TÍTULO: Aplicação da Teoria do Campo Cristalino (TCC) no posicionamento dos cátions na Ferrita de Ni-Zn

AUTORES: Morais, R.O. (IFRN) ; Lima, U.R. (IFRN) ; Alves, D.F.S. (IFRN) ; Cunha, F.S. (IFRN)

RESUMO:As ferritas de Ni-Zn, foram estudadas com o auxilio da teoria do campo cristalino(TCC), afim de prever teoricamente o posicionamento dos cátions metálicos. A TCC prevê uma preferencia cristalográfica dos íons de Zn+2 pelos sítios octaédricos e os íons Ni+2 pelos sítios tetraédricos, além da ausência de preferencia por qualquer um dos sítios do íon Fe+3, devido as suas configurações eletrônicas e respectivas EECC (Energia de Estabilização do Campo Cristalino). O estudo dos posicionamento dos cátions nem sempre e verificado no processo de produção das ferritas, dessa forma, esse trabalho traz uma importante contribuição para a compreensão da distribuição dos cátions na ferrita espinélio quanto a configuração eletrônicas e consequentemente das propriedades magnéticas das ferritas de Ni-Zn.

PALAVRAS CHAVES: Ferrita; TCC; Espinélio

INTRODUÇÃO:Alguns sistemas eletrônicos, bem como alguns equipamentos, apresentam interferências eletromagnéticas devido à crescente miniaturização dos equipamentos eletrônicos e a necessidade de trabalhos em espaços integrados (PAULO, 2006). As ferritas apresentam a solução tecnológica para a redução de interferência eletromagnética (EMI), filtrando diretamente o ruído induzido (PAULO, 2006). Esse processo de evolução tecnológica segundo Pessoa (2009), aplicando a bobinas e transformadores elétricos começou a partir de 1950 em equipamentos para computadores. No âmbito das cerâmicas magnéticas, a ferrita de Ni-Zn desperta grande interesse científico pelo seu elevado valor de permeabilidade e alta resistividade. Este fato constitui um motivo para a aplicação deste material em dispositivos de micro-ondas. (PAULO, 2006). As ferritas do tipo espinélio possuem geralmente uma formula molecular do tipo MeFe2O4, onde Me é um íon metálico divalente como Fe2+, Ni2+, Cu2+, entre outros, ou pode representar uma combinação de dois ou mais íons metálicos nas chamadas ferritas mistas, como nas ferritas de Níquel-Zinco, Mangânes-Zinco e outras. As ferritas mistas possuem propriedades magnéticas melhores que as ferritas normais, por isso são mais utilizadas tecnologicamente. (LIMA, 2011) A distribuição dos íons nos sítios é designada pelo balanço de energia na rede cristalina, porém, em temperaturas elevadas, a distribuição não pode ser controlada. Ainda assim, alguns cátions apresentam alguma preferência entre os sítios cristalográficos na temperatura ambiente. Esta preferência dos cátions pelos sítios A e B, foi estuda neste trabalho, com o auxilio da TCC, onde foram observadas, as EECC teóricos e a distorção tetragonal (efeito Jahn-Teller).

MATERIAL E MÉTODOS:Nesta etapa foi um levantamento referencial bibliográfico, que discute sobre as ferritas de Ni-Zn e avaliado as informações que revelam as preferências dos cátions metálicos pelos sítios A e B em termos de EECC (Energia de Estabilização do Campo Cristalino). Onde através de cálculos teóricos foi calculado os EECC para cada cátion e a partir disto determinado a preferência cristalográfica teórica de cada um nas ferritas. A teoria do campo cristalino, interpreta cada ligante num complexo, como uma carga pontual negativa. Essa teoria usa a existência de elétrons nos orbitais d no íon metalico, e a interação destes elétrons com os ligantes para explicar as propriedades magnéticas e ópticas do complexos, além de sua estabilidade termodinâmica (ATKINS, 2006,p.718). Segundo a teoria do campo cristalino, numa geometria octaédrica, os orbitais d de simetrias diferentes, sofrem um pequeno desdobramento nos seus níveis de energia. Porém se eles não estiverem igualmente preenchidos, a degenerescência é quebrada, sendo possível observar o efeito Jahn-Teller e identifica uma geometria instável, (LIMA, 2011).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:A Figura 1 mostra a diferença entre os níveis de energia dos dois conjuntos de orbitais, onde é chamada de parâmetro de desdobramento do campo ligante ∆o.. A energia de estabilização do Campo Cristalino (EECC) para íons d0 e d10 de campo forte ou fraco e zero, e para íons d5 de campo fraco também é zero (LEE, 1999, p.107). Na geometria tetraédrica, também ocorrem os desdobramentos energéticos, porém esse desdobramento é menor (∆T<∆O). Isso ocorre devido os orbitais t2g na geometria tetraédrica sofre maior influencia da carga dos ligantes gerando um desdobramento diferente da geometria octaédrica, com os orbitais eg posicionados numa energia menor que os três orbitais t2g. Percebe-se que, em termos de EECC, as geometrias octaédricas são fortemente preferidas em relação às tetraédricas para todas as configurações dn, os complexos do tipo d3 e d8, mostram uma preferência pelas geometrias octaédricas, já configurações do tipo d1, d2, d6, e d7, não desfavorecem tanto os complexos tetraédricos como observado na Figura 2, (SHRIVER et al, 2008, p.490). Um fator que favorece a diminuição da energia dos orbitais d é a distorção tetragonal ou efeito Jahn-Teller: se a configuração eletrônica fundamental de um complexo não-linear é orbitalmente degenerada e assimetricamente preenchida, o complexo sofrerá distorção, removendo a degenerescência e alcançando uma energia menor, efeito observado nas ferritas do tipo espinélio. Dessa forma a teoria do campo cristalino revela a preferência dos cátions na estrutura espinélio na ferrira. Mostrando que o Zn+2 tem uma forte preferência pelos sítios octaédricos, o Fe+3 não apresenta nenhuma preferência estrutural o íon Ni+2 tem maior preferência pela posição tetraédrica.

Figura 1

Efeito dos campos ligantes fracos e fortes na ocupação dos orbitais para um complexo d7.

Figura 2

Energia de Estabilização do Campo Cristalino (EECC) para as geometrias octaédricas e tetraédricas.

CONCLUSÕES:Conclui-se que na estrutura espinélio, os íons de Fe+3, tem configuração eletrônica d5, têm EECC=0, não apresentando nenhuma preferência entre os sítios cristalográficos. Os cátions Zn+2 de configuração d8 tem uma forte preferência pelos sítios octaédricos, e o Ni+2 devido ao posicionamento dos demais cátions na ferrita, ocuparia os sítios tetraédricos. Esse arranjo nem sempre acontece, devido a fatores extrínsecos difícies de controlar. Mas através da parte experimental é possível chegar a valores próximo do ideal, onde será discurtido como trabalho futuro.

AGRADECIMENTOS: Os autores deste trabalho agradecem ao: - IFRN Campus Currais Novos; - A PIBIC/IFRN pela fomento.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:-ATKINS, PETER; JONES, LORETTA. Princípios de Química:Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3.ed. Porto Alegre: BOOKMAN,2006.
-LEE, J.D. Química Inorgânica não tão concisa. 5.ed. São Paulo: BLUCHER, 1999.
-LIMA, ULISANDRA R. Otimização de síntese de ferrita de NiZn dopada com Cobre e Cobalto. Dissertação (Doutorado em Química) – UFRN, Natal, 2011.
-PESSOA, REGÍA C. Estudo das características magnéticas e absorvedoras das ferritas de NiZn, NiZnMn, MnZn, NiMg, NiCuZn e NiCuZnMg obtidas via método do citrato precursor. Tese ( Doutorado em Química) – UFRN, Natal,2009.
-SHRIVER, Duwart F. et al. Química Inorgânica. 4.ed. Porto Alegre: BOOKMAN,2008.