Reatividade e fenômenos eletrocinéticos de nanopartículas magnéticas carregadas, no seio da dispersão aquosa e na interface eletrodo/dispersão

Abstract

Fluidos magnéticos, ou ferrofluidos, ou ainda líquidos magnéticos, são materiais originais pois reúnem, ao mesmo tempo, o magnetismo e a fluidez, o que vem inspirando sua aplicação em tecnologias de ponta, incluindo a biomedicina. A investigação de suas propriedades se torna de fundamental importância para o design de amostras a serem empregadas em cada caso específico. Do ponto de vista físico-químico, os ferrofluidos constituem uma dispersão coloidal ultraestável de nanopartículas magnéticas à base de ferritas do tipo mineral espinélio. A redução drástica da dimensão do material magnético em sua forma bulk para a escala nanométrica introduz efeitos de tamanho finito e de superfície, implicando em novas propriedades físicas e químicas. Este trabalho de dissertação de mestrado procura evidenciar a reatividade e fenômenos eletrocinéticos das nanopartículas magnéticas carregadas que constituem um ferrofluido, no seio da dispersão e na interface eletrodo/dispersão, à luz dos diversos tipos de equilíbrios iônicos aquosos já descritos na literatura para soluções verdadeiras. As amostras investigadas neste trabalho foram inicialmente sintetizadas utilizando a metodologia bottomup e analisadas do ponto de vista químico, estrutural e morfológico, com as técnicas de AAS, difração de raios-X e microscopia de alta resolução, respectivamente, evidenciando o modelo núcleo/superfície de composição. Apresentamos os resultados e discussões de medidas experimentais que evidenciam a reatividade das nanopartículas magnéticas em termos de equilíbrios químicos do tipo ácido-base de Brönsted-Lowry, de complexação e de oxidação/redução na interface nanopartícula/dispersão. Fenômenos eletrocinéticos de oxidação/redução eletródicos envolvendo a nanopartícula magnética foram evidenciados através das análises de curvas corrente vs. potencial (curvas i×E) obtidas pela técnica de voltametria de onda-quadrada (SWV) e curvas corrente vs. tempo (curvas i×t) obtidas pela técnica coulométrica. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Magnetic fluids or ferrofluids, or magnetic liquids are a genuine material because they bring together, at the same time, the magnetism and fluidity, which has inspired their application in advanced technologies, including biomedicine. The investigation of their properties becomes of fundamental importance for the design of samples to be used in each specific case. From the physicochemical point of view, the ferrofluids are ultrastable colloidal dispersion of magnetic nanoparticles based on spinel ferrites type like. The drastic dimension reduction of the magnetic material from bulk to nanometric size introduces finite size and surface effects, resulting in new physical and chemical properties. This master thesis work seeks to demonstrate the reactivity and electrokinetic phenomena of charged magnetic nanoparticles of ferrofluid, within the dispersion and the interface electrode / dispersion, using the various types of aqueous ionic equilibria described in the literature for true solutions. The samples investigated in this work were first synthesized using a bottom-up methodology and analyzed from the chemical, structural and morphological point of view, with the techniques of AAS, X-ray diffraction and transmission electron microscopy, respectively, evidencing a core/shell model of chemical composition. We present the results and discussions of experimental measurements that show the reactivity of the magnetic nanoparticles in terms of chemical equilibria of Brönsted-Lowry type, complexation and oxidation/reduction at the interface nanoparticle/dispersion. Electrokinetic phenomena of electrodic oxidation/reduction involving the magnetic nanoparticle was evidenced through the analysis of current vs. potential curves (curves i × E) obtained by the technique of square-wave voltammetry (SWV) and current vs. time curves (curves i × t) obtained by the coulometric technique.