Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE PIGMENTOS CERÂMICOS DE TUNGSTATO DE COBALTO
AUTORES: Nunes, E.D. (IF SERTÃO-PE) ; Cavalcante, L.S. (UESPI) ; Santos, M.R.M.C. (UFPI) ; Alcântara, A.F.P. (IF SERTÃO-PE)
RESUMO: Os pigmentos cerâmicos são estruturas inorgânicas capazes de manter a coloração
estável mesmo quando expostos a altas temperaturas. O presente trabalho apresenta
a obtenção de pós cerâmicos pigmentantes de tungstato de cobalto (CoWO4) através
do método da co-precipitação em meio aquoso. Em seguida as suspensões obtidas
foram tratadas hidrotermicamente a uma temperatura de 170 ºC por diferentes tempos
a fim de se detectar o efeito do tempo de processamento hidrotérmico na evolução
das fases cristalinas do material. A organização estrutural dos pós de CoWO4 foi
determinada por meio de difração de raios-X (DRX) e refinamento de Rietveld.
Observou-se que à medida que se eleva o tempo do processo hidrotermal o grau de
cristalização dos pós pigmentantes obtidos também aumenta.
PALAVRAS CHAVES: Tungstato de cobalto; processo hidrotermal; DRX.
INTRODUÇÃO: Os tungstatos metálicos são importantes óxidos metálicos ternários do tipo ABO4
que apresentam um alto potencial de aplicações tecnológicas, por conta do seu
poder catalítico e propriedades luminescentes (Zhen et al., 2008). Devido a
estas propriedades, os tungstatos têm despertado grande interesse na área de
pesquisa tecnológica. Pigmentos cerâmicos são pós à base de óxidos inorgânicos
que possuem coloração estável, mesmo quando exposto a altas temperaturas (Lopes,
2004). Portanto, o CoWO4 é potencialmente aplicado para colorir materiais que
sejam expostos a altas temperaturas, pois possui alta resistência térmica e a
ataque de agentes químicos, permanecendo com a coloração intacta.
Diferentes técnicas de preparação têm sido empregadas para obtenção de
tungstatos, como é o caso de deposição por laser pulsado (Huang e Jia, 2003),
Czochralski (Ling et al., 2006) e precursores poliméricos (Orhan et al., 2005).
Geralmente, são requeridos materiais muito sofisticados para que esses métodos
possam ser empregados, assim como altas temperaturas por longos períodos de
tempo, grande quantidade de precursores e alto consumo elétrico (Guo e Kleppa,
1996). No entanto, novos métodos de síntese para a obtenção de materiais em nano
e microescala com diversas morfologias têm sido desenvolvidos como, por exemplo,
o método hidrotérmico (Liu e Chu, 2005).
Esse trabalho tem como objetivo produzir pós cerâmicos pigmentantes de CoWO4
através do método de co-precipitação seguido de processo hidrotermal, bem como
observar o efeito do tempo de processamento térmico na estrutura cristalina do
material. A caracterização da organização estrutural do material foi realizada
por meio de DRX.
MATERIAL E MÉTODOS: As sínteses dos pós de CoWO4 foram realizadas por co-precipitação em meio
aquoso, à temperatura ambiente. Os precursores utilizados nas sínteses foram
Tungstato de sódio dihidratado, Na2WO4.2H2O (Vetec, 100%) e Nitrato de
cobalto(II) hexahidratado, Co(NO3)2.6H2O (Dinâmica, 98%).
O procedimento empregado na obtenção destes pigmentos foi o seguinte: foram
misturados 50 mL de uma solução contendo 5 mmol de tungstato de sódio a 50 mL de
uma solução contendo 5 mmol de nitrato de cobalto(II).A mistura resultante foi
submetida à agitação magnética por 30 minutos, à temperatura ambiente. Em
seguida, o conteúdo foi transferido para um reator de Teflon, que por sua vez
foi colocado dentro de uma autoclave. A mesma foi fechada e colocada dentro de
uma estufa a 170 °C por diferentes tempos. Foram realizadas quatro sínteses com
diferentes tempos de processamento hidrotérmico (1,5; 3,0; 6,0 e 12 horas). Após
o processamento, a autoclave foi resfriada, o teflon foi retirado e o
precipitado foi lavado diversas vezes. Posteriormente, o precipitado lavado foi
submetido à secagem em estufa convencional a 65 °C por algumas horas.
Para a difração de raio-x, os materiais foram analisados em um equipamento
Rigaku-DMax, modelo 2500PC, de origem japonesa, com radiação Cu-Kα (λ = 1,5406
Å) e monocromador de grafite. Os ensaios foram feitos com uma taxa de varredura
2°/min, na região de 5 a 75º. Os difratogramas das amostras foram comparados com
as fichas JCPDS-ICDD (“Joint Committee on Powder Diffraction Standarts –
International Center of Diffraction Data”) disponíveis no software do
equipamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Fig. 1 mostra os padrões de DRX para os pós de CoWO4 processados em sistema
hidrotérmico durantes variados tempos. Para os pós processados por 1,5 h
observa-se que o material é amorfo, apesar de exibir os picos (200) e (-202) bem
definidos. Os pós processados por 3,0 h apresentam-se consideravelmente
desordenados a longo alcance. No entanto, quando comparados aos pós tratados por
1,5 h, percebe-se que apresentam os picos de difração de estrutura cristalina
(001) e (-111) bem definidos. Para os pós processados durante 6,0 h, todos os
picos foram indexados com o sistema monoclínico de acordo com o cartão JCPDS Nº
15-0867 (ICDD, 2001). Fases cristalinas intermediárias não foram observadas. Os
picos de difração dos pós preparados após 12 h de processamento são ainda mais
intensos. Para confirmação de que os pós obtidos são realmente monoclínicos, um
refinamento estrutural pelo método Rietveld foi realizado. Os parâmetros de
rede, volume de célula unitária e posições atômicas foram obtidas pelo programa
Maud, versão 2.26. Os resultados do refinamento Rietveld mostraram uma boa
concordância entre os picos de DRX observados experimentalmente e os calculados
teoricamente apresentando um sistema de cristalização monoclínico tipo
wolframita. Uma representação esquemática da célula unitária de CoWO4 modelada
de acordo com os dados do refinamento Rietveld está ilustrada na Fig. 2. Esta
célula foi modelada utilizando o programa Visualization for Electronic and
Structural Analysis (VESTA) versão 3.1.2 64-bit Edição para Windows 7. Nesta
célula unitária os átomos de Co- e W- estão coordenados a seis átomos de O-
formando clusters [CoO6] e [WO6] com configuração octaédrica. Estes clusters são
distorcidos dentro da matriz e compostos por poliedros com 6 vértices, 8 faces e
12 arestas.
FIGURA 1
FIGURA 1 - Padrões de DRX para os pós cerâmicos
pigmentantes de CoWO4 processados em sistema
hidrotérmico durantes variados tempos
FIGURA 2
FIGURA 2 - Representação esquemática da célula
unitária monoclínica de CoWO4 ilustrando as
distorções dos clusters octaédricos [CoO6] e [WO6]
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos permitem verificar que: os pós de CoWO4 podem ser
sintetizados com sucesso pela metodologia utilizada; à medida que é aumentado o
tempo de processamento térmico, aumenta-se também o grau de organização estrutural
das amostras de CoWO4;os padrões de DRX e os cálculos de refinamento Rietveld
mostram que os pós apresentam sistema de cristalização monoclínico tipo
wolframita.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos ao IF Sertão-PE/Campus Ouricuri e LIMAV/UFPI pelo apoio concedido.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GUO, Q.; KLEPPA, O. J. Thermochim. Acta, v. 288 53-61, 1996.
HUANG, J. Y.; JIA, Q. X. Thin Solid Films, v. 444, 95-98, 2003.
Joint Committee on Powder Diffraction Standards 2001, Diffraction Data File, Nº. 15-0867, International Centre for Diffraction Data (ICDD, formerly JCPDS), Newtown Square, PA.
LING, Z.C.; XIA, H.R.; RAN, D.G.; LIU, F.Q.; SUN, S.Q.; FAN, J.D.; ZHANG, H.J.; WANG, J.Y.; YU, L.L Chem. Phys. Lett., v. 426, 85-90, 2006.
LIU, Y.; CHU, Y. Mater. Chem. Phys., v. 92, 59-63, 2005.
LOPES, K.P. Desenvolvimento de Pigmentos Nanométricos Encapsulados. São Carlos, Programa de Pós-Graduação em Química – UFSCar, 2004. Dissertação de mestrado, 77 p.
ORHAN, E.; ANICETE-SANTOS, M.; MAURERA, M. A. M. A.; PONTES, F. M.; PAIVA-SANTOS, C. O.; SOUZA, A. G.; VARELA, J. A.; PIZANI, P. S.; Longo, E. Chem. Phys., v. 312, 1-9, 2005.
ZHEN, L.; WANG, W.S.; XU, C.Y.; SHAO, W.Z.; QIN, L.C. Materials Letters, v. 62, p. 1740–1742, 2008.