SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE NANOPARTÍCULAS DE CALCITA

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Inorgânica

Autores

Dias, F.A.C. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Nascimento, J.C. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Toledo, T.A. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Barbosa, D.B.A. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Salles, P.H.L. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Corrêa, C.P. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS) ; Oliveira, G.C. (INSTITUTO FEDERAL DO SUDESTE DE MINAS GERAIS)

Resumo

O Carbonato de Cálcio (CaCO3) é um dos minerais mais comuns e disseminados do planeta e possui diversas utilizações. Com o intuito de estudar as possíveis aplicações do composto, sintetizamos a calcita na sua forma pura e caracterizamos por difração de raios x. A síntese foi realizada por precipitação, utilizando cloreto de cálcio e carbonato de amônio como precursores. É uma rota de simples execução, a baixo custo e permite a obtenção de um composto cristalino de dimensões nanométricas. Com a análise de difração de raios x, foi possível identificar a formação do composto calcita sem impurezas. Por fim, utilizando o método de Rietveld, foi possível avaliar a estrutura cristalina da calcita obtida.

Palavras chaves

nanopartículas; calcita; difração de raios x

Introdução

O Carbonato de Cálcio(CaCO₃) é um dos minerais mais comuns e disseminados do planeta, cujas possíveis utilizações nas áreas da geoquímica, geofísica, mineralogia e agricultura foram, e ainda têm sido, amplamente estudadas. Os seus cristais sólidos se diferem em três fases de acordo com suas formas cristalinas: a calcita, a aragonita e a vaterita (BESSLER e RODRIGUES, p.178, 2008). No que diz respeito à estabilidade, a calcita supera consideravelmente as outras fases do CaCO₃ (BESSLER e RODRIGUES, p. 178, 2008). Seus cristais podem ser formados por processos orgânicos ou inorgânicos e sua principal utilização é para a fabricação de cimentos, cal para argamassa e correção do pH em solos ácidos. Ademais, por ser um material biocompatível, birrefringente e apresentar bandas de absorção óptica, a calcita se torna útil para a produção de lasers, dispositivos ópticos e filtros solares (BATISTA, p.15, 2010). Com o intuito de estudar as possíveis aplicações do composto, sintetizamos a calcita na sua forma pura e caracterizamos por difração de raios x em pó.

Material e métodos

A síntese foi realizada com adaptações na rota proposta por Tatiana Batista (BATISTA, p.29, 2010). A calcita pura foi sintetizada por rota de precipitação, utilizando como precursores os compostos carbonato de amônio ((NH₄)₂CO₃) e cloreto de cálcio (CaCl₂), na proporção 1:1, ambos solubilizados em água. O CaCl₂ foi gotejado lentamente (1mL/min) sobre o (NH₄)₂CO₃ havendo a formação de um precipitado branco de imediato. Após 48 horas de repouso, o produto da reação foi filtrado, lavado com água deionizada e seco a 100°C (rendimento 75%). A caracterização por difração de raios x foi realizada no difratômetro Bruker, modelo D8 Advance, equipado com monocromador de grafite e tubo de cobre (CuKɑ, λ= 1,546Å), variação do ângulo de espalhamento, 2θ, entre 10° e 80° com passo angular de 0,02°.

Resultado e discussão

Foi obtido um pó branco, fino e de aparência cristalina com base na seguinte reação: (NH₄)₂CO₃ ± CaCl₂ → CaCO3(⇓) ± 2NH₄Cl. Para o crescimento adequado das partículas de nanocristalitos, os reagentes se mantiveram em repouso por um tempo de contato maior, garantindo também o rendimento da reação (BATISTA, p.47, 2010). O padrão de difração de raios X da amostra obtida foi investigado. A análise do gráfico 1a permitiu calcular o tamanho médio do cristalino com base na Equação de Scherrer, utilizando os picos de maior intensidade para o cálculo, a constante k = 0,94, e o comprimento de onda λ=1,54 Å. O diâmetro médio das partículas calculado foi de 75,35 nm, permitindo classificar os cristalitos de calcita como nanopartículas. Ademais, a linearidade da linha de base permite evidenciar um composto com características cristalinas. Utilizando o programa Match! foi possível identificar uma única fase cristalina presente na amostra (gráfico 1b), a calcita (CaCO₃) (COD 9015390) (SITEPU, p.315-326, 2009), com grau de ajuste de 99% (FoM=0.9994) indicando que a modificação do método de síntese não alterou significativamente a estrutura cristalina almejada. A partir desta análise, foi realizado o refinamento estrutural pelo método de Rietveld (RIETVELD, p.65-71, 1969) utilizando o programa FULLPROF (RODRIGUEZ-CARVAJAL, p.127, 1990). O modelo inicial escolhido utilizou o grupo espacial R-3c, bem como os parâmetros de rede descritos para a calcita (COD 9015390). O refinamento final mostra uma concordância satisfatória entre os parâmetros calculados e observados (χ²=2.07, Rp = 8.01, Rwp = 11.6%) sendo possível obter os parâmetros de rede (Tabela 1) para a amostra obtida e as fases cristalinas (Gráfico 2).

Gráfico 1.(a) Difratograma da calcita sintetizada. (b) Identificação das fases formadas na calcita sintetizada.


Gráfico 2. Gráfico de Ritveld para a calcita sintetizada. Tabela 1. Parâmetros de rede da calcita obtidos pelo refinamento.

Conclusões

A síntese proposta é de simples execução, baixo custo e permite a obtenção de um composto cristalino de dimensões nanométricas. Utilizando o método de Rietveld foi possível avaliar e caracterizar a estrutura cristalina da calcita obtida. Encontra-se em estudos sua aplicação como um biomaterial.

Agradecimentos

Ao Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais – Campus Juiz de Fora, a Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais e ao Núcleo de Espectroscopia e Estru

Referências

1. BATISTA, T.S.A. Desenvolvimento de nanomateriais absorvedores no ultravioleta para aplicação em filtros solares. 04/2010. 153 f. Tese (Doutorado em Física) – Departamento de Física, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão. 2010.
2. BESSLER, Karl E.; RODRIGUES, Laécio C.. Os polimorfos de carbonato de cálcio: uma síntese fácil de aragonita. Quím. Nova, São Paulo , v. 31, n. 1, p. 178-180, 2008 .
3. RIETVELD, N. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures, Journal of Applied Crystallography, 2: 65-71, 1969.
4. RODRIGUEZ-CARVAJAL, J. "FULLPROF: A Program for Rietveld Refinement and Pattern Matching Analysis", Abstracts of the Satellite Meeting on Powder Diffraction of the XV Congress of the IUCr, p. 127, Toulouse, France (1990).
5. SITEPU H., Texture and structural refinement using neutron diffraction data from molybdite (MoO3) and calcite (CaCO3) powders and a Ni-rich Ni50.7Ti49.30 alloy Note: March model, Powder Diffraction 24, 315-326 (2009).