Síntese e caracterização de Óxido Duplo de Ferro e Cobalto

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Inorgânica

Autores

Vieira, B.L.M. (IF SUDESTE MG) ; Salles, P.H.L. (IF SUDESTE MG) ; Silva, P.H.S. (IF SUDESTE MG) ; Coutinho, L. (IF SUDESTE MG) ; Toledo, T.A. (IF SUDESTE MG) ; Barbosa, D.B.A. (IF SUDESTE MG)

Resumo

O processo de decomposição térmica das hidrotalcitas promove a formação de óxidos duplos com composição e propriedades dependentes dos íons precursores. Esse trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar um óxido duplo de ferro e cobalto, produzido pela decomposição térmica do HDL precursor. Foi identificada a presença de íons ferro pela reação com tiocianato de amônio e o DRX apresentou as fases de Fe2O3 e Co. O infravermelho evidenciou as bandas características da hematita com baixa porcentagem do íon divalente e o MEV destacou a organização estrutural do composto e seu tamanho inferior a 20µm.

Palavras chaves

óxido duplo; ferro; cobalto

Introdução

Os hidróxidos duplos lamelares (HDL’s) são materiais híbridos formados pela presença de dois cátions, um bivalente e outro trivalente, com ânions hidratados entre as suas camadas. Podem ser sintetizados por diferentes rotas, de forma simples e econômica além de composições químicas variadas (VIEIRA, 2009). O processo de decomposição térmica das hidrotalcitas promove a formação de óxidos duplos com composição e propriedades dependentes dos íons precursores. Todavia, homogeneidade química e boa estabilidade térmica são características pertinentes (CHAGAS et al, 2014). A utilização do ferro e do cobalto como metais precursores advém de suas propriedades, como no caso do ferro, o aumento de densidade de carga e, consequentemente, um aumento interplanar, além de uma boa resposta magnética (Ge et al, 2014). Em relação ao cobalto, esse é utilizado em processos de catálise, como adsorvente de pequenas moléculas e possui uma alta susceptibilidade magnética (CHAGAS et al, 2014). Esse trabalho teve como objetivo sintetizar e caracterizar um óxido duplo de ferro e cobalto, produzido pela decomposição térmica do HDL precursor.

Material e métodos

A síntese foi realizada por adaptações da metodologia empregada por Chagas e colaboradores (2014), sendo o HDL produzido pelo método da hidrólise da ureia (Merck), com os sais cloreto de cobalto II (Isofar) e cloreto de ferro III (Vetec) como os precursores metálicos. Foram preparadas duas soluções, uma de ureia, com concentração molar de 0,625M e outra dos respectivos sais, na fração molar de Co/Fe igual a 1. A solução resultante, foi colocada em estufa à 120°C por 20 horas e, resfriada à temperatura ambiente. Para a síntese do óxido duplo, a hidrotalcita formada foi calcinada em forno mufla a 500ºC por 3 horas. A caracterização foi realizada no difratômetro de raios-X (DRX) Bruker D8 Advance, com especificações de corrente de 30 mA, tempo de 2s, incremento de 0,05° e fenda de 0,6 mm. A caracterização no infravermelho foi realizada no espectrômetro Frontier Perkin Elmer, com resolução de 2 cm-1, 32 acumulações e faixa entre 700 a 400 cm-1. Micrografias por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizadas no microscópio Tescan Vega SBU, com metalização prévia da amostra.

Resultado e discussão

Por meio da análise dos cátions do grupo III, no qual se incluem os íons de Fe3+, Fe2+ e Co2+, foi possível identificar, pela reação do tiocianato de amônio (NH4SCN), a presença de ferro devido a coloração vermelha adquirida pela solução, conforme a equação: Fe+3 (aq) + SCN- (aq) → FeSCN2+ (aq) Não se pode excluir a presença de cobalto, pois a cor azul formada pelo complexo Co(SCN)4-2 pode ser mascarada por interferência da cor do ferro (PEREIRA E SILVA, 2009). Pela análise da figura 1, que apresenta o espectro de raios-x do composto obtido, observa-se que o óxido duplo possui estrutura quase amorfa. Entretanto, seus picos estreitos e intensos indicam que houve o rearranjo da estrutura e pode-se identificar a presença das fases de hematita (Fe2O3) e cobalto (Co), consoante ao trabalho de Sani e colaboradores (2007), com picos ligeiramente deslocados da posição esperada. A análise do óxido duplo pelo infravermelho (Figura 2a) permite verificar as bandas de 631 cm-1, 543 cm-1 e 468 cm-1, correspondentes ao perfil da fase da hematita (Fe2O3), como demonstra Suresh e colaboradores (2014) em seu trabalho. A micrografia de MEV do composto formado (figura 2b) evidencia a organização do óxido duplo em aglomerados porosos com tamanho de partículas inferiores a 20µm.

DRX do óxido misto FeCo e suas fases


(a) Espectro de infravermelho do óxido duplo FeCo; (b) Micrografia de MEV

Conclusões

De acordo com as análises realizadas, pode-se inferir que foi sintetizado um oxido duplo de ferro e cobalto, utilizando o método da decomposição térmica do HDL precursor, com precipitação homogênea dos grãos.

Agradecimentos

IF Sudeste MG- Juiz de Fora; CNPq; Fapemig; Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular - UFJF; Núcleo de Metalurgia - IF Sudeste MG- Juiz de Fora.

Referências

CHAGAS, L.H. et al. MgCoAl and NiCoAl LDHs synthesized by the hydrothermal urea hydrolysis method: Structural characterization and thermal decomposition, 2014.
GE, et al. Ionothermal synthesis of cobalt iron layered double hydroxides (LDHs) with expanded interlayer spacing as advanced electrochemical materials, 2014.
PEREIRA, F.S.G; DA SILVA, F.,F. Laboratório de química analítica qualitativa, 2009.
SANI, R.; et al. Synthesis, phase formation study and magnetic properties of CoFe2O4 nanopowder prepared by mechanical milling, 2007.
SURESH R. et al. Fabrication of Ni–Fe2O3 magnetic nanorods and application to the detection of uric acid, 2014.
VIEIRA, A.C. Síntese, caracterização e Aplicação de Hidróxidos Duplos Lamelares, 2009.