RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (RMN) COMO FERRAMENTA PARA CARACTERIZAÇÃO DE FOSFATO DE ALUMÍNIO OBTIDO POR SOL-GEL

Introdução        

        A ciência coloidal refere-se a sistemas em que um ou mais dos componentes têm pelo menos uma dimensão dentro da gama nanométrica (10-9 m) a micrometro (l0-6 m), isto é, refere-se, essencialmente, a sistemas que contêm grandes moléculas e/ou partículas pequenas. O adjetivo “micro heterogêneo” fornece uma descrição apropriada da maioria dos sistemas coloidais. Entretanto, não existe uma distinção nítida entre sistemas coloidais e não coloidais. A gama de sistemas coloidais de importância prática é vasta, assim como a gama de processos onde estão envolvidos os fenômenos químicos da superfície coloidal. São exemplos de sistemas coloidais: cosméticos, aerossóis, emulsões etc.  

        Coloide ou dispersões coloidais são misturas heterogêneas em que o componente que aparece em menor quantidade é denominado disperso e o componente que aparece em maior quantidade é denominado dispersante. Sistemas coloidais podem ser agrupados em três classificações gerais:

1. Dispersões coloidais são termodinamicamente instáveis devido a sua elevada energia superficial livre e são sistemas irreversíveis no sentido de que não são facilmente reconstituídos após a separação de fases;

2. Soluções verdadeiras de material macromolecular (natural ou sintético) são termodinamicamente estáveis e reversíveis, pois são facilmente reconstituídos após a separação do soluto do solvente;

3. Coloides de associação são termodinamicamente estáveis. [1]

        A estabilidade das suspensões coloidais é determinada pelas forças atrativas e repulsivas de Van der Waals, forças eletrostáticas e forças que resultam de polímeros adsorvidos. A estabilização eletrostática que é resultado da ação combinada entre a força atrativa de Van der Waals e/ou a repulsão elétrica de dupla camada é uma das vias para a estabilização de coloides; a outra via é a estabilização estérica que resulta do equilíbrio entre a força atrativa de Van der Waals e as forças repulsivas estéricas.

        O processo de sol-gel pode ser facilmente reconhecido, pois trata de qualquer rota de síntese de materiais onde num determinado momento ocorre uma transição do sistema sol para um sistema gel. O termo sol é empregado para definir uma dispersão de partículas coloidais (dimensão entre 1 e 100 nm) estável em um fluido, enquanto o termo gel pode ser visto como sendo um sistema formado pela estrutura rígida de partículas coloidais (gel coloidal) ou de cadeias poliméricas (gel polimérico) que imobiliza a fase líquida nos seus interstícios. Desse modo, os géis coloidais resultam da agregação linear de partículas primárias, que só pode ocorrer pela alteração apropriada das condições físico-químicas da suspensão. [2]

Podemos definir o processo de sol-gel em duas classes, dependendo da natureza do precursor inorgânico utilizado: a dos sais (cloretos, nitratos, sulfetos, etc.) e a dos alcóxidos. A rota que envolve o uso de precursores do tipo alcóxido aparece como a mais versátil atualmente. A hidrólise de uma solução de tetraalcoxissilanos em um solvente orgânico, como o álcool, leva à formação de partículas com função silanol, as quais formam um sol pela polimerização via condensação, e a continuação do processo leva a um gel. Esta transformação é designada transição sol-gel. Após secagem do gel, um xerogel é formado. As reações químicas que ocorrem durante a formação do sol, do gel e do xerogel influenciam fortemente a composição e as propriedades do produto final. [3]

        Para a caracterização do fosfato de alumínio foi utilizada a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). A utilização de RMN 31P é bastante vantajosa na análise quantitativa de fosfato comparada com a cromatografia de troca iônica, pois permite a visualização simultânea de todos os tipos de fosfato presentes na amostra. Além disso, o RMN dispensa o uso de padrões de massa molar conhecida, uma vez que as concentrações podem ser obtidas diretamente da integração dos picos. No caso específico da análise de polifosfatos lineares os espectros RMN 31P apresentam duas regiões distintas de deslocamento químico, que são atribuídas a grupos terminais e a grupos de cadeias longas, a análise não é feita exclusivamente observando-se o deslocamento químico, uma vez que este independe do tamanho das cadeias quando o grau de polimerização excede a 5. Neste caso, usa-se a relação entre as áreas dos picos dos espectros de RMN 31P, tomando-se picos relativos a P no meio de cadeias e picos relativos a P nos grupos terminais. Esta relação guarda uma proporção linear com o tamanho médio da cadeia. [5]

        Neste experimento, temos como principais objetivos compreender as reações que ocorrem durante o processo de formação do gel de polifosfato de alumínio e a análise dos espectros de RMN (31P e 27Al).

Materiais e Métodos

Materiais e reagentes:

• Materiais:

Béquer, espátula, pipeta graduada 10 mL.

• Reagentes:

Solução de Na5P3O10 0,2 M; Solução de NaH2PO4 0,2 M; Solução de Al(NO3)3 1 M..

Procedimento experimental

Preparou-se três misturas contendo, uma solução de trifosfato de sódio e de fosfato de sódio monobásico (ortofosfato de alumínio). Em seguida a essas soluções, foram adicionadas quantidades crescentes de íon alumínio (Al3+), conforme a tabela 1.

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