ÁREA: Materiais
TÍTULO: Rota alternativa para síntese de materiais cerâmicos com base na reação por combustão
AUTORES: Portela, F. (UFCG) ; Moura, J. (UFCG) ; Sorrentino, A. (UFPB) ; Morais, L. (UFCG) ; Oliveira, J.B.L. (UFRN)
RESUMO: A síntese por reação de combustão esta entre os métodos mais eficientes para obtenção materiais cerâmicos, alem de apresentar um baixo custo de produção. Uma dificuldade comum aos métodos laboratoriais reside no fato dos reagentes apresentarem-se na forma de nitratos, que são muito higroscópicois. Após algumas pesagens estes reagentes podem apresentar aduletração na sua massa decorrente da absorção de água oriunda da umidade do ar. Este trabalho apresenta a síntese da ferrita de níquel, através da reação por combustão, utilizando uma modificação no processo, afim de evitar erros estequiométricos provocados pela adulteração na massa dos reagentes. Os pós obtidos apresentam-se monofásicos, comprovando a validade da modificação introduzida.
PALAVRAS CHAVES: Reação por combustão; ferritas; ferrita de niquel
INTRODUÇÃO: Cerâmicas podem ser definidas como óxidos complexos de metais com estrutura cristalina bem definidas. Nestes materiais, os metais presentes na estrutura, são responsáveis pela manifestação das propriedades elétricas e magnéticas apresentadas pelos dispositivos.
Industrialmente estes materiais são produzido pelo método de mistura de óxidos simples em moinhos de alta energia a temperaturas geralmente superiores a 1000oC. Em escala de laboratório, vários métodos de síntese já estão bem estabelecidos. O método da reação por combustão, desenvolvido originalmente por Jain e Adiga (1981), consiste na mistura de reagentes (geralmente nitratos) dos metais que comporão o sistema e um combustível que após o processo de ignição fornecerá a energia necessária para formação dos produtos cerâmicos desejados. O cálculo da quantidade adequada de combustível para liberação da energia necessária à formação dos produtos é descrito no trabalho dos desenvolvedores do método supra citados.
Em geral, os nitratos de metais de transição são bastante higroscópicos e a manipulação prolongada destes reagentes acaba por introduzir uma quantidade de água, oriunda da umidade do ar, nos frascos dos reagentes. Em geral, para pesagem dos reagentes utiliza-se de balanças analíticas que dispões de precisão de quatro casas decimais do grama. Com isto, qualquer pequena adulteração nas massas dos reagentes pode levar a uma perda de estequiometria da reação resultando em produtos impuros.
Este trabalho apresenta uma modificação no procedimento para síntese via reação por combustão visando contornar a problemática da adulteração na massa dos reagentes devida a higroscopia dos nitratos. Para tanto foi realizada a síntese do espinélio da ferrita de níquel (NiFe2O4).
MATERIAL E MÉTODOS: Para a síntese da ferrita de níquel foram utilizados o nitrato de níquel, nitrato de ferro e a ureia como combustível.
Primeiramente preparou-se separadamente soluções aquosas dos nitratos de ferro e níquel. Por gravimetria foi determinada a concentração de Ni2+ e Fe3+ em cada solução. Para tal determinação, transferiu-se aproximadamente da 3mL solução para um cadinho e anotou-se a massa com precisão de 4 casas decimais. A determinação foi realizada em triplicata. Os cadinhos foram levados à mufla com a seguinte programação de temperatura: 120oC por 3 horas, elevação para 240oC com patamar de 3 horas e por fim elevação para 950oC com patamar de 3 horas. Em todo o processo foi utilizada uma rampa de 5oC/min. Ao final do processo, o óxido do respectivo metal é coletado e através de massa residual chega-se quantidade molar do metal presente na massa inicial de solução. Com isto, os fracos das soluções foram rotulados utilizando como unidade de concentração mols dos metais por grama de solução. Para a pesagem dos reagentes um pequeno copo descartável foi colocado na balança analítica, onde introduzia-se uma volume de solução que ultrapassasse um pouco a massa calculada para a reação. A partir daí reduzia-se a massa do reagente ao valor desejado através da imersão rápida de roletes de papel absorvente. desta forma chegava-se à quantidade requerida com precisão de quatro casas decimais do grama. Os reagentes foram levados a capsula de sílica vítrea e submetidos à chapa aquecedora preaquecida aproximadamente de 500oC. Após uns 25 minutos ocorre a ignição do combustível e a obtenção dos materiais cerâmicos desejados. As amostras foram divididas em duas partes sendo uma delas calcinada a 950oC por 2 horas. Ambas amostras foram submetidas a difração de raios-X.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta o resultado de difração de raios-X das amostras sintetizadas. A amostra FSNA refere-se aos pós obtido direto da reação de combustão enquanto que a amostra FNCA refere-se a amostra que sofreu processo de calcinação a 950oC por 2 horas após a síntese. Ambas amostras apresentam os picos correspondentes a fase da ferrita de níquel desejada embora a amostra FSNA ainda apresente um pequeníssimo pico de hematita. A amostra FSCA (calcinada) apresenta apenas os picos da fase requerida caracterizando um produto monofásico. Com base na largura do pico base das amostras, observa-se que a amostra FSNA apresenta tamanho de cristalito bem menor que a amostra FSCA. Com respeito a intensidade dos picos a amostra FSCA apresenta grau de cristalinidade bem mais acentuados do que a amostra FSNA. É fato bem conhecido que a área de contorno de grão é uma região onde a estrutura cristalina encontra-se de forma desorganizada, alem de ocorrerem insatisfações nas ligações químicas. O aumento no tamnho de partícula tem como consequência direta a redução da área superficial da mesma. Desta forma o incremento no tamnho de partícula observado na amostra FSCA, que teve origem no tratamenteto térmico, justifica o incremento na intensidade dos picos crstalográficos apresentados no difratograma de raios-X da Figura 1.
Figura 1
Difratograma de raios-X: FSNA-amostra não calcinada; FSCA-amostra calcinada.
CONCLUSÕES: Este trabalho mostrou que a modificação introduzida foi bastante eficiente pois obteve-se produtos monofásicos. Por outro lado contornou-se o problema da imprecisão na pesagem dos reagentes devido a higroscopia dos nitratos utilizados como reagente na reação por combustão.
AGRADECIMENTOS: CAPES, CNPQ, UFCG, UFPB
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Jain, S.R.; Adiga, K.C.A.; A new approach to thermochemical calculations
of condensed fuel-oxidizer mixture, Combustion Flame, V.40, p.71-79,
1981
