André Galembeck, Mestrado (1993)
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Química do Estado Sólido: preparação, caracterização, comportamento térmico e reações topoquímicas em tiometalatatos do tipo AMS₂ (A=K, Ag, Ba e M=Fe)

Resumo 

Este trabalho esteve inicialmente voltado para a síntese e caracterização do tioferrato de potássio, KFeS₂, cuja estrutura é composta basicamente por cadeias lineares do tipo [FeS₂]_n, carregadas negativamente e dispostas na forma de tetraedros invertidos, FeS₄, ligados pelas arestas. Estas cadeias são neutralizadas pelo contra-íon K⁺. As distâncias Fe³⁺-Fe³⁺ são muito menores intra-cadeias do que inter-cadeias, o que confere ao KFeS₂ um caráter quase-unidimensional.

Uma vez obtido este precursor foram realizados estudos do seu comportamento térmico, em diferentes atmosferas, e ainda, estudos de reações de troca-iônica topoquímicas de K⁺ por Ba²⁺ e Ag⁺, verificando-se qual o efeito da ação mecânica (trituração) sobre os cristais, nos fenômenos em questão.

A caracterização dos produtos foi feita por análise química e através de medidas físicas como difratometria de raios-X, espectroscopia Mössbauer, espectroscopia infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura.

Tal caracterização tornou possível uma avaliação detalhada das etapas que envolvem a oxidação do KFeS₂, processo que mostra a formação de várias misturas de fases, cujos componentes puderam ser identificados, e, em alguns casos, até isolados. Os aquecimentos em atmosferas de gases inertes mostraram que esta substância não se decompõe até pelo menos 600⁰C.

As reações de troca-iônica se processam de forma que uma parte da estrutura original é mantida, o que permite classificá-las como reações topoquímicas. As modificações em questão se dão de modo diferente, dependendo do cátion que entra em substituição ao potássio, sendo que, no caso de troca com íons alcalinos terrosos, a quase-unidimensionalidade é mantida e a estrutura sofre apenas pequenas acomodações. Quando a troca é realizada com Ag⁺, ocorre a formação de uma estrutura tridimensional, com alteração no arranjo das cadeias, pois há migração dos átomos de ferro dentro do novo retículo que se forma. A viabilidade destas reações foi verificada pela variação de parâmetros como tempo, temperatura e atmosfera de reação.

Obteve-se, também, compostos inéditos, com estequiometrias mistas: K_xAg_y[FeS₂] e K_xBa_y[FeS₂], com x+y=l, mostrando que, a despeito dos rearranjos estruturais decorrentes das troca, uma acomodação da estrutura é possível.

Os produtos das reações topoquímicas também tiveram seu comportamento térmico estudado.

É importante ressaltar que este trabalho permitiu, no caso da caracterização do KFeS₂, verificar que as técnicas de difratometria de raios-X e espectroscopia Mössbauer podem ser utilizadas como técnicas complementares na caracterização de sólidos.

Para os estudos de decomposição térmica, a difratometria de raios-X e a espectroscopia infravermelho foram ferramentas fundamentais que, utilizadas em conjunto com a microscopia eletrônica de varredura, permitiram um acompanhamento bastante minucioso de todas as reações estudadas. Permitiram, ainda, relacionar as variações na morfologia com os processos de oxidação, reações de troca-iônica topoquímicas e trituração que ocorrem neste sistema.

[CNPq]