53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Química Inorgânica

TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE PIGMENTOS CERÂMICOS DE TUNGSTATO DE COBALTO

AUTORES: Nunes, E.D. (IF SERTÃO-PE) ; Cavalcante, L.S. (UESPI) ; Santos, M.R.M.C. (UFPI) ; Alcântara, A.F.P. (IF SERTÃO-PE)

RESUMO: Os pigmentos cerâmicos são estruturas inorgânicas capazes de manter a coloração estável mesmo quando expostos a altas temperaturas. O presente trabalho apresenta a obtenção de pós cerâmicos pigmentantes de tungstato de cobalto (CoWO4) através do método da co-precipitação em meio aquoso. Em seguida as suspensões obtidas foram tratadas hidrotermicamente a uma temperatura de 170 ºC por diferentes tempos a fim de se detectar o efeito do tempo de processamento hidrotérmico na evolução das fases cristalinas do material. A organização estrutural dos pós de CoWO4 foi determinada por meio de difração de raios-X (DRX) e refinamento de Rietveld. Observou-se que à medida que se eleva o tempo do processo hidrotermal o grau de cristalização dos pós pigmentantes obtidos também aumenta.

PALAVRAS CHAVES: Tungstato de cobalto; processo hidrotermal; DRX.

INTRODUÇÃO: Os tungstatos metálicos são importantes óxidos metálicos ternários do tipo ABO4 que apresentam um alto potencial de aplicações tecnológicas, por conta do seu poder catalítico e propriedades luminescentes (Zhen et al., 2008). Devido a estas propriedades, os tungstatos têm despertado grande interesse na área de pesquisa tecnológica. Pigmentos cerâmicos são pós à base de óxidos inorgânicos que possuem coloração estável, mesmo quando exposto a altas temperaturas (Lopes, 2004). Portanto, o CoWO4 é potencialmente aplicado para colorir materiais que sejam expostos a altas temperaturas, pois possui alta resistência térmica e a ataque de agentes químicos, permanecendo com a coloração intacta. Diferentes técnicas de preparação têm sido empregadas para obtenção de tungstatos, como é o caso de deposição por laser pulsado (Huang e Jia, 2003), Czochralski (Ling et al., 2006) e precursores poliméricos (Orhan et al., 2005). Geralmente, são requeridos materiais muito sofisticados para que esses métodos possam ser empregados, assim como altas temperaturas por longos períodos de tempo, grande quantidade de precursores e alto consumo elétrico (Guo e Kleppa, 1996). No entanto, novos métodos de síntese para a obtenção de materiais em nano e microescala com diversas morfologias têm sido desenvolvidos como, por exemplo, o método hidrotérmico (Liu e Chu, 2005). Esse trabalho tem como objetivo produzir pós cerâmicos pigmentantes de CoWO4 através do método de co-precipitação seguido de processo hidrotermal, bem como observar o efeito do tempo de processamento térmico na estrutura cristalina do material. A caracterização da organização estrutural do material foi realizada por meio de DRX.

MATERIAL E MÉTODOS: As sínteses dos pós de CoWO4 foram realizadas por co-precipitação em meio aquoso, à temperatura ambiente. Os precursores utilizados nas sínteses foram Tungstato de sódio dihidratado, Na2WO4.2H2O (Vetec, 100%) e Nitrato de cobalto(II) hexahidratado, Co(NO3)2.6H2O (Dinâmica, 98%). O procedimento empregado na obtenção destes pigmentos foi o seguinte: foram misturados 50 mL de uma solução contendo 5 mmol de tungstato de sódio a 50 mL de uma solução contendo 5 mmol de nitrato de cobalto(II).A mistura resultante foi submetida à agitação magnética por 30 minutos, à temperatura ambiente. Em seguida, o conteúdo foi transferido para um reator de Teflon, que por sua vez foi colocado dentro de uma autoclave. A mesma foi fechada e colocada dentro de uma estufa a 170 °C por diferentes tempos. Foram realizadas quatro sínteses com diferentes tempos de processamento hidrotérmico (1,5; 3,0; 6,0 e 12 horas). Após o processamento, a autoclave foi resfriada, o teflon foi retirado e o precipitado foi lavado diversas vezes. Posteriormente, o precipitado lavado foi submetido à secagem em estufa convencional a 65 °C por algumas horas. Para a difração de raio-x, os materiais foram analisados em um equipamento Rigaku-DMax, modelo 2500PC, de origem japonesa, com radiação Cu-Kα (λ = 1,5406 Å) e monocromador de grafite. Os ensaios foram feitos com uma taxa de varredura 2°/min, na região de 5 a 75º. Os difratogramas das amostras foram comparados com as fichas JCPDS-ICDD (“Joint Committee on Powder Diffraction Standarts – International Center of Diffraction Data”) disponíveis no software do equipamento.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Fig. 1 mostra os padrões de DRX para os pós de CoWO4 processados em sistema hidrotérmico durantes variados tempos. Para os pós processados por 1,5 h observa-se que o material é amorfo, apesar de exibir os picos (200) e (-202) bem definidos. Os pós processados por 3,0 h apresentam-se consideravelmente desordenados a longo alcance. No entanto, quando comparados aos pós tratados por 1,5 h, percebe-se que apresentam os picos de difração de estrutura cristalina (001) e (-111) bem definidos. Para os pós processados durante 6,0 h, todos os picos foram indexados com o sistema monoclínico de acordo com o cartão JCPDS Nº 15-0867 (ICDD, 2001). Fases cristalinas intermediárias não foram observadas. Os picos de difração dos pós preparados após 12 h de processamento são ainda mais intensos. Para confirmação de que os pós obtidos são realmente monoclínicos, um refinamento estrutural pelo método Rietveld foi realizado. Os parâmetros de rede, volume de célula unitária e posições atômicas foram obtidas pelo programa Maud, versão 2.26. Os resultados do refinamento Rietveld mostraram uma boa concordância entre os picos de DRX observados experimentalmente e os calculados teoricamente apresentando um sistema de cristalização monoclínico tipo wolframita. Uma representação esquemática da célula unitária de CoWO4 modelada de acordo com os dados do refinamento Rietveld está ilustrada na Fig. 2. Esta célula foi modelada utilizando o programa Visualization for Electronic and Structural Analysis (VESTA) versão 3.1.2 64-bit Edição para Windows 7. Nesta célula unitária os átomos de Co- e W- estão coordenados a seis átomos de O- formando clusters [CoO6] e [WO6] com configuração octaédrica. Estes clusters são distorcidos dentro da matriz e compostos por poliedros com 6 vértices, 8 faces e 12 arestas.

FIGURA 1

FIGURA 1 - Padrões de DRX para os pós cerâmicos pigmentantes de CoWO4 processados em sistema hidrotérmico durantes variados tempos

FIGURA 2

FIGURA 2 - Representação esquemática da célula unitária monoclínica de CoWO4 ilustrando as distorções dos clusters octaédricos [CoO6] e [WO6]

CONCLUSÕES: Os resultados obtidos permitem verificar que: os pós de CoWO4 podem ser sintetizados com sucesso pela metodologia utilizada; à medida que é aumentado o tempo de processamento térmico, aumenta-se também o grau de organização estrutural das amostras de CoWO4;os padrões de DRX e os cálculos de refinamento Rietveld mostram que os pós apresentam sistema de cristalização monoclínico tipo wolframita.

AGRADECIMENTOS: Agradecemos ao IF Sertão-PE/Campus Ouricuri e LIMAV/UFPI pelo apoio concedido.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GUO, Q.; KLEPPA, O. J. Thermochim. Acta, v. 288 53-61, 1996.

HUANG, J. Y.; JIA, Q. X. Thin Solid Films, v. 444, 95-98, 2003.

Joint Committee on Powder Diffraction Standards 2001, Diffraction Data File, Nº. 15-0867, International Centre for Diffraction Data (ICDD, formerly JCPDS), Newtown Square, PA.

LING, Z.C.; XIA, H.R.; RAN, D.G.; LIU, F.Q.; SUN, S.Q.; FAN, J.D.; ZHANG, H.J.; WANG, J.Y.; YU, L.L Chem. Phys. Lett., v. 426, 85-90, 2006.

LIU, Y.; CHU, Y. Mater. Chem. Phys., v. 92, 59-63, 2005.

LOPES, K.P. Desenvolvimento de Pigmentos Nanométricos Encapsulados. São Carlos, Programa de Pós-Graduação em Química – UFSCar, 2004. Dissertação de mestrado, 77 p.

ORHAN, E.; ANICETE-SANTOS, M.; MAURERA, M. A. M. A.; PONTES, F. M.; PAIVA-SANTOS, C. O.; SOUZA, A. G.; VARELA, J. A.; PIZANI, P. S.; Longo, E. Chem. Phys., v. 312, 1-9, 2005.

ZHEN, L.; WANG, W.S.; XU, C.Y.; SHAO, W.Z.; QIN, L.C. Materials Letters, v. 62, p. 1740–1742, 2008.