argila laponita modificada com gel de pentóxido de

ARGILA LAPONITA MODIFICADA COM GEL DE PENTÓXIDO DE VANÁDIO
José B. Camargo Junior (IC) e Fauze J. Anaissi (PG)
E-mail: [email protected]
Laboratório de Materiais e Compostos Inorgânicos, LabMat, Dept° de Química,
Universidade Estadual do Centro-Oeste, UNICENTRO, Cep 85040-080,
Guarapuava, PR.
Palavras-chave: Argila Laponita, Pentóxido de Vanádio, Caracterização Espectroscópica.
Resumo:
A idéia de interação de géis inorgânicos com argilas tem como objetivo gerar novos
materiais híbridos coloidais que apresentem condutividade eletrônica e iônica, promovida
por fios condutores formados pelos géis inorgânicos, que aderem fisicamente em
superfícies metálicas formando filmes lamelares. Neste trabalho preparamos um material
misto pela modificação da argila Laponita com pentóxido de vanádio coloidal.
Introdução:
Argila é uma rocha constituída essencialmente por um grupo de minerais que
recebem o nome de argilominerais, que são silicatos de Al, Fe e Mg hidratados, com
estruturas cristalinas em camadas (são filossilicatos), constituídas por folhas contínuas de
tetraedros SiO4, ordenados de forma hexagonal, condensados com folhas octaédricas de
hidróxidos de matais tri e divalentes; tanto as diferentes argilas como também cada uma
das quatro de argilominerais tem nomes específicos.1
Os diferentes argilominerais são classificados com base nas semelhanças em
composição química e na estrutura cristalina. As estruturas cristalinas são classificadas
em 2 tipos: estrutura 1:1 e estrutura 2:1. nas estruturas 1:1, estão os grupos: da caulinita;
das serpentinas; dos argilominerais ferríticos. Nas estruturas 2:1, estão os grupos: do
talco-pirofilita; das micas; das esmectitas; das vermiculitas; das cloritas; da poligorsquita
(atapulgita) – sepiolita. As quatros dezenas de argilominerais distribuem-se nesses
grupos; apenas um pequeno número de argilominerais são componentes das Argilas
Industriais: caulinita (caulim, “ball clay”; argila refratária; argila para construção civil);
montmorilonita (bentonita, terra fuller); talco (talco); vermiculita (vermiculita) e amianto
crisolita (amianto).1
Neste trabalho a argila utilizada foi a laponita, que é uma hectorita sintética
exfoliável em meio aquoso, resultando em suspensões estáveis e xerogéis. A laponita
+
possui fórmula empírica: Na 0,7[(Si8Mg5,5Li0,3)O20(OH)4]. São essas características
especiais e diferenciadas que fazem da laponita um novo “alvo” potencialmente
interessante para aplicações na preparação da novos materiais sol-géis mistos derivados
de argilas esmectitas ou hectoritas com géis inorgânicos, neste caso um gel inorgânico
lamelar (pentóxido de vanádio).
Os géis de pentóxido de vanádio podem ser sintetizados facilmente a partir de
precursores inorgânicos e metal-orgânicos e permanecem estáveis por anos. Sua síntese
é baseada na hidrólise e condensação dos seus precursores moleculares. Suspensões
aquosas de pentóxido de vanádio são constituídas de partículas coloidais, que podem ser
preparadas de diversas formas obtendo, essencialmente, o mesmo material: uma
suspensão aquosa amarelada, que num prazo de dias se torna marrom-avermelhada, à
medida que os monômeros do material vão se polimerizando e dando ao material a
condição de gel.2
Os materiais sol-géis, possuem grande eficiência como modificadores de
superfície, uma vez que podem ser facilmente manipulados e distribuídos para se obter
camadas, filmes e coberturas em substratos dos mais diversos possíveis; como vidros,
metais, polímeros, etc. O sol-gel quando seco forma um sólido lamelar com alta
flexibilidade estrutural, que possibilita a obtenção de compostos de intercalação ou de
inserção. A idéia de interação de géis inorgânicos com argilas tem como objetivo gerar
novos materiais híbridos coloidais que apresentem condutividade eletrônica e iônica,
promovida por fios condutores formados pelos géis inorgânicos, que aderem fisicamente
em superfícies metálicas formando filmes lamelares. Desta maneira, podemos
desenvolver interfaces eletroquímicas e gerar nanocompósitos com aplicações em
reconhecimento molecular, sensores e eletrocatálise.
Materiais e Métodos
 Síntese de Pentóxido de Vanádio Hidratado (V2O5.nH2O)
No preparo da suspensão de (V2O5.nH2O) uma solução de metavanadado de
amônio (0,1 mol dm-3) foi percolada em uma coluna com resina de troca iônica na forma
ácida, resina DOWEX 50 W-X4, catiônica forte. A resina foi condicionada na forma ácida
passando-se uma solução de ácido clorídrico (1,0 mol dm -3), sendo o excesso de ácido
eliminado lavando-se a coluna com água desionizada. A solução de ácido polivanádico,
alaranjado quando recém preparada, polimeriza-se por processo auto-catalítico gerando
uma suspensão vermelho-escura, que atinge a condição de gel de V2O5.nH2O após uma
semana de repouso à temperatura ambiente.
 Preparação dos Óxidos Mistos de Laponita
Preparou-se uma solução de 2% de Laponita (m/V), que foi deixada sob agitação
por uma semana para ocorrer uma total hidratação e dispersão das partículas. Da
suspensão em repouso, foi retirado uma alíquota de 15 mL, as quais foram adicionadas
lentamente e sob agitação constante, volumes da suspensão de V2O5.nH2O. Durante a
agitação foi observado que a suspensão leitosa de laponita mudava de cor, inicialmente
incolor até total adição do V2O5.nH2O, quando ficou amarelada, evidenciando a formação
de um precipitado floculoso. A mistura foi cuidadosamente decantada para remover as
partículas de laponita coloidais e o excesso de ácido polivanádico. A suspensão
gelatinosa foi dispersa em água, a qual foi trocada varias vezes até se obter um
sobrenadante limpo e incolor.
O material foi colocado sobre placas de microscópio e deixado secar em
dessecador com o propósito de realizar sua caracterização espectroscópica (UV-Vis e
FTIR).
Resultados e Discussão
Os materiais preparados foram caracterizados com relação ao seu comportamento
espectroscópico (UV-Vis e FTIR).
Os espectros eletrônicos apresentam bandas características de transições do tipo
d-d, metal-ligante e de intervalência. Essas bandas são devidas ao íon metálico, cuja
valência varia de +5 a +3, e refletem na mudança de cor de vermelho-castanho para
amarelo, passando pela coloração esverdeada. No material misto Lap-Vanádio esse
comportamento é preservado e pode-se creditar ao íon vanádio(V) que é reduzido a
vanádio(III).
Na Figura 1 são apresentados os espectros vibracionais para o material misto
Laponita/vanádio e para o gel de pentóxido de vanádio(V). Observa-se que, os modos
devidos aos estiramentos e deformações da laponita são mantidos e os modos devidos a
interação com o pentóxido de vanádio são melhor definidos indicando uma relação
molecular bastante forte e cujas atribuições e identificações serão concluídas a tempo de
realizar a apresentação deste trabalho.
100
90
Vanadio
LapV
%
T
80
70
60
50
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
-1
comprimento de onda / cm
Figura 1:
Espectros vibracionais do pentóxido de vanádio(V) e do material misto Laponita/vanádio.
Conclusões:
Há interação da suspensão de Laponita com o pentóxido de vanádio coloidal de cor
esverdeada característica de vanádio(III). Essa alteração indica que a interação promove
a redução do vanádio(V) e possibilita um estudo mais detalhado do comportamento
eletroquímico do material misto formado.
Agradecimentos:
Os autores agradecem a Fundação Araucária, CNPq e Finep.
Rerefências
1. Coelho, A.C.V.; Santos, P.S.; Santos, H.S.; Quim. Nova, Vol. 30, No. 1, 146-152,
2007.
2. Timm, R.A.; Nanocompósitos Híbridos Metal-Orgânicos Baseado em Pentóxido de
Vanádio- S.P., Tese de Doutorado, IQ-USP, São Paulo, 2008.