ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: PREPARAÇÃO E DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA DE COPRECIPITADOS PARA OBTENÇÃO DE ZrTiO4
AUTORES: ZOREL JR., H.E. (UTFPR) ; BORGES, R. (UTFPR)
RESUMO: O estudo de novas rotas para obtenção de óxidos cerâmicos é objeto de estudos de diversos pesquisadores. Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos na preparação e decomposição térmica de coprecipitados de 5-nitro-8-hidroxiquinolinatos de titânio e de zircônio, utilizados como uma nova rota para obtenção de ZrTiO4. Verificou-se por MEV que a homogeneidade dos coprecipitados é altamente influenciada pela temperatura e o pH da solução. Embora a diferença na homogeneidade não tenha conduzido a comportamentos térmicos diferentes dos coprecipitados, avaliados por TG e DTA, observou-se diferença significativa nas características morfológicas dos óxidos mistos obtidos, como tamanho e homogeneidade das partículas.
PALAVRAS CHAVES: decomposição térmica, zrtio4, coprecipitados
INTRODUÇÃO: As várias rotas atualmente utilizadas como reação no estado sólido, síntese sol-gel, técnicas de precipitação possibilitam diversas alterações tanto em relação aos reagentes de partida como no mecanismo de preparação, onde diversos fatores como temperatura, pH, meio reacional, agitação, seqüência, concentração e razão de adição dos reagentes, podem influenciar na pureza, homogeneidade, forma e tamanho das partículas, determinando as propriedades do material final. A rota de precipitação química tem sido muito utilizada na preparação de pós cerâmicos, em função dos diversos parâmetros que podem ser controlados, possibilitando a obtenção de compostos com alto grau de pureza e homogeneidade. A técnica consiste em formar compostos em solução, os quais são precipitados em função da alteração das condições do meio reacional como o pH, ou das propriedades do composto, como solubilidade do meio. O quelante 5-nitro-8-hidroxiquinolina (5N8Q), obtido pela nitração da 8-hidroxiquinolina, apresenta algumas características interessantes para obtenção de coprecipitados, como: baixa seletividade, alta estabilidade e baixa solubilidade em solução, o que permite a obtenção de quelatos sólidos com diversos metais e com estequiometria bem definida, conduzindo à um melhor controle da proporção dos metais na obtenção de óxidos mistos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é introduzir a 5N8Q como novo agente quelante na preparação de coprecipitados, relacionando a influência das condições de obtenção destes com seu comportamento de decomposição térmica e as características morfológicas dos óxidos.
MATERIAL E MÉTODOS: A preparação dos quelatos mistos foi realizada por coprecipitação, variando-se a temperatura (40 e 03°C) e o pH da solução (variável e estável). A preparação em pH variável consiste em dissolver o quelante em acetona, baixar o pH próximo a zero com a adição de ácido nítrico, adicionar a solução contendo os cátions Ti4+ e Zr4+ na proporção 1:1 seguida da elevação do pH com solução aquosa de amônia até precipitação total dos quelatos metálicos. A preparação em pH estável consiste em, após dissolução do quelante em acetona, elevar o pH a 8 pela adição de solução aquosa de amônia, seguida da adição simultânea da solução contendo os cátions Ti4+ e Zr4+ e de solução aquosa de amônia, de forma lenta e mantendo o pH estável. Após as precipitações os quelatos metálicos foram filtrados, lavados e secos em estufa de circulação forçada a 60°C por 24 horas e armazenados em dessecador. Cada relação pH/temperatura foi preparada três vezes para estudo de repetibilidade do processo quanto a composição dos coprecipitados. Os quelatos foram analisados por Análise Elementar para determinação de C, H e N, utilizando analisador elementar da CE Instruments, modelo EA 1110-CHNS-O, Termogravimetria e Análise Térmica Diferencial, utilizando módulo de análise térmica simultâneo, SDT 2960 da TA Instruments, e por Microscopia Eletrônica de Varredura, utilizando microscópio JEOL JSM – T330.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Pelos resultados obtidos por análise elementar observou-se que as condições de preparação dos quelatos metálicos não influenciaram de forma significativa na estequiometria dos compostos, os quais apresentaram teores de C, N e H bastante próximos entre si e indicam que o coprecipitado final é uma mistura dos quelatos individuais hidratados de titânio e de zircônio, ou seja, TiO(5N8Q)2 e ZrO(5N8Q)2.
Através da microscopia, observou-se que, embora seja mantida a estequiometria, os coprecipitados apresentam diferenças entre o tamanho e grau de aglomeração das partículas, atribuídas pelas diferentes condições de coprecipitação, com o coprecipitado obtido a 40°C e pH variável apresentando maior homogeneidade na distribuição das partículas.
O estudo de decomposição térmica, realizado sob atmosfera de ar sintético e taxa de aquecimento de 10°C min-1, indica uma pequena diferença no comportamento térmico, atribuído às condições de obtenção dos coprecipitados. Com base nas curvas TG, figura 1, a primeira etapa de perda de massa é atribuída à desidratação e as demais à decomposição/oxidação dos compostos anidros. Observa-se ainda que o composto obtido a 40°C e pH variável apresenta temperatura final de decomposição térmica inferior aos demais. Este comportamento é atribuído à maior homogeneidade na distribuição das partículas, como verificado pela microscopia. Por análise térmica diferencial observou-se que a quantidade de energia liberada no processo de decomposição é maior para a condição de coprecipitação anteriormente citada.
Fig.1
Observou-se por microscopia que o óxido ZrTiO4 obtido pela decomposição térmica do coprecipitado preparado a 40°C e pH variável apresenta melhor homogeneidade no tamanho e distribuição de partículas, as quais apresentaram tamanho médio de 100 nm
CONCLUSÕES: Através dos resultados obtidos pode-se concluir que as condições de meio reacional como pH e temperatura para obtenção dos coprecipitados, influenciam no comportamento de decomposição térmica destes e nas características finais dos óxidos. Dos sistemas estudados, a melhor condição de obtenção dos coprecipitados foi a 40°C e pH variável, uma vez que temperatura final de decomposição foi menor, a quantidade de energia liberada foi maior e a homogeneidade no tamanho e distribuição das partículas foi maior.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a FAPESP pelo apoio.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ZOREL Jr., H. E.; COSTALONGA, A. G. C.; CRESPI, M. S.; RIBEIRO, C. A. 2001. Comportamento térmico do 8-quinolinol e seus nitro-derivados. Química Nova, 24 (5), 599-603.
ZOREL Jr., H. E.; CRESPI, M. S.; RIBEIRO, C. A. 2003. Thermal Behavior and Decomposition Kinetics of theof the Ti (IV), Zr (IV) and Pb (II) Complexes with 5-nitro-8-hydroxyquinoline in the Solid State. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 72, 507-514.
