Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Analítica
TÍTULO: Caracterização via análise de CHN, TG/DTG/DTA e FTIR da matriz híbrida constituída de N-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenotriamina e tetraetilortosilicato.
AUTORES: Cruz, A.M.F. (UFRN) ; Nascimento, J.M.C. (UFRN) ; Lima, M.S.B. (UFRN) ; Farias, R.F. (UFRN) ; Moura, M.F.V. (UFRN)
RESUMO: A matriz hibrida constituída de N-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenotriamina e tetraetilortosilicato foi sintetizada via processo sol-gel. A matriz foi caracterizada por análise elementar (carbono, hidrogênio e nitrogênio), por análise térmica(TG/DTG/DTA) e espectrometria de infravermelho médio. Tendo como principal objetivo a identificação dos grupos ancorados na matriz.
PALAVRAS CHAVES: matriz híbrida; processo sol-gel; caracterização
INTRODUÇÃO: A sílica gel é um exemplo típico de polímero inorgânico que apresenta em sua composição grupos siloxanos, Si-O-Si como esqueleto fundamental e presença de vários grupos silanóis, Si-OH cobrindo toda a sua superfície (AIROLDI & FARIAS, 2000). Neste polímero inorgânico constituído de tetraetilortosilicato foi ancorado via processo sol-gel, um composto orgânico, N-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenotriamina. Sendo o objetivo da síntese desta matriz sua possível utilização para adsorção de íons metálicos em meio aquoso.
A sílica que é considerada um híbrido contendo siloxanos, é sintetizada pela hidrólise do alcoxissilano, através do processo sol-gel catalisado por meio ácido ou básico (SILVA; AIROLDI, 1997; FARIAS, 2009). O sol é constituído de uma suspensão de partículas coloidais (dimensão entre 1 e 1000 nm) em um líquido e o gel é formado pela estrutura rígida de partículas coloidais (gel coloidal) ou por cadeias poliméricas (gel polimérico) que imobilizam a fase líquida nos seus interstícios (BRINKER; SHERRER, 1990, HIRATSUKA, 1995, JOSÉ, 2005).
A matriz híbrida será futuramente utilizada como substrato para a absorção de íons metálicos em meio aquoso, em que dentre os parâmetros a serem analisados estará a temperatura, fazendo-se necessário um estudo de sua estabilidade térmica.
MATERIAL E MÉTODOS: Na síntese da matriz , misturou-se 60 mL de N-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenotriamina com 150 mL de tetraetilortosilicato, logo após, foram adicionados à mistura 50 mL de hidróxido de amônio a 29%. Tendo o devido cuidado de a cada adição de um novo reagente, a mistura ser agitada vigorosamente com um bastão de vidro. Adicionou 100 mL de água destilada, homogeneizou, ficou em repouso e filtrado à vácuo, seco em estufa.
Os dados de C, H e N foram obtidos em Elementar Analysis Perkin Elmer modelo 2400 série 2. A quantidade de amostra utilizada foi em torno de 2,420 mg.
As técnicas utilizadas para análise térmica foram a de termogravimetria e termogravimetria diferencial. As análises foram realizadas no equipamento do tipo DTG-60H da SHIMADZU, que consiste de um analisador térmico diferencial acoplado a uma termobalança. Para realização das análises foram utilizados cadinhos de platina, massa de amostra de aproximadamente 4,146 mg, razão de aquecimento de 10 °C/mim em atmosfera estática e em atmosfera de nitrogênio com vazão de 50mL/mim. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 1000°C.
O espectro de absorção da matriz na região do infravermelho foi obtido no intervalo da faixa espectral de 4000 a 400 cm-1 em um espectrofotômetro Thermo Nicolet/Nexus 470 FT-IR, com resolução de 4,0 cm-1, com 32 varreduras. Foi empregada para análise, a metodologia da pastilha de brometo de potássio, na qual cada matriz foi pulverizada com brometo de potássio em um almofariz de ágata e prensadas, resultando em pastilha para a obtenção de espectros.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: De acordo com o resultado da análise elementar, foi sugerida a estrutura para a matriz estudada de C5H13N2O3Si17.5H2O. Com a análise elementar de C, H, N, pode-se avaliar a quantidade de grupos imobilizados por unidade de massa da matriz. A Tabela 1 apresenta o resultado da análise elementar para a matriz, sendo obtido os valores teórico percentuais de C=8,39, H=3,22, N=3,92 e os valores experimentais percentuais de C=8,48, H=3,11, N=3,99 a percentagem de H2O foi calculada através do resultado obtido na análise da curva termogravimétrica.
A curva termogravimétrica apresentou três etapas de decomposição térmica: a primeira etapa de perda de massa refere-se à desidratação devido à liberação de moléculas de água adsorvidas na superfície da matriz através de ligações de hidrogênio, sendo esta referente a um pico endotérmico na curva DTA. A segunda perda de massa se refere à decomposição dos grupos orgânicos, ainda nesta segunda etapa apresentaram picos endotérmicos. Na terceira etapa ocorre a condensação dos grupos silanóis, formando novas ligações siloxano, e a liberação de moléculas de água fisissorvidas. Estes resultados estão apresentados na Tabela 2.
Observou-se banda em 3438 cm-1 referente à absorção de aminas primárias, deformação axial assimétrica e simétrica do N-H. Em 1635 cm-1 encontra-se a deformação angular simétrica no plano para as interações de N-H. No intervalo de absorção de 1200 a 1000 cm-1 apresenta-se um sinal de absorção largo e intenso devido a presença de aminas primárias e secundárias com deformação angular simétrica fora do plano. Na região de 700 a 500 cm-1 ocorre deformação angular das interações de C-C (NAKAMOTO, 1986; SILVERSTEIN et al., 2007).
caracterizações
Figuras das caracterizações
CONCLUSÕES: A análise de CHN sugeriu a fórmula estrutural de C5H13N2O3Si17.5H2O.
As curvas TG/DTG e DTA para a matriz híbrida composta de N-[3-(trimetoxisilil)propil]etilenotriamina e tetraetilortosilicato, apresentou bem a decomposição e baixa estabilidade térmica, devendo apenas ser utilizada em temperaturas inferiores a 249 oC.
A caracterização por FTIR identificou as vibrações características dos ligantes, detectando os sucesso da imobilização destas moléculas orgânica na superfície da sílica e confirmar se a estrutura da molécula orgânica é mantida sob as condições de síntese.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CAPES/UFRN.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BRINKER, C. Jeffrey; SCHERER, George. W.; Sol-Gel Science: the physics and chemistry of Sol-Gel Processing, Academic: San Diego, 90, 33, 1990. Disponível em: <http://books.google.com.br/books?hl=pt- BR&lr=&id=V2vRvsTaCwMC&oi=fnd&pg=PR11&dq=Sol-
Gel+Science,+the+Physics+and+Chemistry+of+Sol-Gel+Processing&ots=WLGYcYbfGX&sig=dPdsujCtVfHzpnOHVMnhcSI9L1g#v=onepage&q=&f=false>. Acesso em: 30 mar 2009.
FARIAS, Robson Fernandes. Chemistry on modified oxide and phosphate surfaces – Fundamentals and applications, Academic Press, Amsterdam, 2009.
FLAME ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY – Analytical Methods. Varian Australia Pty Ltd, Australia, 1989.
HIRATSUKA, Renato Satoshi; SANTILI, Celso Valentim; PULCINELLI, Sandra Helena. O processo sol-gel: uma visão físico-química. Quím. Nova [on line]. 1995, vol.18, n.2, 171-180. Disponível em: <http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/1995/vol18n2/v18_n2_08.pdf>.Acessado em: 12 set 2007.
JOSE, Nadia Mamede; PRADO, Luís Antônio Sanchez de Almeida. Materiais híbridos orgânico-inorgânicos: preparação e algumas aplicações. Quím. Nova [on line]. 2005, vol.28, n.2, p. 281-288. ISSN 0100-4042. doi: 10.1590/S0100-40422005000200020. Disponível em: < http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100- 40422005000200020&script=sci_arttext&tlng=pt>. Acesso em: 14 nov 2008.
NAKAMOTO, kazuo. Infrared and raman spectra of inorganic and coordination compounds: Parte A: Theory and applications in inorganic chemistry. 6. ed. Mexico: Wiley, 2009. 419 p. ISBN: 9780471743392.
SILVA, César R.; JARDIM, Isabel C. S. F.; COLLINS, Carol H.; AIROLDI, Claudio. Novas fases estacionárias à base de sílica para cromatografia líquida de alta eficiência. Quím. Nova [on line]. 2004, vol.27, n.2, p. 270-276. ISSN 0100-4042. doi: 10.1590/S0100-40422004000200017. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40422004000200017&script=sci_arttext&tlng=e>. Acesso em: 13 mar 2008.
SILVERSTEIN, Robert M; WEBSTER, Francis X, KIEMLE, David J; Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. 7. ed. Rio de Janeiro, RJ: LCT, 2007. 490 p. ISBN: 8521615213.