Poster Inorganica

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    06-Dec-2015
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  • INTRODUCCINLa resistividad elctrica de muchos metales y aleaciones cae repentinamente a cero cuando la muestra se enfra hasta una temperatura su cientemente baja, que frecuentemente es una temperatura del orden del helio lquido. Este fenmeno denominado superconductividad, fue observado por primera vez por Kamerlingh Onnes en Leiden en 1911, tres aos despus que obtuviese helio lquido por primera vez. Posteriormente se vio que muchos de los materiales superconductores repelan un campo magntico:

    o sea el efecto Meissner. En 1986 Paul Chu y Maw-Kuen Wu, sintetizaron un compuesto, YBa2Cu3O7, que es un superconductor por arriba de los 77 K. La estructura de YBa2Cu3O7 esta relacionada con una importante clase de minerales llamados perovskitas (ver imagen 1). Estos minerales contienen tres tomos de oxgeno por cada dos tomos metlicos en su celda unidad, por lo tanto debera tener 9 tomos de oxgeno si se tratara de una perovskita ideal.ste compuesto tiene una estructura derivada de la perovskita (ver imagen 2), en donde se apilan tres celdas unitarias de perovskita y se sustituyen los iones B por iones cobre (II) o cobre (III), los iones A superior e inferior por iones bario, y el ion A central por un ion itrio. Como esto da una frmula errnea, se eliminan ocho iones oxigeno compartidos en las aristas.

    El objetivo de sta sntesis fue obtener el compuesto a partir de Y2O3, BaCO3 y CuO empleando una ruta trmica, el cual fue analizado por difraccin de rayos X, prueba de nitrgeno lquido y anlisis cualitativo de cobre en la estructura nal.

    PROCEDIMIENTO

    Se pes 1,05 g de Y2O3, 3,9 g de BaCO3 y 2,4 g de CuO, se mezclaron y maceraron por un tiempo aproximado de 20 minutos hasta obtener una mezcla homognea de color gris oscuro. Seguidamente se elaboraron pastillas y stas fueron llevadas a la mu a por un tiempo total de 16 horas a 900C. El proceso de calcinacin no se hizo de forma continua, se dividi en dos etapas de 8 horas cada una.

    Una vez terminado el proceso de calcinacin no hubo un cambio signi cativo en el color del producto, del cual una parte se llevo a analizar por difraccin de rayos X.

    Al analizar el espectro de difraccin de rayos X empleando el so ware DIF C.EVA se encontr que el producto obtenido de la calcinacin presentaba varias fases, las cuales se identi caron y se observan en el espectro de difraccin. La presencia de varios compuestos en el producto nal, se debe a que gran parte de ellos no reaccionaron, hay reacciones secundarias entre ellos debido a las condiciones en las que se realiz el experimento se favorece la formacin de otros compuestos menos el deseado. Y lo podemos observar a travs de tres reacciones principales producidas durante el proceso de calcinacin. Estas son:1. Descomposicin del BaCO3 en BaO slido y CO2 gaseoso2. BaCO3 slido reacciona con CuO para formar CO2 y BaCuO23. BaCuO2 reacciona con Y2O3 y CuO para formar YBa2Cu3O7-x y oxgeno gaseoso.En esta ltima etapa es importante que la muestra este en contacto con una alta concentracin de oxigeno, ya que ste ayuda a estabilizar la estructura.

    Para comprobar si el producto obtenido presentaba caractersticas de superconductor se realiz la prueba con nitrgeno liquido. En esta prueba se ubic sobre el producto obtenido un imn y seguido a esto se agreg nitrgeno liquido hasta cubrir completamente el producto. No se observ levitacin del imn sobre este, lo que nos indica

    que el producto obtenido no presenta propiedades superconductoras. Para el anlisis cualitativo de cobre se tomaron 0,5 g del producto de la calcinacin y se disolvieron en 30 mL de HCl 1M y se procedi a calentar la solucin.Este anlisis no se realiz, ya que se deba obtener una solucin azul despus de calentar, que indican la presencia de Cu+2 . Como se observa en la imagen 7, a medida que transcurre el tiempo la intensidad del color aumentaba, lo que indica que se form el complejo [CuCl4]

    -2 , debido a la alta concentracin de iones Cl- en la solucin provenientes del HCl, como se observa en la reaccin . Este complejo exhibe un color verde y aumenta su intensidad a medida que se calienta.

    CONCLUSIONES

    A pesar de que la mezcla de xidos y carbonato no se someti al tratamiento trmico en su totalidad, se logr obtener el compuesto YBa2Cu3O7-x,, el cual fue identi cado en el difractograma, a pesar de la existencia de otros productos.

    El material obtenido no presenta propiedades superconductoras, debido a que presenta muchas impurezas y probablemente no se logr estabilizar su estructura debido al poco tratamiento trmico y la ausencia de una fuente oxgeno.

    BIBLIOG FIA

    Superconductor de Alta Temperatura, YBa2Cu3O7-xCristian Fernando Martinez Camacho ; Luz Miriam Florez Parra

    Universidad Industrial de SantanderFacultad de Ciencias Bsicas

    Escuela de Qumica

    Imagen 2. Estructura cristalina de YBa2Cu3O7 . Imagen tomada de internet.

    Imagen 1. Celda unidad Perovskita tipo ABX3. Imagen tomada de Qumica Inorgnica. Schriver & Atkins.

    1,05 g de Y2O33,9 g de BaCO32,4 g de CuO

    (1) Macerar

    (2) Aplicar presin

    (3) Calentada al aire

    900 C ; 16 horasSuperconductor

    YBa2Cu3O7-xRelacin atmicaY:Ba:Cu = 1:2:3

    Esquema 1. Procedimiento empleado en la obtencin del superconductor

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    7000

    Cou

    nts

    20 30 40 50 60 70

    2Theta (Coupled TwoTheta/Theta)

    Espectro de difraccin de rayos X del compuesto obtenido.

    BaCO3 PDF 05-0378

    CuO PDF 05-0661

    Y2O3 PDF 25-1200

    Y2Cu2O5 PDF 81-0703

    YBa2Cu3O7,34 PDF 78-2210

    (3) Calentada en aire

    900 C ; 16 horas

    Imagen 3. Mezcla de xidos para llevar a la mu a Imagen 4. Producto obtenido de la calcinacin.

    Para el anlisis cualitativo de cobre se tomaron 0,5 g del producto de la calcinacin y se disolvieron en 30 mL de HCl 1M y se procedi a calentar

    Este anlisis no se realiz, ya que se deba obtener una solucin azul . Como se observa

    Imagen 5. Producto obtenido de la calcinacin.

    Imagen 6. Producto obtenido de la calcinacin y despus de agregar nitrgeno lquido.

    20 minutos

    20 minutos

    Imagen 7. Anlisis cualita ivo de cobre. En la imagen (a) se observa el producto obtenido disuelto en HCl . En (b) y (c) el producto se someti a calentamiento constante.

    (a) (b) (c)

    [Cu(H2O)6]+2

    (aq) + 4 Cl-(aq) [CuCl4]

    -2(aq) + 6H2O(l)