Estudo termodinâmico do processo de carregamento elétrico da interface superfície-dispersão em nanocoloides magnéticos à base de nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@γFe2O

Abstract

Coloides magnéticos são materiais líquidos à temperatura ambiente e possuem propriedades magnéticas interessantes e amplas aplicações biomédicas, ambientais e tecnológicas. A estabilidade coloidal desses materiais deve ser monitorada para evitar fenômenos de aglomeração, o que é feito por um balanço complexo de forças atrativas de van der Waals, interações magnéticas dipolares e interações eletrostáticas repulsivas. As interações repulsivas podem ser ajustadas através da carga superficial das nanopartículas, que é gerada a partir de reações de protonação e desprotonação dos grupos de superfície. Assim, tanto a densidade de carga superficial quanto o potencial zeta são parâmetros imprescindíveis para a determinação da estabilidade coloidal dos ferrofluidos. Não obstante o controle desses parâmetros por meio de variações de pH e/ou força iônica do meio, a temperatura também é um fator essencial que permite, não somente monitorar a estabilidade coloidal, como também compreender o comportamento termofílico/termofóbico desses materiais. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é investigar a termodinâmica do processo de carregamento elétrico da interface superfície-dispersão de nanopartículas core-shell do tipo CoFe2O4@γ-Fe2O3. O coloide foi sintetizado através do método de coprecipitação hidrotermal em meio alcalino. A caracterização estrutural e morfológica das nanopartículas foi realizada por difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão e as propriedades magnéticas foram investigadas por medidas de magnetização à temperatura ambiente. A densidade superficial de carga das nanopartículas em diferentes temperaturas foi determinada utilizando titulações potenciométricas e condutimétricas simultâneas. O tamanho hidrodinâmico e a mobilidade eletroforética das nanopartículas foram determinadas por espalhamento dinâmico de luz e eletroforese por efeito doppler com Laser, respectivamente. Os valores do potencial zeta foram calculados utilizando a equação de Henry para quatro temperaturas distintas. Os parâmetros termodinâmicos do processo de desprotonação-protonação dos sítios superficiais foram calculados através do formalismo Bérubé e De Bruyn. Os resultados revelaram que o processo de desprotonação é endotérmico, espontâneo e ocorre com aumento de desordem na interface nanopartículas/dispersão. Esse comportamento justifica a redução significativa do potencial zeta e do valor de saturação da densidade de carga superficial com o aumento da temperatura. Finalmente, os resultados obtidos fornecem informações valiosas para compreender o comportamento termofílico de ferrofluidos aquosos estabilizados em meio ácido.