ESTUDO DA INTERAÇÃO DE GASES COM METAIS SUPORTADOS EM CRISTAIS PIEZELÉTRICOS: UMA APLICAÇÃO DA MICROBALANÇA EM CATÁLISE HETEROGÊNEA


Bruno R. Debien (IC), Rachel V. A. Rios (IC), Willian T. Soares (PQ), Rochel M. Lago (PQ), Valmir F. Juliano (PQ).


Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Campus Pampulha, 31270 – 901. Belo Horizonte, M. G. Rochel@apolo.qui.ufmg.br


palavras – chave: cristais piezelétricos de quartzo, metais, catálise.


Os dispositivos piezelétricos têm sido usados durante muitos anos como controladores de freqüência no campo das comunicações, filtros seletivos em sistemas eletrônicos e sensores térmicos em medidas exatas de temperatura [1].

Recentemente, a aplicação de cristais de quartzo como sensores piezelétricos de micropesagem em determinações analíticas tem despertado grande interesse, especialmente devido ao seu baixo custo, a alta sensibilidade e a rapidez de resposta.

Neste trabalho foi feito um estudo inédito da aplicação da microbalança (QCM), em reações de interesse em catálise e em química de superfícies. Estudou-se a interação de gases como: hidrogênio, oxigênio, etileno em superfícies metálicas suportadas sobre cristais piezelétricos. Os experimentos foram feitos utilizando-se um sistema fechado (Figura 1), contendo o cristal de quartzo com freqüência ressonante de 7.15 MHz, controlado por um circuito oscilador transistorizado ligado a um freqüencímetro.


Os metais estudados foram prata (presente como eletrodo no cristal de quartzo) e paládio (depositado sobre o eletrodo de prata). O cristal foi aquecido em atmosfera de nitrogênio até a temperatura de análise, e após a estabilização foi submetido a diferentes atmosferas, sendo a freqüência de oscilação monitorada continuamente.

Um experimento típico, utilizando-se o cristal de quartzo com eletrodo de prata à temperatura de 4000C, sobre atmosferas de O2 e H2 é mostrado na Figura 2.

Figura 1. Sistema de microbalança utilizado nos experimentos



Observa-se que em presença de O2 a freqüência diminui, indicando de acordo com a Equação 1 um aumento da massa sobre o cristal, devido a incorporação de O2 pela superfície da prata (O2 ® Osup).


Figura 2. Cristal com eletrodo de prata em

atmosferas de O2 e H2 à temperatura de 400oC.

Figura 3. Cristal Pd/Ag em atmosferas de

O2 e H2 e etileno à temperatura ambiente.


DF = -2,3.106.F2.DM/A (1)


onde: DF= variação da freqüência pela deposição sobre o cristal (Hz), F= freqüência ressonante do cristal (MHz), DM= massa depositada (g) e A= área do metal depositado sobre o cristal (cm2).

Em presença de H2 foi observado um comportamento inverso, indicando que o H2 retira o O2 da superfície (Osup + H2 ® H2O(g)) formando vapor de água; observado no experimento

Resultados preliminares obtidos para o cristal Pd/Ag a temperatura ambiente são mostrados na Figura 3. A temperatura ambiente a Ag se mostrou inativa neste sistema, ocorrendo interações apenas na superfície de Pd.

O O2 e o etileno não apresentaram nenhuma reatividade com o Pd a temperatura ambiente. Entretanto na presença de H2, observa-se uma diminuição da freqüência, indicando a quimiossorção do H2 pela superfície do paládio (H2 ®.Hads). A freqüência de oscilação do cristal contendo o Hads aumenta similarmente na presença de O2, etileno e N2, indicando que a variação da freqüência não está relacionada com uma reação mas com o deslocamento do equilíbrio 2Hads ® H2 (g).

Os resultados obtidos neste trabalho ilustram algumas aplicações que a técnica de microbalança pode ter em estudos de interação de gases com superfícies metálicas.


Bibliografia:


1 – Andrade J. F.; Fatibello O. F.; Oliveira G. N.; Guilbault G. G.; Química Nova, 1991, 14, 273.


Apoio financeiro: CNPq, FAPEMIG e CAPES.