Geis, vidros e compositos de polifosfato de calcio, de ferro (III) e mistos

A mistura de soluções aquosas de polifosfato de sódio e de um sal de cálcio (nitrato ou cloreto) e/ou de nitrato de ferro (III), dependendo da relação [PO3¨]/[metais], leva à formação de géis. Em algumas composições observa-se a separação de líquido sobrenadante e líquido de sinérese. Os géis obtidos e os líquidos sobrenadantes, quando existentes, foram separados e pesados. A extensão e a taxa de sinérese foram determinadas por pesagem do líquido expulso pelo gel em função do tempo. As frações resultantes de cada preparação (líquido sobrenadante, líquido de sinérese e gel) foram secas a 120°C. Os sólidos obtidos por secagem de cada fração foram examinados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e analisados por espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (EDS), difração de raios-X e espectroscopia de infravermelho (IV). Quando ocorre, a formação de gel de polifosfato de cálcio é imediata e a de géis mistos (de cálcio e ferro) ou de ferro é mais lenta nos sistemas mais ricos em ferro. A cinética de contração é dependente das concentrções relativas de polifosfato, cálcio e ferro. Os géis mistos obtidos a partir de misturas com [PO3¨]/[cátions]=1 apresentam um máximo de sinérese em sistemas com a fração molar em ferro nos cátions (XFe) entre 0,10 e 0,15. Nos géis preparados com [PO3]/[cátions]=2, o máximo de sinérese ocorre no sistema com XFe=0,30. Os géis contém a maior parte dos íons Ca, Fe e (PO3¨) a dicionados e quantidades inesperadamente altas de Na e (NO3¨). É proposto um modelo que representa estes géis como sistemas bifásicos líquido-líquido, em que as fases concentrada (gel) e diluída (líquido expulso) estão interconectadas, em equilíbrio ou próximo dele e a sua taxa de separação decorre diretamente da tensão interfacial entre elas. A tensão interfacial é mais baixa nos sistemas com alta concentração de ferro, cuja fase condensada é mais hidratada, aumentando à medida que este é substituído por cálcio. Estes resultados são uma indicação de que a formação de precipitados iônicos pode seguir, em alguns casos, um mecanismo diferente daquele que tem sido usualmente considerado. Foi testada, ainda, a aplicação do gel de polifosfato de cálcio na obtenção de compósitos.Gels are formed when an aqueous solution of sodium polyphosphate is mixed with a calcium salt (nitrate or chloride), and/or iron (III) nitrate, depending on the [PO3¨]/[metal] ratio. In some compositions, separation of supernatant liquid and syneresis liquid (from the gel) is observed. The obtained gels and the supernatant liquids (when present), were isolated and weighed. The extension and rate of syneresis were determined by weighing the liquid expelled by the gel as a function of time. The resulting fractions from each preparation (supernatant liquid, syneresis liquid and gel) were dried at 120°C. The solids obtained from the drying of each fraction were examined by scanning electron microscopy (SEM) and analyzed by X-ray energy dispersion spectrometry (EDS), X-ray diffraction and infrared spectroscopy (FTIR). When it occurs, the calcium polyphosphate gel formation is instantaneous, whereas the formation of mixed (iron or calcium), or iron polyphosphate gels is slower in the iron-richer systems. The contraction kinetics depends on the relative concentrations of polyphosphate, iron and calcium. The mixed gels obtained from the [PO3¨]/[cations]=1 condition present a syneresis maximum when the molar fraction of iron (XFe) in the cations remains between 0.10 and 0.15. For the gels prepared using the [PO3¨]/[cations]=2 condition, the syneresis maximum occurs when XFe=0,30. The gels contain most of the added Ca, Fe and (PO3¨) ions, and unexpectedly high amounts of Na and (NO3¨) ions. A model is proposed, in which the gels are represented as biphasic liquid-liquid systems, where the concentrated (gel) and diluted (expelled liquid) phases are interconnected, in equilibrium or next to it, and their separation rate is a direct consequence of the interfacial tension between them. The interfacial tension is lower in the systems with high iron concentration, where the condensed phase in more hydrated. The interfacial tension increases with increasing substitution by calcium. These results indicate that the formation of ionic precipitates may follow, in some cases, a mechanism which is different from the usually accepted. The use of calcium polyphosphate gel in the obtention of composites was also tested