Molecular models of natural organic matter and its colloidal aggregation in aqueous solutions: Challenges and opportunities for computer simulations

Pure and Applied Chemistry

Volumn 85, Issue 1, 2013, Pages 149-158

  Kalinichev, Andrey G ^a,b  

^a SUBATECH   (France)

^b MICHIGAN STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Aggregation; Environmental chemistry; Molecular dynamics; Natural organic matter; Soil; Solution chemistry

Indexed keywords

CHEMICAL PROCESS; COLLOIDAL AGGREGATION; COMPUTATIONAL MOLECULAR MODELING; ENVIRONMENTAL CHEMISTRY; EXPERIMENTAL OBSERVATION; MD SIMULATION; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; MOLECULAR PROCESS; NATURAL ORGANIC MATTERS; ORGANIC SPECIES; SOLUTION CHEMISTRY;

AGGLOMERATION; BIOLOGICAL MATERIALS; COMPUTATIONAL CHEMISTRY; GROUNDWATER; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MODELING; SOILS; SOLUTIONS;

COMPUTER SIMULATION;

EID: 84873019960     PISSN: 00334545     EISSN: 13653075     Source Type: Journal    
DOI: 10.1351/PAC-CON-12-05-11     Document Type: Article

References (73)

1. F. J. Stevenson. Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions, John Wiley, New York (1994).
2. G. Sposito. The Surface Chemistry of Soils, Oxford University Press, New York (1989).
3. A. Piccolo. Adv. Agronomy 75, 57 (2002).
4. R. L. Wershaw. Evaluation of conceptual models of natural organic matter (humus) from a consideration of the chemical and biochemical processes of humification. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2004-5121, Reston, VA (2004).
5. J. A. Leenheer. Ann. Environ. Sci. 3, 1 (2009).
6. I. V. Perminova, F. H. Frimmel, A. V. Kudryavtsev, N. A. Kulikova, G. Abbt-Braun, S. Hesse, V. S. Petrosyan. Environ. Sci. Technol. 37, 2477 (2003).
7. R. S. Swift. Soil Sci. 164, 790 (1999).
8. J. A. Leenheer, J.-P. Croué. Environ. Sci. Technol. 37, 18A (2003).
9. R. Sutton, G. Sposito. Environ. Sci. Technol. 39, 9009 (2005).
10. A. Simpson, W. Kingery, M. Hayes, M. Spraul, E. Humpfer, P. Dvortsak, R. Kerssebaum, M. Godejohann, M. Hofmann. Naturwissenschaften 89, 84 (2002).
11. E. M. Peña-Méndez, D. Gajdošová, K. Novotná, P. Prošek, J. Havel. Talanta 67, 880 (2005).
12. G. E. Schaumann. J. Plant Nutr. Soil Sci. 169, 145 (2006).
13. G. E. Schaumann, S. Thiele-Bruhn. Geoderma 166, 1 (2011).
14. J. Buffle. Complexation Reactions in Aquatic Systems: An Analytical Approach, Ellis Horwood, Chichester (1988).
15. E. Tipping. Cation Binding by Humic Substances, Cambridge University Press, Cambridge (2002).
16. J. D. Ritchie, E. M. Perdue. Geochim. Cosmochim. Acta 67, 85 (2003).
17. A. Kirishima, K. Tanaka, Y. Niibori, O. Tochiyama. Radiochim. Acta 90, 555 (2002).
18. T. Kubota, O. Tochiyama, K. Tanaka, Y. Niibori. Radiochim. Acta 90, 569 (2002).
19. N. A. Wall, G. R. Choppin. Appl. Geochem. 18, 1573 (2003).
20. S. Sachs, G. Bernhard. J. Radioanal. Nucl. Chem. 290, 17 (2011).
21. F. Claret, T. Schäfer, A. Bauer, G. Buckau. Sci. Total Environ. 317, 189 (2003).
22. A. Courdouan, I. Christl, S. Meylan, P. Wersin, R. Kretzschmar. Appl. Geochem. 22, 1537 (2007).
23. A. Courdouan, I. Christl, S. Meylan, P. Wersin, R. Kretzschmar. Appl. Geochem. 22, 2926 (2007).
24. B. Grambow. J. Contam. Hydrol. 102, 180 (2008).
25. H. Geckeis, T. Rabung. J. Contam. Hydrol. 102, 187 (2008).
26. T. Schäfer, M. A. Denecke. AIP Conf. Proceed. 1221, 181 (2010).
27. C. Jucker, M. M. Clark. J. Membr. Sci. 97, 37 (1994).
28. S. K. Hong, M. Elimelech. J. Membr. Sci. 132, 159 (1997).
29. K. J. Howe, M. M. Clark. Environ. Sci. Technol. 36, 3571 (2002).
30. Q. L. Li, M. Elimelech. Environ. Sci. Technol. 38, 4683 (2004).
31. S. Lee, M. Elimelech. Environ. Sci. Technol. 40, 980 (2006).
32. W. Y. Ahn, A. G. Kalinichev, M. M. Clark. J. Membr. Sci. 309, 128 (2008).
33. H. R. Schulten, M. Schnitzer. Naturwissenschaften 80, 29 (1993).
34. J. D. Kubicki, S. E. Apitz. Org. Geochem. 30, 911 (1999).
35. D. Frenkel, B. Smit. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, Academic Press, San Diego (2002).
36. H. R. Schulten, M. Schnitzer. Soil Sci. 162, 115 (1997).
37. H. R. Schulten. J. Anal. Appl. Pyrolysis 49, 385 (1999).
38. R. Sutton, G. Sposito, M. S. Diallo, H. R. Schulten. Environ. Toxicol. Chem. 24, 1902 (2005).
39. A. Porquet, L. Bianchi, S. Stoll. Colloids Surf., A 217, 49 (2003).
40. T. Vu, A. Chaffee, I. Yarovsky. Mol. Simul. 28, 981 (2002).
41. S. M. Shevchenko, G. W. Bailey, L. G. Akim. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 460, 179 (1999).
42. S. M. Shevchenko, G. W. Bailey. Supramol. Sci. 5, 143 (1998).
43. J. A. Leenheer, G. K. Brown, P. MacCarthy, S. E. Cabaniss. Environ. Sci. Technol. 32, 2410 (1998).
44. M. S. Diallo, A. Simpson, P. Gassman, J. L. Faulon, J. H. Johnson, W. A. Goddard, P. G. Hatcher. Environ. Sci. Technol. 37, 1783 (2003).
45. G. Davies, A. Fataftah, A. Cherkasskiy, E. A. Ghabbour, A. Radwan, S. A. Jansen, S. Kolla, M. D. Paciolla, L. T. Sein, W. Buermann, M. Balasubramanian, J. Budnick, B. S. Xing. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 4047 (1997).
46. L. T. Sein, J. M. Varnum, S. A. Jansen. Environ. Sci. Technol. 33, 546 (1999).
47. X. Xu, A. G. Kalinichev, R. J. Kirkpatrick. Geochim. Cosmochim. Acta 70, 4319 (2006).
48. A. G. Kalinichev, R. J. Kirkpatrick. Eur. J. Soil Sci. 58, 909 (2007).
49. E. Iskrenova-Tchoukova, A. G. Kalinichev, R. J. Kirkpatrick. Langmuir 26, 15909 (2010).
50. A. G. Kalinichev, E. Iskrenova-Tchoukova, W.-Y. Ahn, M. M. Clark, R. J. Kirkpatrick. Geoderma 169, 27 (2011).
51. W. Y. Ahn, A. G. Kalinichev, M. M. Clark. Geochim. Cosmochim. Acta 72 (Suppl.), A10 (2008).
52. A. J. A. Aquino, D. Tunega, H. Pasalic, G. Haberhauer, M. H. Gerzabek, H. Lischka. Chem. Phys. 349, 69 (2008).
53. A. J. A. Aquino, D. Tunega, G. E. Schaumann, G. Haberhauer, M. H. Gerzabek, H. Lischka. J. Phys. Chem. C 113, 16468 (2009).
54. A. J. A. Aquino, D. Tunega, G. E. Schaumann, G. Haberhauer, M. H. Gerzabek, H. Lischka. Int. J. Quant. Chem. 111, 1531 (2011).
55. A. J. A. Aquino, D. Tunega, H. Pasalic, G. E. Schaumann, G. Haberhauer, M. H. Gerzabek, H. Lischka. Environ. Sci. Technol. 45, 8411 (2011).
56. A. J. A. Aquino, D. Tunega, H. Pasalic, G. E. Schaumann, G. Haberhauer, M. H. Gerzabek, H. Lischka. Geoderma 169, 20 (2011).
57. M. K. Armbruster, B. Schimmelpfennig, M. Plaschke, J. Rothe, M. A. Denecke, R. Klenze. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 169, 51 (2009).
58. G. M. Roger, S. Durand-Vidal, O. Bernard, G. Mériguet, S. Altmann, P. Turq. Colloids Surf., A 356, 51 (2010).
59. S. Cabaniss, G. Madey, L. Leff, P. Maurice, R. Wetzel. Biogeochemistry 86, 269 (2007).
60. C. Rey-Castro, S. Mongin, C. Huidobro, C. David, J. Salvador, J. L. Garcés, J. Galceran, F. Mas, J. Puy. Environ. Sci. Technol. 43, 7184 (2009).
61. M. Brigante, G. Zanini, M. Avena. Colloids Surf., A 294, 64 (2007).
62. A. Nebbioso, A. Piccolo. Environ. Sci. Technol. 43, 2417 (2009).
63. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, J. Hermans. In Intermolecular Forces, B.Pullman (Ed.), pp. 331-342, Reidel, Dordrecht (1981).
64. J. Åquist. J. Phys. Chem. 94, 8021 (1990).
65. D. H. Kitson, A. T. Hagler. Biochemistry 27, 5246 (1988).
66. A. D. MacKerell, D. Bashford, M. Bellott, R. L. Dunbrack, J. D. Evanseck, M. J. Field, S. Fischer, J. Gao, H. Guo, S. Ha, D. Joseph-McCarthy, L. Kuchnir, K. Kuczera, F. T. K. Lau, C. Mattos, S. Michnick, T. Ngo, D. T. Nguyen, B. Prodhom, W. E. Reiher, B. Roux, M. Schlenkrich, J. C. Smith, R. Stote, J. Straub, M. Watanabe, J. Wiorkiewicz-Kuczera, D. Yin, M. Karplus. J. Phys. Chem. B 102, 3586 (1998).
67. D. A. Case, T. A. Darden, T. E. Cheatham III, C. L. Simmerling, J. Wang, R. E. Duke, R. Luo, K. M. Merz, D. A. Pearlman, M. Crowley, R. C. Walker, W. Zhang, B. Wang, S. Hayik, A. Roitberg, G. Seabra, K. F. Wong, F. Paesani, X. Wu, S. Brozell, V. Tsui, H. Gohlke, L. Yang, C. Tan, J. Mongan, V. Hornak, G. Cui, P. Beroza, D. H. Mathews, C. Schafmeister, W. S. Ross, P. A. Kollman. AMBER 9, University of California, San Francisco (2006).
68. W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. D. Madura, R. W. Impey, M. L. Klein. J. Chem. Phys. 79, 926 (1983).
69. P. Kollman. Chem. Rev. 93, 2395 (1993).
70. D. A. McQuarrie. Statistical Mechanics, University Science Books, Sausalito, CA (2000).
71. M. Baalousha, M. Motelica-Heino, P. L. Coustumer. Colloids Surf., A 272, 48 (2006).
72. M. S. Diallo, C. J. Glinka, W. A. Goddard, J. H. Johnson. J. Nanopart. Res. 7, 435 (2005).
73. M. W. I. Schmidt, M. S. Torn, S. Abiven, T. Dittmar, G. Guggenberger, I. A. Janssens, M. Kleber, I. Kogel-Knabner, J. Lehmann, D. A. C. Manning, P. Nannipieri, D. P. Rasse, S. Weiner, S. E. Trumbore. Nature 478, 49 (2011).