INORGÂNICA EXPERIMENTAL

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NANOMATERIAIS

Nanomaterias, nanociência e nanotecnologia¹

Nanomaterial é qualquer material que tenha uma dimensão limitada à escala de 1-100 nm. Nanomaterial também pode ser definido como uma substância que possui propriedades que estão ausentes tanto na forma molecular quanto no estado sólido (bulk), ou seja, o nanomaterial apresenta propriedades que estão relacionadas diretamente ao seu tamanho. Nanociência é o estudo das propriedades da matéria que apresentam tamanho na escala nanométrica. Nanotecnologia é o conjunto de procedimentos para manipular a matéria nessa escala para produzir nanoestruturas funcionais.

Uma característica das nanopartículas é o surgimento de novas propriedades ópticas, que são causadas pelo efeito de confinamento, sendo este uma das manifestações mais fundamentais do efeito da nanoescala. Podemos citar como exemplos:

a) Nanopartículas semicondutoras, frequentemente chamadas de Quantum dots (QD), a cor dessas partículas é ditada pelo fenômeno de confinamento, a quantização das bandas HOMO-LUMO resulta em novos efeitos ópticos envolvendo transições do tipo interbanda e intrabanda. Alguns exemplos de QD amplamente estudados são o CdSe e o ZnO.

b) Nanopartículas metálicas (NP), onde a cor resultante da nanopartícula dispersa num meio dielétrico é resultante da absorção de bandas plasmônicas, cuja origem é a oscilação coletiva de elétrons na banda de valência do metal, tais oscilações coerentes ocorrem na interface do metal com o meio dielétrico, por isso muitas vezes são referenciadas como superfícies plasmônicas. Alguns exemplos de NP amplamente estudados são as NPs de ouro e prata.

Entre os métodos de caracterização mais empregados se encontram as técnicas de microscopia, como microscopia de tunelamento (STM – scanning tunneling microscopy), força atômica (AFM – atomic force microscopy), transmissão de elétrons (TEM – transmission electron microscopy) e varredura de elétrons (SEM – scanning electron microscopy), essa última é popularmente chamada de MEV no Brasil.

 O principal método de preparação de nanopartículas é a síntese em solução, isso se deve a praticidade de misturar os reagentes em escala atômica, o que oferece grande mobilidade, permitindo a incorporação de moléculas estabilizadoras. A cristalização de NPs em solução ocorre em dois estágios, nucleação e crescimento. A preparação de nanopartículas em solução segue basicamente três passos:

• Solvatação dos reagentes e aditivos;
• Formação de núcleos sólidos estáveis em solução (sementes);
• Crescimento de partículas sólidas condicionada ao consumo completo dos reagentes.

 Alternativamente, existem os métodos de preparação em fase vapor, cujas variáveis como temperatura e pressão podem ser facilmente controladas e fornecer nanamateriais bem definidos.

Preparação de nanopartículas de prata pelo método boro-hidreto²

A reação envolvida no experimento realizado na aula prática é a redução do íon Ag⁺ por boro-hidreto de sódio (1).

 2AgNO₃  +  2NaBH₄  ⟶  2Ag⁰  +  H₂  +  B₂H₆  +  2NaNO₃    (1)

Os reagentes empregados na síntese devem estar isentos de íons cloreto para evitar a precipitação de AgCl. O espectro UV-Vis de uma suspensão de nanopartículas de prata apresenta uma banda típica próxima a 400 nm. No caso da prata coloidal, a ressonância plasmônica produz um pico geralmente próximo a 400 nm. Porém, o comprimento de onda de máxima absorção varia com o tamanho das nanopartículas, o que fornece um método para estimar os tamanhos médios das partículas produzidas no laboratório. A estabilidade dessa suspensão de prata coloidal é proporcionada pela adição do íon citrato, cujo grupo carboxílico interage com a superfície da nanopartícula e, ao mesmo tempo, aumenta a repulsão eletrostática com as partículas adjacentes, evitando o fenômeno de agregação. O excesso do íon boro-hidreto também pode ficar adsorvido na superfície das nanopartículas e contribui para sua estabilização. Além de redutores fortes, como o boro-hidreto de sódio, também existe a possibilidade de usar outros materiais de baixo custo.

Referências

1. Atkins, P. W., Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A.; Inorganic Chemistry , W. H. Freeman, New York, 5th Ed., 2010.

2. Toma, H. E.; Da Silva, D. M.; Condomitti, U. Nanotecnologia Experimental, São Paulo: Blucher, 2016.

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