RELATÓRIO INORGEXP - SÍNTESE Fe3O4

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SÍNTESE DE MATERIAIS 1 
γFe2O3 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Gabriel Delier Santos da Silva 
DRE: 118050890 
Aluna: Larissa de Oliveira Algusto 
DRE: 118032923 
Disciplina: Química inorgânica Experimental 1 
Professores: Marta Eloisa Medeiros 
Thiago Custodio dos Santos 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro, Novembro, 2022 
1. OBJETIVO 
Sintetizar óxido de ferro (III), Fe2O3, maghemita e avaliar sua aplicação para adsorção de 
alaranjado de metila. 
 
2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
2.1 Síntese do material γFe2O3 
A metodologia de síntese adotada foi baseada na utilizada por Hui Hui e Salimi (2020) [1]. Em 
dois béqueres foram pesados, separadamente, 4,03 g de FeCl3 e 3,50 g de FeSO4 • 7H2O, 
adicionando-se um volume de água destilada suficiente para a solubilização completa dos sais. 
Ambas as soluções foram misturadas e mantidas sob agitação magnética tendo seu pH ajustado 
para 11 utilizando uma solução 5% m/v de NaOH. Após o ajuste de pH, a mistura foi mantida a 
50°C sob agitação constante por 30 minutos, utilizando um termômetro para monitoramento, 
Posteriormente, a mistura foi filtrada e lavada com água destilada. Nas águas de lavagem foi feita 
a verificação da presença de SO4
2- com uma solução previamente preparada de BaCl2. Não 
verificando-se mais a presença do ânion em questão, o sólido foi seco em estufa à 105°C por 24 
horas. Passado este período, o sólido foi homogeneizado e pulverizado em grau e pistilo de ágata, 
tendo sido realizado análise por difração de raios-X (DRX), utilizando o software da Bruker-
AXS’s Diffracplus EVA com o banco de dados PDF4 + 2021 para identificação e espectroscopia 
de infravermelho. 
2.2 Aplicação de γFe2O3 para adsorção de alaranjado de metila (MO) 
A metodologia para avaliar a aplicação da maghemita (γFe2O3) como adsorvente de alaranjado de 
metila foi baseada no trabalho de Deligeer e Zhao (2011) [2]. Foi preparado uma solução 100 mg/L 
de alaranjado de metila. Em 20,0 mL desta solução foi adicionado 0,10 g da maghemita sintetizada. 
A mistura foi mantida sob agitação por 1 hora e 30 minutos, monitorando-se o pH, que foi mantido 
em 7. Passado este tempo, a mistura foi filtrada, e a solução filtrada foi submetida a análise em 
espectroscopia UV-VIS em conjunto com a solução de alaranjado de metila antes do tratamento. 
 
3 ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 
3.1 Síntese e caracterização de γFe2O3 
As Equações 1 – 3 mostram as etapas de formação da maghemita de acordo com a metodologia de 
síntese adotada. A Equação 4 apresenta a reação global para o processo. 
Fe2+(aq) + 2 Fe
3+
(aq) + 8OH
-
(aq) → Fe3O4(s) + 4 H2O(l) (1) 
Fe3O4(s) + 0,25 O2(g) + 4,5 H2O(g) → 3 Fe(OH)3 (2) 
2 Fe(OH)3(s) → γFe2O3(s) + 3 H2O (3) 
Fe2+(aq) + 2Fe
3+
(aq) + 8OH
-
(aq) + 0,25 O2(aq) + 0,5 H2O(aq)→1,5 γFe2O3(s) + 4,5 H2O(l) (4) 
As massas dos reagentes iniciais foram pesadas para obter de 3,02 g de produto final, 
estequiometricamente, de acordo com a Equação 4. A massa de produto obtida foi de 3,57 g, o que 
forneceria um rendimento de 118,2 %. Entretanto, após a secagem do sólido, durante a raspagem 
do material do papel de filtro, foi verificado que uma camada do papel havia sido raspada 
juntamente com o sólido. Esta camada encontrava-se impregnada com a maghemita, possuindo 
também propriedade magnética quando em contato com ímã de neodímio. O máximo de sólido foi 
separado, visual e mecanicamente, do papel de filtro impregnado, e a massa obtida de sólido foi 
de 1,70 g, fornecendo um rendimento de 56,3 %. A Figura 1 apresenta uma fotografia da camada 
de papel de filtro raspada e impregnada com maghemita. A camada impregnada com papel de filtro 
possivelmente é ocasionada pela formação das nanopartículas de maghemita, de acordo com o 
trabalho de Beh Hui Hui e Salimi (2020) [1]. 
 
Figura 1: Fotografia do produto, maghemita (γFe2O3), e do papel de filtro impregnado. 
A Figura 2 apresenta o difratograma obtido. Por meio da comparação deste difratograma com a 
base de dados utilizada, o sólido sintetizado corresponde ao desejado. Devido ao perfil que o 
difratograma apresenta, verifica-se que há presença de um uma espécie amorfa, sendo o papel de 
filtro que não foi completamente separado do sólido. Além disso, o sólido não se apresentava na 
granulometria requerida pelo equipamento, já que é possível verificar um elevado sinal de ruído. 
 
Figura 2: Difratograma do produto final 
Além da caracterização por difração de raios-X, foi importante realizar uma análise por 
espectroscopia de infravermelho tanto dos reagentes quanto do produto formado com o objetivo 
de identificar a presença de picos que indiquem a formação da ligação química de interesse ou, 
ainda, a ausência de picos mais intensos no intervalo 4000 a 400 cm-1, faixa em que a 
espectroscopia foi realizada. Isso também pode ser interpretado como um indício da formação da 
ligação de interesse caso a deformação da ligação apenas possa ser identificada em faixas inferiores 
a 400 cm-1. 
Dito isso, as espectroscopias apresentadas pelas Figuras 3A, 4A, 5 são referentes aos reagentes 
utilizados para a síntese e a apresentada pela Figura 6 é referente ao produto obtido. 
 
Figura 3A. Espectroscopia de infravermelho do cloreto de ferro III, FeCl3 
O cloreto de ferro III é uma molécula de geometria piramidal e simetria C3v. Essa classe de 
moléculas apresenta quatro modos normais de vibração (Figura 4) que são ativas no infravermelho. 
 
Figura 3B. Modos normais de vibração de moléculas piramidais C3v [3] 
Isso indica que quatro bandas, cada uma representando um modo normal de vibração, deve estar 
presente na espectroscopia. Entretanto, os estiramentos de metais ligados a halogênios 
frequentemente apresentam valores baixos sendo que, para metais ligados a cloro, M-Cl, esses 
valores geralmente aparecem na faixa de 300 a 200 cm-1 [3]. No caso do FeCl3, isso também é 
observado pois, de acordo com o tabelado em Nakamoto (2009), as frequências vibracionais para 
o FeCl3 são: 
ν1 = 363.0 cm
-1
 
ν2 = 68.7 cm
-1 
ν3 = 460.2 cm
-1 
ν4 = 113.8 cm
-1 
Portanto, as frequências vibracionais de estiramento da ligação Fe-Cl não devem estar visíveis na 
faixa de 4000 a 400 cm-1. É possível observer, na Figura 3, uma banda com aspecto arredondado 
na faixa de 3500 a 3000 cm-1, um pico bem definido na região de 1620 cm-1 e uma banda pouco 
proeminente na região de 600 a 500 cm-1. 
A banda na faixa de 3500 a 3000 cm-1, em razão de seu arredondamento proeminente, é 
característica de ligações de hidrogênio O-H devido à presença de água. Isso é coerente devido à 
higroscopicidade acentuada do cloreto de ferro III que, além de ser relatada em handbooks, foi 
visualmente observada uma vez que, apesar de o reagente utilizado para a síntese ser anidro, ainda 
foi possível verificar umidade dentro do frasco. 
Além disso, a banda de 1620 cm-1, também proeminente, corrobora a higroscopicidade do reagente 
utilizado, pois é uma banda característica do estiramento angular da molécula de água, geralmente 
a presença desse pico acompanha o pico arredondado na faixa de 3500 a 3000 cm-1. É algo que 
também é comumente observado em compostos hidratados [3]. 
Finalmente, a banda arredondada na faixa dos 600 a 500 cm-1, pouco proeminente, pode ser 
resultado da combinação das bandas características das frequências vibracionais da ligação Fe-Cl, 
uma vez que apresenta uma intensidade fraca e as bandas isoladas não podem ser observadas na 
faixa de 400 a 4000 cm-1. 
 
 
Figura 4A. Espectroscopia de infravermelho do sulfato de ferro II heptahidratado, FeSO4 • 7H2O 
A espectroscopia B apresenta quatro picos proeminentes nas faixas de 3200, 1650, 1090 e 620 cm-
1 sendo os dois primeiros picos citados, assim como no discutido na espectroscopia A, referentes 
à elevada presença de água no sal, uma vez que o reagente utilizado é um sal heptahidratado. 
Acerca das demais bandas observadas, épreciso realizar uma análise mais cuidadosa devido a 
presença do sulfato, uma vez que o íon sulfato livre e o íon coordenado a metal apresentam 
simetrias diferentes e, portanto, padrões de picos diferentes. As simetrias observadas para esse íon 
bem como para seus complexos é representada pela Figura 4B. 
 
Figura 4B. Simetrias do íon sulfato e livre e dos diferentes modos de coordenação de metais ao 
sulfato [3] 
Para os três tipos de simetrias apresentadas pela Figura 4B, os estiramentos ν1 e ν3 apresentam 
valores próximos a 1000 e 1100 cm-1, respectivamente. Entretanto, de acordo com a simetria 
apresentada, o estiramento ν3 pode apresentar ramificações em razão da maior quantidade de 
modos normais de vibração. A Tabela 1, retirada de Nakamoto (2006), apresentada a quantidade 
de modos normais de vibração tanto no infravermelho quanto no Raman. 
 
Tabela 1. Modos normais de vibração para Infravermelho e Raman 
De acordo com essa tabela, moléculas de metais não coordenados ao íon sulfato, ou seja, 
correspondente ao grupo pontual Td, não apresenta ramificações em ν3, apresentando apenas um 
pico proeminente para essa frequência vibracional. Entretanto, as moléculas de metais 
coordenados, representados pelos grupos pontuais C3v e C2v apresentam, respectivamente, duas e 
três ramificações do pico em 1100 cm-1. 
Para uma melhor visualização do que está sendo discutido, pode-se tomar como base o espectro 
comparativo a seguir, também retirado de Nakamoto (2006). 
 
Figura 5. Espectroscopia de Infravermelho do íon sulfato (SO4
2-) livre 
A linha cheia (superior), é o espectro correspondente a uma molécula onde o íon sulfato está 
livre, apresentando um pico proeminente em 1100 cm-1 e ν1 bem fraco, correspondendo à tabela 
acima. Já as linhas pontilhadas intermediária (C2v) e inferior (C3v) apresentam, respectivamente, 
ramificações em duas e três bandas de ν3, sendo ν1 um pouco mais proeminente ao observado 
para o grupo pontual Td. 
Com base nessas características, é correto dizer que o reagente utilizado, sulfato de ferro II 
heptahidratado, é uma molécula em que o íon sulfato é livre, não apresentando evidências de 
coordenação em seu espectro, uma vez que apresenta apenas um pico proeminente em torno de 
1100 cm-1. Além disso, outro fato que corrobora essa afirmação é a presença de apenas um pico 
proeminente em 620 cm-1, aproximadamente. Essa pico corresponde ao estiramento ν4 [3], também 
observado na tabela acima sem a presença de ramificações para a simetria Td, enquanto para as 
demais simetrias, apresenta o mesmo número de ramificações que o estiramento ν3. 
 
Figura 6. Espectroscopia de infravermelho do hidróxido de sódio, NaOH 
O espectro referente ao hidróxido de sódio apresenta banda bastante proeminente em todo o 
espectro em razão da sua higroscopicidade, apresentando bastante água e interações de hidrogênio, 
como já foi discutido anteriormente. Entretanto, é válido observar a proeminência de uma banda 
em torno de 630 cm-1. A presença dessa banda ocorre porque é sábido que o hidróxido de sódio, 
em contato com o ar, absorve umidade e CO2 atmosférico, levando à formação de Na2CO3 [5]. 
Portanto, a banda proeminente observada refere-se à presença de CO3
2- na amostra. Esse 
conhecimento pode ser importante para verificar se há presença considerada de ânions CO3
2- no 
produto formado de forma a auxiliar na interpretação de seu espectro. 
 
Figura 7. Espectroscopia de infravermelho do produto obtido, Fe2O3 
A análise da espectroscopia obtida para o óxido de ferro III foi baseada no trabalho de Beh Hui 
Hui e Salimi (2020) [1], o qual foi utilizado como base para a síntese do óxido. 
De acordo com esse trabalho, as frequências vibracionais dos grupos funcionais mais 
característicos que devem estar presentes na espectroscopia da maghemita são aquelas referentes 
à ligação Fe-O, ao grupo hidroxila e ao dióxido de carbono atmosférico. Essas últimas estão 
comumente presentes na espectroscopia devido às características adsortivas da maghemita. 
Em relação às bandas características do grupo hidroxila, advindo da água adsorvida, é possível 
observar bandas já anteriormente discutidas nos espectros dos reagentes, ressaltando o pico 
arredondado ao redor de 3400 cm-1 e o pico em cerca de 1660 cm-1. Segundo Beh Hui Hui e Salimi 
(2020) [1], esses picos corresponderiam à água adsorvida. 
Além de água, o trabalho de Beh Hui Hui e Salimi (2020) [1] ressalta que, em razão do contato 
com a atmosfera, a espectroscopia da maghemita deve apresentar uma banda correspondente ao 
CO2 adsorvido do ar atmosférico. Essa banda deve estar na faixa dos 2300 cm
-1. Existe uma banda 
próxima a esse valor na Figura 6. Entretanto, ela não deve ser proeminente, pois a formação de 
picos ocorre apenas durante a mudança de momento de dipolo das moléculas, o que explica essa 
pouca proeminência no caso do CO2, uma vez que é uma molécula de caráter apolar. 
As bandas referentes à água e ao dióxido de carbono são bandas que caracterizam o caráter 
adsortivo da maghemita. Porém, para classificar o composto, é necessário identificar bandas que 
correspondam à vibração da ligação Fe-O. Nesse sentido, é possível identificar três bandas. 
A banda de menor frequência nesse espectro, por volta de 630 cm-1 corresponde à frequência 
vibracional da ligação Fe-O, o que assegura a presença de ligação ferro e oxigênio. A segunda 
banda, identificada no trabalho base, em quatro amostras diferentes, inerente à formação da 
maghemita pura, é o pico próximo a 880 cm-1. O Espectro D também apresenta essa banda. Apesar 
de o artigo não explicitar a que tipo de vibração essa banda se encaixa, é um forte indicativo de 
que o composto obtido foi de fato a maghemita. Por fim, a banda mais proeminente do Espectro 
D é observada em 1440 cm-1, próximo do correspondente à vibração do complexo ferrofásico 
citado no artigo. 
 
3.2 Aplicação de γFe2O3 na adsorção de alaranjado de metila 
Corantes azo são uma classe de compostos químicos com o grupo -N=N- como grupo 
cromogênico, possuindo uma estrutura altamente conjugada propiciando uma ampla faixa 
espectral de cores para indústria alimentícia e têxtil. Estes corantes possuem uma significativa 
toxicidade e potencial carcinogênico, pois apesar de o corpo humano possuir enzimas responsáveis 
pela clivagem destes compostos, ocorre a geração de radicais N-hidoxi, capazes de reagir com os 
componentes do DNA. Sendo assim, há uma evidente importância para o tratamento de efluentes 
da indústria têxtil, alimentícia ou qualquer outro ramo industrial que utilize tais corantes para 
diminuir a quantidade de azo compostos despejadas no ambiente (Zanoni e Yamanaka, 2016 [6]). 
Um dos métodos mais eficientes e simples para o tratamento de efluentes é a adsorção. Materiais 
magnéticos possuem uma vantagem adicional pela simplicidade de separação submetendo o 
efluente tratado a um campo magnético. Deste modo, a maghemita sintetizada e caracterizada foi 
avaliada como adsorvente para alaranjado de metila (MO), cuja estrutura se encontra na Figura 8, 
um azo-corante utilizado para atingir colorações entre laranja e vermelho (Zanoni e Yamanaka, 
2016 [6]; Deligeer e Zhao, 2011 [2]). 
 
Figura 8. Estrutura do alaranjado de metila 
As condições utilizadas para o ensaio de adsorção foram definidas com base nos resultados 
encontrados por Deligeer e Zhao (2011) [2]. Em seu trabalho, verifica-se que após 10 minutos da 
adição da maghemita na solução de alaranjado de metila atinge-se a capacidade máxima de 
adsorção (cerca de 90%), mantendo-se constante até os 30 minutos de ensaio. Para o pH do meio, 
verificou-se que para pH 7 ou inferior se tem os melhores percentuais de adsorção, variando muito 
pouco na faixa estudada, de 3 – 7, desde modo, por simplificação do ensaio realizado neste 
trabalho, foi escolhido a realização do ensaio em pH neutro. Com relação à concentração e massa 
de maghemitautilizadas, os resultados mostraram que a concentração de alaranjado de metila e a 
capacidade de adsorção possuem uma relação linear crescente, desde modo, foi escolhido a 
concentração e massa de maghemita necessária para observação visual evidente de diferença de 
cor, correspondendo à 100 mg/L de alaranjado de metila e uma massa de 100 mg de maghemita. 
A Figura 9 apresenta uma fotografia do ensaio de adsorção de alaranjado de metila. 
 
Figura 9. Fotografia do ensaio de adsorção de alaranjado de metila utilizando γFe2O3 como 
adsorvente. Da esquerda para direita: Solução de alaranjado após adsorção com γFe2O3; Solução 
de alaranjado de metila 100 mg/L, antes do ensaio de adsorção. 
 
A Figura 10 apresenta o espectro UV-Visível para o ensaio de adsorção. Analisando o espectro, 
observa-se que existe uma diminuição significativa da absorbância entre as soluções antes a após 
o ensaio de adsorção. O comprimento de onda de máxima absorbância ocorre entre o intervalo de 
460 – 465 nm, possuindo absorbâncias máxima de 1,70 e 0,43 para a solução de alaranjado de 
metila antes e após o ensaio de adsorção, respectivamente. 
 
Figura 9. Espectro UV-Visível das soluções de alaranjado de metila antes (em laranja) e após 
(em azul) o ensaio de adsorção. 
Valendo-se da lei de Lambert-Beer (5), onde “A” é a absorbância, “ɛ” é o coeficiente de 
absortividade molar, “b” é o caminho ótico e “c” a concentração, é possível estimar a concentração 
restante de alaranjado de metila, considerando que não há mudança do valor de ɛ e que as cubetas 
utilizadas na medição possuem mesmo caminho ótico. 
A = ɛ.b.c (5) 
Como para ambas soluções, antes e após adsorção, “b” e “ɛ” serão os mesmos, e obtendo-se a 
razão entre as absorbâncias, a Equação 5 pode ser reescrita como a Equação 6 
 
Aantes
Adepois
= 
Cantes
Cdepois
 (6) 
Substituindo os valores, obtém-se uma concentração de alaranjado de metila restante de 25,29 
mg/L, ou seja, foi realizada a remoção de 74,71% de alaranjado de metila da solução. 
 
1,70
0,43
= 
100 mg/L
Cdepois
 
Cdepois = 25,29 mg/L 
Percentual de remoção = 
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠− 𝐶𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
 𝑥 100 = 
100 𝑚𝑔/𝐿 − 25,29𝑚𝑔/𝐿
100 𝑚𝑔/𝐿
 𝑥 100 = 74,71 % 
Em seu trabalho, Deligeer e Zhao (2011) [2] obtiveram remoções de cerca de 90% de alaranjado 
de metila de uma solução sintética nas condições utilizadas neste trabalho. Esta diferença de 
percentuais de remoção pode ser explicada pela presença de papel de filtro no sólido sintetizado, 
ou seja, a massa pesada de maghemita não correspondia apenas a este produto, mas sim ao produto 
e ao papel de filtro impregnado com maghemita. Além disso, durante a realização do ensaio de 
adsorção, ao adicionar a massa pesada de maghemita verificou-se que uma parcela da massa ficou 
grudada no agitador magnético, podendo também ter contribuído para este menor percentual de 
remoção. 
 
4. CONCLUSÃO 
De acordo com os resultados obtidos para caracterização, o produto desejado foi sintetizado com 
êxito, com um possível rendimento de 56,3 %, já que ao coletar o sólido para pesagem e utilização, 
uma parte do papel de filtro impregnado com o produto foi coletada juntamente, possivelmente 
por se tartar de uma nanopartícula, de acordo com o trabalho de Beh Hui Hui e Salimini (2020) 
[1]. A utilização da maghemita para tratamento de efluentes contendo o corante alaranjado de 
metila se mostrou eficiente, tendo sido capaz de remover 74,71% da concentração inicial (100 
mg/L) de alaranjado de metila de uma solução sintética. Comparando este resultado com o trabalho 
de Deligeer e Zhao (2011) [2], o percentual de remoção neste trabalho se apresentou menor, 
possivelmente pela presença de papel de filtro no produto, que levou a uma massa real de 
maghemite menor que o desejado, além disso, ao realizar o ensaio de adsorção, notou-se que parte 
da maghemite ficou grudada ao agitador magnético, diminuindo a eficiência do processo de 
adsorção. 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] HUI, B, H; SALIMI, M, N; Production of Iron Oxide Nanoparticles by Co-Precipitation 
method with Optimization Studeis of Processing Temperature, pH and Stirring RATE, Conf. 
Series: Materials Science and Engineering, 743, 2020. 
[2] ASUHA, S; GAO, Y. W; DELIGEER, W; YU, M; SUYALA, B; ZHAO, S; Adsorptive 
Removal of Methyl Orange Using Mesoporous Maghemite, J Porous Mater, p 581 – 587, v 18, 
2011. 
[3] NAKAMOTO, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination 
Compounds. Handbook of Vibrational Spectroscopy, 2006. 
[4] NAKAMOTO, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination 
Compounds, part A: Theory and applications in inorganic chemistru. John Wiley & Sons, 2009. 
[5] PATNAIK, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemicals. New York: McGraw- 
Hill, 2002. 
[6] ZANONI, M. V. B.; YAMANAKA, H.; Corantes – Caracterização química, toxicológica, 
métodos de detecção e tratamento. Editora Cultura Acadêmica, SP, 2016