Sol-gel

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Géis coloidais resultam da agregação linear de partículas primárias pela alteração apropriada das condições físico-químicas da suspensão.[1]
A gelatinização ocorre pela interação entre as longas cadeias poliméricas lineares.[1]
Gel de agarose sobre lâmpada ultravioleta pode ser usado para estudar o DNA.
Exemplo de hidrólise sol-gel. Em roxo silício, em vermelho oxigênio, em branco hidrogênio.
Exemplo de condensação de um silanol.
Ao final do processo, a secagem do gel permite a formação de um xerogel (gel seco).

Processo Sol-gel ou pectização refere-se a qualquer rota de síntese de materiais onde num determinado momento ocorre uma transição do sistema sol para um sistema gel.[1] É uma técnica amplamente utilizada síntese de materiais para obtenção de materiais inorgânicos ou híbridos orgânico-inorgânicos. As reações de hidrólise e condensação do precursor permitem a formação de partículas de tamanho coloidal (sol) e posterior formação da rede tridimensional (gel)[2]

São utilizados principalmente para a fabricação de materiais (geralmente óxidos de metal). A solução coloidal (sol) funciona como o precursor para uma rede integrada (gel) de partículas discretas ou de polímeros de rede. Precursores típicos são alcóxidos de metais e sais de metais (tais como cloretos, nitratos e acetatos), que são submetidas a várias formas de reações de hidrólise e de policondensação.[3]

Vantagens[editar | editar código-fonte]

As grandes vantagens deste processo são seu custo reduzido em relação a processos convencionais (no caso de matrizes vítreas) e possibilidade de produção de novos materiais como [4] :

  • Concentradores de luminescências solares;
  • Sensores bio-químicos;
  • Lasers sólidos ajustáveis na faixa do espectro visível;
  • Materiais para a óptica linear e não-linear;

Sol e Gel[editar | editar código-fonte]

Sol é uma dispersão de partículas coloidais (dimensão entre 1 e 100 nm) estável em um fluido, enquanto gel é um sistema formado pela estrutura rígida de partículas coloidais (gel coloidal) ou de cadeias poliméricas (gel polimérico) que imobiliza a fase líquida nos seus interstícios.[1]

Classificação[editar | editar código-fonte]

O processo de sol-gel pode ser classificado dependendo da natureza do precursor inorgânico utilizado:

  • Sais (cloretos, nitratos, sulfetos, etc.) e ;
  • Alcóxidos.

Sal Gel é uma droga

Polimerização[editar | editar código-fonte]

A reação de polimerização sol-gel pode ser dividida em duas etapas básicas:

  • Hidrólise do grupo alcóxido com a formação de grupos reativos do tipo silanol. Exemplo:
Si(OR)4 + 3H2O -> Si(OR)(OH)3 + 3ROH
  • Condensação do grupo silanol, a qual leva inicialmente à formação do sol e, eventualmente, ao gel. Exemplo:
=Si-OH + HO-Si= -> =Si-O-Si= + H2O
ou
=Si-OR + HO-Si= -> =Si-O-Si= + ROH

Fabricação de materiais sensores[editar | editar código-fonte]

O processo de sol-gel pode ser usado para produzir materiais sensores facilmente analisáveis. São de fácil fabricação, possuem projeto de síntese flexível e suas enzimas ocluídas na matriz de sol-gel mantem sua respectiva atividade catalítica.[1]

Filmes finos de óxidos metálicos[editar | editar código-fonte]

O processo sol-gel permite a fabricação de filmes finos de óxidos de metais de transição sobre diferentes tipos de substratos e facilitam o estudo de propriedades eletroquímicas e suas potencialidades de aplicação. Óxidos de zircônio e titânio tem sido muito estudados. Eletrodos de grandes dimensões podem ser fabricados usando-se a técnica de “dip-coating”, como por exemplo na produção de janelas eletrocrômicas.[5]

Híbridos orgânicos-inorgânicos[editar | editar código-fonte]

Materiais híbridos oferecem a oportunidade de combinar de forma sinérgica as propriedades físico-químicas inerentes de seus constituintes e permitem obter novas propriedades resultantes da combinação de seus componentes, devido ao tamanho reduzido dos domínios que os compõem.[3]

Esse nível altamente reduzido de dispersão é obtido pela formação de uma rede polimérica inorgânica por reações de gelificação a baixas temperaturas para transição de líquidos em sólidos. Os reagentes precursores desses componentes orgânico-inorgânico são geralmente alcóxidos de silício ou de metais como alumínio, titânio ou zircônio inicialmente dissolvidos em um líquido. No decorrer do processo, as reações de gelificação levam à formação de um estado sol, que se caracteriza por apresentar oligômeros que formarão cadeias de dimensões coloidais e partículas primárias dispersas. A evolução desse processo forma o estado gel que apresenta conectividade entre as unidades de dimensões coloidais, formando uma rede tridimensional, entrelaçada macroscopicamente observável.

Referências

  1. a b c d e Antonio A. S. Alfaya e Lauro T. Kubota. A UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS OBTIDOS PELO PROCESSO DE SOL-GEL NA CONSTRUÇÃO DE BIOSSENSORES. Quim. Nova, Vol. 25, No. 5, 835-841, 2002. http://www.scielo.br/pdf/qn/v25n5/11415.pdf
  2. H. Dislich, “Glassy and crystalline systems from gels, chemical basis and technical application”, Journal of Non-Crystalline Solids, North-Holland, Amsterdam, ed.63, 1984, 237-241.
  3. a b BENVENUTTI, Edilson V.; MORO, Celso C.; COSTA, Tania M. H. and GALLAS, Marcia R.. Materiais híbridos à base de sílica obtidos pelo método sol-gel. Quím. Nova [online]. 2009, vol.32, n.7 [cited 2013-01-11], pp. 1926-1933 . Available from: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422009000700039&lng=en&nrm=iso>. ISSN 0100-4042. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422009000700039.
  4. H. Dislich, “Sol-gel: Science, processes and products”, Journal of Non-Crystalline Solids, North-Holland, Amsterdam, ed.80, 1986, 115-121.
  5. http://www.scielo.br/pdf/%0D/qn/v23n6/3526.pdf