. Schoonen, Am. Mineral. 2000, 85, 543.
21. I. Cesar, A. Kay, J. A. Gonzalez Martinez, M. Graetzel. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4582.
22. S. V. Yanina, K. M. Rosso, Science 2008, 320, 218.
23. T. G. Carrell, S. Cohen, G. C. Dismukes, J. Mol. Catal. A 2002, 187, 3.
24. Y. Wang. A. T. Stone, Geochim. Cosmochim. Acta 2006, 70, 4477.
25. K. Sauer, V. K. Yachandra. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 8631.
26. J. W. Moreau, P. K. Weber, M. C. Martin, B. Gilbert, I. D. Hutcheon, J. F. Banfield, Science 2007, 316, 1600.
27. G. A. Waychunas, C. S. Kim, J. F. Banfield, J. Nanopart Res. 2005, 7, 409.
28. J. F. Banfield, H. Zhang. Rev. Mineral. Geochem. 2001, 44, 1.
29. G. Furrer, B. L. Phillips, K. U. Ulrich, R. Pothig. W. H. Casey, Science 2002, 297, 2245.
30. F. M. Michel, L. Ehm, S. M. Antao, P. L. Lee, P. J. Chupas, G. Liu, D. R. Strongin, M. A. A. Schoonen, B. L. Phillips, J. B. Parise, Science 2007, 316, 1726.
31. S. M. Bradley, R. A. Kydd. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1993, 2407.
32. T. Hiemstra. H. Yong. W. H. Van Riemsdijk, Langmuir 1999, 15, 8045.
33. J. R. Rustad, A. R. Felmy, Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 1405.
34. H. Kakihana, M. Kotaka, Bull. Res. Lab. Nucl. React. 1977, 2, 1.
35. T. Oi, Z. Naturforsch. A 2000, 55, 623.
36. T. Oi, J. Nucl. Sci. Technol. 2000, 37, 166.
37. R. E. Zeebe, Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 2753.
38. Y. Liu, J. A. Tossell. Geochim. Cosmochim Acta 2005, 69, 3995.
39. K. Klochko, A. J. Kaufman, W. Yao, R. H. Byrne, J. A. Tossell, Earth Planet. Sci. Lett. 2006, 248, 261.
40. J. R. Rustad, E. J. Bylaska, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2222.
41. M. Pagani, D. Lemarchand, A. Spivack, J. Gaillardet, Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 953.
42. B. Hönisch. N. G. Hemming, B. Loose, Geochim. Cosmochim. Acta 2007, 71, 1636.
43. M. Pagani, A. Spivack, Geochim. Cosmochim. Acta 2007, 71, 1642.
44. J. G. Catalano, P. Fenter, C. Park, Geochim. Cosmochim. Acta 2007, 71, 5313.
45. B. Santra, A. Michaelides, M. Scheffler, J. Chem. Phys. 2007, 127, 1841041.
46. S. S. Xantheas, Chem. Phys. 2000, 258, 225.
47. J. Van de Vondele. E. Mohamed, M. Krack, J. Hutter, M. Sprik. M. Parrinello, J. Chem. Phys. 2005, 122, 014515.
48. M. J. McGrath, J. I. Siepmann, LEW. Kuo, C.J. Mundy, Mol. Phys. 2006, 104, 3619.
49. D. Chandler. Nature 2005, 437, 640.
50. F. P. Rotzinger, H. Stuenzi, W. Marty, Inorg. Chem. 1986, 25, 489.
51. M. R. Grace, L. Spiccia. Polyhedron 1991, 10, 2389.
52. A. Drljaca, L. Spiccia, Polyhedron 1995, 14, 1653.
53. A. Drljaca, L. Spiccia, Polyhedron 1996, 15, 4373.
54. A. Drljaca, L. Spiccia, Polyhedron 1996, 15, 2875.
55. L. Spiccia, W. Marty. Polyhedron 1991, 10, 619.
56. H. Stunzi, E. P. Rolzinger, W. Marty, Inorg. Chem. 1984, 23, 2160.
57. D. T. Richens, The Chemistry of Aqua Ions, Wiley, New York, 1997.
58. S. J. Crimp, L. Spiccia, H. R. Krouse, T. W. Swaddle, Inorg. Chem. 1994, 33, 465.
59. F. C. Xu, H. R. Krouse, T. W. Swaddle, Inorg. Chem. 1985, 24, 267.
60. M. R. Grace, L. Spiccia. Inorg. Chim. Acta 1993, 213, 103.
61. S. J. Crimp, L. Spiccia. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1996, 1051.
62. J. Springborg, Adv. Inorg. Chem. 1988, 32, 55.
63. D.T. Richens, Chem. Rev. 2005, 105, 1961.
64. L. Spiccia, Inorg. Chim. Acta 2004, 357, 2799.
65. L. Spiccia, W. Marty, R. Giovanoli, Inorg. Chem. 1988, 27, 2660.
66. C. J. Yapp, H. Poths, Nature 1992, 355, 342.
67. B. R. Bickmore. I. C. Wheeler, B. Bales, K. L. Nagy, D. L. Eggelt. Geochim. Cosmochim. Acta 2008, 72, 4521.
68. R. H. Yoon, T. Salman, G. Donnay, J. Colloid Interface Sci. 1979, 70, 483.
69. T. Hiemstra, W. H. Van Riemsdijk, M. G. M. Bruggenwert, Neth. J. Agric. Sci. 1987, 35, 281.
70. T. Hiemstra, J. C. M. De Wit, W. H. Van Riemsdijk, J. Colloid Interface Sci. 1989, 133, 105.
71. T. Hiemstra, W. H. Van Riemsdijk, G. H. Bolt, J. Colloid Interface Sci, 1989, 133, 91.
72. T. Hiemstra, W. H. Van Riemsdijk, J. Colloid Interface Sci. 1990, 136, 132.
73. T. Hiemstra, W. H. Van Riemsdijk, Colloids Surf. 1991, 59, 7.
74. B. R. Bickmore, C. J. Tadanier, K. M. Rosso, W. D. Monn. D. L. Eggett, Geochim. Cosmochim. Acta 2004, 68, 2025.
75. B. R. Bickmore, K. M. Rosso, C. J. Tadanier, E. J. Bylaska, D. Doud, Geochim. Cosmochim. Acta 2006, 70, 4057.
76. B. R. Bickmore, K. M. Rosso, S. C. Mitchell, Interface Sci. Technol. 2006, 11, 269.
77. I. D. Brown, D. Altermatt, Acta Crystallogr. Sect. B 1985, 41, 244.
78. D. A. Sverjensky. N. Sahai, Geochim. Cosmochim. Acta 1996, 60, 3773-3797.
79. K. M. Rosso, J. R. Rustad, G. V. Gibbs, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 8133.
80. J. R. Rustad, A. R. Felmy. ACS Symp. Ser. 2001, 789, 113.
81. J. R. Rustad, D. A. Dixon, A. R. Felmy, Geochim. Cosmochim. Acta 2000, 64, 1675.
82. E. Wasserman. J. R. Rustad, A. R. Felmy, Surf Sci. 1999, 424, 19.
83. J. R. Rustad, E. Wasserman, A. R. Felmy, Surf Sci. 1999, 424, 28.
84. J. R. Rustad, D. A. Dixon, K. M. Rosso, A. R. Felmy. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3234.
85. J. P. Fitts, M. L. Machesky, D. J. Wesolowski, X. Shang, J. D. Kubicki, G. W Flynn, T. F. Heinz, K. B. Eisenthal, Chem. Phys. Lett. 2005, 411, 399.
86. B. R. Bickmore, K. M. Rosso, K. L. Nagy, R. T. Cygan, C. J. Tadanier, Clays Clay Miner. 2003, 51, 359.
87. J. R. Rustad, Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 4397.
88. T. Hiemstra, P. Venema, W H. van Riemsdijk, J. Colloid Interface Sci. 1996, 184, 680.
89. W. H. van Riemsdijk, T. Hiemstra, Interface Sci. Technol. 2006, 11, 251.
90. A. R. Felmy, J. R. Rustad, Geochim. Cosmochim. Acta 1998, 62, 25.
91. J. R. Rustad, W. Dzwinel, D. A. Yuen, Rev. Mineral. Geochem. 2001, 44, 191.
92. J. R. Rustad. Rev. Mineral. Geochem, 2001, 42, 169.
93. N. Mikami, M. Sasaki, K. Hachiya, R. D. Astumian, T. Ikeda, T. Yasunaga, J. Phys. Chem. 1983, 87, 1454.
94. T. Ikeda, M. Sasaki, K. Hachiya, R. D. Astumian, T. Yasunaga, Z. A. Schelly, J. Phys. Chem. 1982, 86, 3861.
95. M. Sasaki, M. Moriya, T. Yasunaga, R. D. Astumian, J. Phys. Chem. 1983, 87, 1449.
96. C. H. Langford. H. B. Gray. Ligand Substitution Processes, 2nd ed., Wiley, New York, 1974.
97. J. R. Houston. D. T. Richens, W. H. Casey, Inorg. Chem. 2006, 45, 7962.
98. S. Forde. M. J. Hynes. New J. Chem. 2002, 26, 1029.
99. P. Yu, A. P. Lee, B. L. Phillips, W. H. Casey, Geochim. Cosmochim. Acta 2003, 67, 1065.
100. J. Loring, P. Yu, B. L. Phillips, W. H. Casey, Geochim. Cosmochim. Acta 2004, 68, 2791.
101. P. G. Bolhuis, D. Chandler, C. Dellago. P. L. Geissler. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 55, 291.
102. R. T. Cygan, J.-J. Liang, A. G. Kalinichev, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1255.
103. K. S. Tanwar, J. G. Catalano, S. C. Petitto, S. K. Ghose, P. J. Eng, T. P. Trainor, Surf. Sci. 2007, 601, L59.
104. J. G. Catalano. C. Park, Z. Zhang, P. Fenter. Langmuir 2006, 22, 4668.
105. E. M. Villa, C. A. Ohlin, E. Balogh, T. A. Anderson, M. Nyman, W. H. Casey, Am. J. Sci. 2008, 308, 942.
106. H. T. Evans, A. G. Swallow, W. H. Barnes, J. Am. Chem. Soc. 1964, 86, 4209.
107. F. P. Rotzinger, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 1510.
108. F. P. Rotzinger, Chem. Rev. 2005. 105, 2003.
109. R. J. Evans, J. R. Rustad, W. H. Casey, J. Phys. Chem. A 2008, 112, 4125.
110. H. Erras-Hanauer, T. Clark, R. van Eldik, Coord. Chem. Rev. 2003, 238, 233.
111. A. G. Stack, J. R. Rustad, W. H. Casey, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 23771.
112. Z. Qian, H. Feng, W. Yang. S. Bi, J. Am. Chem, Soc. 2008, 130, 14402.
113. H. Hanauer, R. Puchta, T. Clark, R. Van Eldik, Inorg. Chem. 2007, 46, 1112.
114. A. G. Stack. J. R. Rustad, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16387.
115. M.-M. Rohmer, M. Benard, J-P. Blaudeau. J.-M. Maestre, J.-M. Poblet, Coord. Chem. Rev. 1998, 178, 1019.
116. J. López, J. A. Fernandez, S. Romo, J. F. Paul, L. Kazansky, J. M. Poblet, J. Comput. Chem. 2004, 25, 1542.
117. X. Lopez, C. Nieto-Draghi, C. Bo, B. Avalos Josep, M. Poblet Josep, J. Phys. Chem. 2005, 109, 1216.
118. W. E. Dubbin. G. Sposito, Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2509.
119. A. Badora, G. Furrer, A. Grunwald, R. Schulin, J. Soil Contam. 1998, 7, 573.
120. G. Furrer, B. Trusch, C. Mueller. Geochim. Cosmochim. Acta 1992, 56, 3831.
121. B. Lothenbach, G. Furrer, R. Schulin, Environ. Sci. Technol. 1997, 31, 1452.
122. M. Nachtegaal. A. M. Scheidegger, R. Daehn, D. Chateigner, G. Furrer, Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 4211.
123. T. Liu, B. Imber, E. Diemann, G. Liu, K. Cokleski, H. Li, Z. Chen, A. Mueller, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15914.
124. A. Müller, P. Kogerler, A. W. M. Dress, Coord. Chem. Rev. 2001, 222, 193.
125. A. Müller, S. Sarkar. S. Q. N. Shah, H. Bogge, M. Schmidtmann. S. Sarkar, P. Kogerler, B. Hauptfleisch. A. X. Trautwein, V. Schunemann, Angew. Chem. 1999, 111, 3434;
126. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 58, 3238.
127. B. Botar, P. Koegerler, C. L. Hill, Chem. Commun. 2005, 3138.
128. E. Balogh, T. A. Anderson, J. R. Rustad, M. D. Nyman, W. H. Casey, Inorg. Chem. 2007, 46, 7032.
129. J. R. Black, M. Nyman, W. H. Casey. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14712.
130. P. Comba, L. Helm, Helv. Chim Acta 1988, 71, 1406.
131. E. M. Villa, C. A. Ohlin, E. Balogh, T. M. Anderson, M. D. Nyman, W. H. Casey, Angew. Chem. 2008, 120, 4922;
132. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4844.
133. R. Tagore. R. H. Crabtree, G. W. Brudvig. Inorg. Chem. 2007, 46, 2193.
134. R. Tagore, H. Chen, R. H. Crabtree. G. W. Brudvig, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9457.
135. J. R. Rustad, J. S. Loring. W. H. Casey, Geochim. Cosmochim. Acta 2004, 68, 3011.
136. M. Ardon. A. Bino, Struct. Bonding 1987, 65, 1.
137. S. Nakamura. T. Ozeki, Dalton Trans. 2001, 472.
138. W. G. Klemperer, W. Shum, J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 3544.
139. A. T. Harrison, O. W. Howarth, J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1985, 1953.
140. R. K. Murmann, K. C. Giese, Inorg. Chem. 1978, 17, 1160.
141. E. J. Graeber, B. Morosin, Acta Crystallogr. Sect. B 1977, 33, 2137.
142. K. A. Marek, University of Illinois (Champaign-Urbana), 2001.
143. R. P. Bontchev, M. Nyman, Angew. Chem. 2006, 118, 6822;
144. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 6670.
145. M. Nyman, L. J. Criscenti, F. Bonhomme, M. A. Rodriguez, R. T. Cygan, J. Solid State Chem. 2003, 176, 111.
146. C. A. Ohlin, E. M. Villa, J. C. Fettinger, W. H. Casey, Dalton Trans. 2009, DOI: 10.1039/b900465c, in press.
147. L. Pettersson, B. Hedman, I. Andersson, N. Ingri, Chem. Scrip. 1983, 22, 254.
148. W. H. Casey, H. R. Westrich, Nature 1992, 355, 157.
149. w. H. Casey, J. Colloid Interface Sci. 1991, 146, 586.
150. H. Stunzi, W. Marty, Inorg. Chem. 1983, 22, 2145