LABORATORIO DE INORGÁNICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

LABORATORIO DE INORGÁNICA

Bachiller:

Luisa Perez

Cumaná, Abril de 2014

MARCO TEÓRICO

El Proceso sol-gel ha surgido como el más importante método para la preparación de sólidos inorgánicos amorfos ’, poseyendo condiciones suaves de reacción se constituye como una ruta versátil para los materiales híbridos orgánicos-inorgánicos. (Los híbridos pueden ser definidos de una manera simple como sólidos que tienen componentes orgánicos e inorgánicos, ambos; y son de interés ya que pueden combinar propiedades asociadas a los dos constituyentes).

La química del proceso sol-gel está basado fundamentalmente en reacciones de hidrólisis y de condensación las cuales se llevan a cabo de manera simultánea. El proceso sol-gel es un importante método para formar partículas extremadamente finas de tamaño uniforme. Un procedimiento típico de sol-gel principia con un alcóxido metálico.

El control y el diseño de las propiedades de gel sólido es por ejemplo de gran importancia en la preparación de materiales catalíticos. La ruta sol-gel ha sido usada para preparar materiales catalíticos que contienen metales. El proceso sol-gel de precursores moleculares o soles estabilizados de óxido de metal está llegando a ser una interesante manera de preparar catalizadores heterogéneos de metal o de óxido de metal. Otra de las aplicaciones cuando es posible obtener un gel que esté libre de fracturas, es la obtención de películas que sirven como recubrimientos con propiedades específicas como es el caso del Sn02.

Cuando se procura que aumentar la velocidad del proceso de hidrólisis de forma completa, ésta es catalizada con un ácido o una base, la reacción producida sucede por ataque nucleófilico, en lo que respecta a la hidrolisis del Si(OCH2CH3)4, éste es atacado por un átomo de oxígeno de una molécula de agua al átomo de silicio, como se encuentran representados en las figuras 1 y 2, respectivamente.

Figura 1. Hidrólisis del Si(OCH2CH3)4

Figura 2. Hidrólisis del Si(OCH2CH3)4

La hidrólisis de alcoxisilanos catalizado por bases (Figura I.4) es un proceso de dos etapas en la que se forma un intermedio pentacoordinado. De acuerdo a un mecanismo tipo SN2, un grupo alcoxi es reemplazado por un grupo hidroxilo con inversión del tetraedro de silicio. La hidrólisis catalizada por ácidos (Figura I.5) también se produce probablemente via un mecanismo tipo SN2. En este caso, el grupo alcoxi saliente es previamente protonado de manera que se retira densidad electrónica del átomo de silicio, haciéndolo más electrofílico y, por lo tanto, más susceptible al ataque nucleofílico por el agua.

En una etapa posterior, las moléculas de silano hidrolizadas condensan y forman enlaces siloxano, como ilustra la Figura 3. La condensación también tiene lugar por medio de una reacción entre una molécula de alcoxisilano y un grupo silanol.

Figura 3. Condensación de moléculas de silano para la formación de bandas de siloxano.

Aunque las etapas de hidrólisis y condensación son representadas como reacciones separadas en realidad ocurren simultáneamente. Sin embargo, la velocidad de reacción de ambos procesos tiene una dependencia diferente con el pH, lo que determina la estructura del material silícico.

Bajo condiciones ácidas, la hidrólisis se ve favorecida y la condensación es la etapa determinante de la velocidad. Además, como el número de enlaces siloxanos alrededor de un átomo central de silicio aumenta, la velocidad de condensación disminuye. Esto conduce a estructuras poliméricas largas débilmente ramificadas. Por otra parte, bajo condiciones básicas, la condensación está favorecida y la hidrólisis es la etapa determinante. En este caso, la velocidad de reacción incrementa con el incremento de enlaces siloxano. Así, se forman preferentemente estructuras ramificadas. Según las condiciones a las que se lleva a cabo los procesos de hidrólisis y poli condensación estará favorecida la formación de polímeros y partículas de tamaños variables.  

RESULTADOS:

Tabla 1: Reacciones químicas involucradas

Reacciones de Hidrólisis y de poli

condensación Si(OCH2CH3)4 + CH3CH2OH + H2O  Si(OCH2CH3)3OH +CH3CH2OH

Si(OCH2CH3)3OH+Si(OCH2CH3)3OH  (CH3CH2O)3SiOSi(OCH2CH3)3 + H2O

Si(OCH2CH3)4+4H2O Si(OH)4+4CH3CH2(OH)

Si(OH)4 + Si(OH)4 2SiO2 + 4H2O

Si(OH)4 + Si(OCH2CH3)4 2SiO2 + 4CH2CH3OH

Tabla 2: Hidrólisis catalizada por ácidos y bases

Reactivo Observaciones

A1 Azul de bromotinol Se formó un sólido cristalino naranja

A2 Yoduro de potasio Gel naranja rojizo

A3 Tiocianato de potasio Gel transparente

B1 Azul de bromotinol Gel gomoso verde oscuro

B2 Yoduro de potasio Cristales blanquesinos

B3 Tiocianato de potasio Goma blanquesina

Tabla 3: Ensayos indicadores

Tubo Observaciones

A1 Los colores de los polímeros se invirtieron

B1

A2 Se formó un precipitado color naranja que se depositó en el fondo del tubo de ensayo

B2 Se formó un precipitado amarillo intenso

A3 Ambas soluciones se tornaron de un color vino oscuro.

B3

...