SNTESIS HIDROTERMAL

SNTESIS HIDROTERMALFrancisco Javier Vargas Lentpicos selectos en la sntesis de materiales absorbentes y catalticos2016El trmino hidrotermal es de origen puramente geolgico. Fue primeramente empleado por el gelogo britnico, Sir Roderick Murchinson (1792-1871) para describir la accin del agua a elevada temperatura y presin en la corteza terrestre que conducen a la formacin de varias rocas y minerales. La tcnica hidrotermal se hizo muy popular al tratar de simular las condiciones existentes en la corteza terrestre para realizar sntesis en el laboratorioOrigen

Sntesis Solvotermal agrupa una serie de tcnicas en las que un lquido, en un recipiente cerrado, es calentado por encima de su punto de ebullicin, lo que genera una presin superior a la atmosfrica (normalmente moderada).El lquido habitual es el agua, y de ah el nombre de sntesis hidrotermal; sin embargo, cada vez se van utilizando con mayor frecuencia otros medios lquidos: solventes orgnicos, amonaco lquido, hidracina, etc.Qu es?

El objetivo de esta tcnica es lograr una mejor disolucin de los componentes de un sistema y as se logran disolver especies muy poco solubles en condiciones habituales (p. ej., la slice, aluminosilicatos, titanatos, sulfuros,...).Por ejemplo el agua, calentada a 600 C (lo que obviamente requiere presin que evite su paso al estado de vapor) experimenta una disociacin (H3O+,OH-) mucho mayor que lo habitual a presin ordinaria: Pueden aadirse mineralizadores, tanto bsicos (carbonatos, hidrxidos,...) como cidos (ntrico, clorhdrico, sales amnicas,...) oxidantes o reductores, complejantes, etc,... y que, obviamente, potenciarn la capacidad de disolucin del agua en una u otra direccin. Adicin de especies utilizables como plantilla con el fin de nuclear el producto en su entorno y generar as cavidades o porosidad a la medidaCmo funciona?

Al aumentar la presin y la temperatura:La densidad del agua aumenta, a 1000 C y presin de entre 150-200 kbar kw=1.7-1.9 g.cm-3, y se disociada en H3O+ y OH-. El producto inico del agua crece. a 1000 C y 10 Kbar el valor de pKw= 7.85(3). La viscosidad del agua decrece. A 500 C y 100 bar es 0.8904 (10% que a 27 C). La constante dielctrica del agua se reduce. electrolitos disociados en condiciones normales tienden a asociarse La presin depender tambin del llenado del recipiente. si la temperatura excede el denominado punto crtico del solvente (374.1 C, 218.3 atm para el agua), el comportamiento del disolvente ser muy distinto (ser un fluido supercrtico, distinto tanto del vapor como del lquido) y el aumento de la presin con la temperatura ser exponencialPropiedades fsicas del agua en condiciones hidrotermales.

Al aumentar la presin, aumenta la densidad por la disminucin del volumen , a ello puede llegarse mediante transformaciones de fase o mediante reacciones qumicas (el volumen molar de los productos debe ser menor que el volumen molar de los reactivos).

Hay tambin otros efectos:Formacin de estructuras ms compactas Aumento del ndice de coordinacin Estabilizacin de altos estados de oxidacin de elementos metlicos Formacin de enlaces metal-metal Efectos sobre el campo del cristal y transformaciones de espn Reacciones de descomposicin bajo presin Amorfizacin bajo presin.Aspectos termodinmicos de la alta presin

Autoclaves y recipientes de reaccin para la sntesis hidrotermal.Los autoclaves son recipientes o recintos de reaccin protegido para las condiciones internas extremas en los procesos hidrotermales.Un autoclave ideal para sntesis hidrotermal : Ser inerte a los cidos, bases y agentes oxidantes. Fcil de montar y desmontar Tener suficiente longitud para obtener un deseado gradiente de temperatura. Ausencia de fugas con ilimitada capacidad para alcanzar la temperatura y presin requeridas.

mtodos isotermos incluyen aqullos en los que no son introducidos un gradiente de temperatura. Son habitualmente empleados para propsitos preparativos que no requieren gran eficiencia de transporte. mtodo de gradiente de temperatura es habitualmente empleado para el crecimiento cristalino. En este mtodo los productos de reaccin son transportados desde una regin de gran solubilidad a otra de menor; usualmente desde la regin caliente a la fra. mtodo de decrecimiento de temperatura es una variacin del mtodo de gradiente de temperatura. En este mtodo la fase deseada, que est saturada a elevada temperatura, es precipitada de la disolucin por enfriamiento.Mtodos de sntesis hidrotermal

Externos:Cambios en la temperatura externa del autoclave.El tiempo del tratamiento trmico.Rampas de subida o bajada de la temperatura.Internos:los reactivos y sus concentracionesVolumen inicial del solvente+reactivo, respecto al volumen total del autoclave.Algunos parmetros de control.

Se pueden tener temperaturas y presiones mas altas, que con los mtodos convencionales.Es un mtodo simple y sin gran demanda en trminos de equipamientoEs un mtodo optimo para la fabricacin de sistemas nanoestructurados.Las condiciones termodinmicas que se dan en este mtodo, nos permiten ampliar el numero de posibilidades de materiales sintetizablesDebido a que este mtodo se da en un sistema cerrado, no se puede en general conocer exactamente los valores de las variables termodinmicas, lo que trunca un completo control sobre la sntesis.Ventajas y desventajas

Un ejemploLa magnetita (Fe3O4) aplicacin como pigmento, materiales, catlisis, refrigeracin magnetocalrico, tintas de imprenta y de formacin de imgenes por resonancia magntica de grabacin.Adems, bien dispersada Fe3O4partculas ampliamente se han considerado como un candidato ideal para aplicaciones biolgicas.Adems, Fe3O4se ha demostrado que acta como un material de electrodo de conversin recargable que reacciona con ocho Li por unidad de frmula, exhibiendo capacidad mucho mayor que las sustancias carbonosas (por ejemplo, mximo de 372 mA h g- 1para el grafito)Procedimiento de sntesis.

En un proceso tpico se disolvieron 5 mmol (NH4)2Fe (SO4)26H2O, 2.5 mmol hexamethylenetetramine, y 1 g sulfato de sodio en 30 mL de agua destilada, luego se agito por 20 min, y esto se llevo a un autoclave de 50 mL (tefln) y se agrego agua destilada hasta el 80% de su capacidad.

El autoclave se sello y se ubico en un horno a 90 C por 24 h. luego de la reaccin el autoclave fue enfriado en aire. La suspensin se lavo con agua destilada y etanol 4 veces a 6000 RPM por 5 min, y el precipitado finalmente se seco a 60 C por 24 h.

-FeOOHFe-O

ConclusionesEn conclusin, las nanopartculas Fe 3 O 4 con un tamao medio de proximadamente 160 nm fueron sintetizados por un mtodo hidrotrmico sencilla en presencia de sulfato de sodio. Las partculas consisten en una gran cantidad de partculas magnticas con pequeo tamao, que se puede ver la imagen TEM de gran aumento de. Las pequeas partculas magnticas especiales consistieron arquitecturas con gran volumen de relacin superficie que causan la alta capacidad de descarga inicial debido a la facilitacin de la formacin de la capa de SEI y la absorcin de las impurezas. Adems se debe trabajar en la relacin entre el tamao y la arquitectura y las propiedades electroqumicas de la nanoestructurado Fe 3 O 4 con el fin de mejorar el rendimiento de ciclo de Fe 3 O 4 .