Estrutura cristalina da magnetite (átomos de Ferro indicados a cinza; átomos de Oxigénio indicados a vermelho)
A magnetite – Fe3O4 – é um mineral, um dos óxidos de ferro mais comuns na natureza e um membro das espinelas (minerais do tipo A2+B3+2O2-4).
Pequenos grãos de magnetite aparecem em quase todas as rochas ígneas e metamórficas. É um mineral negro-acastanhado com um lustro metálico e apresenta uma dureza de 5-6 na escala de Mohs.
A magnetite tem vindo a ser utilizada para diversos fins, nomeadamente o fabrico de camadas magnéticas para os discos rígidos, como catalisador para a síntese de outros compostos (e.g. síntese do amoníaco), como sorvente na remoção se arsénico das águas, entre outros. Ultimamente a magnetite tem sido muito utilizada sob a forma de nanopartículas, especialmente no acoplamento a outros componentes farmacologicamente activos tendo como finalidade o transporte desses fármacos aos locais específicos de actuação, sendo também utilizadas na hipertermia por radiofrequência e na ressonância magnética.
Existem diversos métodos de síntese de partículas de magnetite, sendo os mais comuns os seguintes: processo de Schikorr; co-precipitação de sais de ferro; reacção solvente-gel; microemulsão; processo solvent-free (sem solventes); e o processo dos polióis.
No processo de Schikorr, o hidróxido de ferro (II) pode ser oxidado em meio acídico, em condições anaeróbicas, formando magnetite e hidrogénio gasoso:
3 Fe(OH)2 → Fe3O4 + H2 + 2 H2O
No que diz respeito ao processo de co-precipitação, existem diversas variantes, as quais utilizam diferentes sais de ferro, no entanto todas obedecem ao rácio Fe2+:Fe3+ de 1:2) as quais são depois precipitadas em meio alcalino que, por acção de aquecimento, dá-se a conversão dos hidróxidos de ferro em magnetite.
É um processo simples e económico, no entanto limitado no que diz respeito ao tamanho das partículas. Este pode ser realizado da seguinte forma: co-precipitação de soluções aquosas de (NH4)2Fe(SO4)2 e de FeCl3 em meio alcalino (estas soluções aquosas são misturadas numa estequiometria de 1:2). A mistura é mantida a 80ºC. Esta mistura é adicionada a uma solução de NaOH (0,5 moles dissolvidas em 600mL de água destilada) em ebulição, com agitação constante durante 10 segundos. Neste passo dá-se a precipitação dos hidróxidos de ferro e as suas conversões a ferrites. A solução é depois mantida a 100ºC durante 1 hora e meia. As partículas de magnetite são lavadas várias vezes com água destilada. Estas podem depois ser mantidas em água destilada, ou então podem ser secas a 100ºC por uma hora.
O terceiro processo a ser enunciado dá-se numa interface água/óleo, e consiste na adição de uma solução aquosa de Fe2+ e Fe3+ a um solvente orgânico contendo um estabilizador. A reacção é realizada à temperatura ambiente e baseia-se na hidroxilação e condensação de percursores moleculares em solução, levando à formação de redes tridimensionais do óxido metálico (wet gel). Através de tratamentos por aquecimento são necessários para se obter a forma cristalina.
Os ferrofluidos à base de magnetite são sintetizados através de um método solvente-gel modificado. O óxido de ferro é precipitado num surfactante e depois parcialmente reduzido em atmosfera de azoto.
O processo de sintese da magnetite solvente-free é o mais económico e o menos tóxico. Os sais de ferro sólidos (FeCl3.6H2O e FeCl2.4H2O) e uma base sólida (NaOH) são usadas directamente no surfactante e misturados com auxílio de um almofariz e de um pilão. O procedimento dá-se à temperatura ambiente numa atmosfera inerte (em árgon).
Os polióis têm a capacidade de reduzir sais metais a partículas metálicas e são bons solventes para vários compostos inorgânicos, daí que este processo é o mais utilizado para a síntese de nano e micropartículas com tamanhos e formas bem definidas. Os percursores metálicos são aquecidos a té uma dada temperatura, não superior ao ponto de ebulição dos polióis, dando-se a geração de intermediários que são reduzidos a núcleos metálicos, que se agregam e dão origem às partículas metálicas.
As emulsões são termodinamicamente estáveis e consistem em dois líquidos imiscíveis. Esta emulsão é estabilizada por adição de um surfactante. Este método é difícil de controlar, tendo um rendimento baixo. Para a síntese de magnetite, a técnica de precipitação consiste na alcalinização de uma soluç~~ao de um sal de ferro e hidrólise em micro-emulsões (emulsões água em óleo criadas por sistema de micelas reversas).
Fontes: Synthesis and Some Physical Properties of Magnetite (Fe3O4) | Tailored and Functionalized Magnetite Particles
for Biomedical and Industrial Applications | Wikipédia