Sol-gel

Processo Sol-gel ou pectização refere-se a qualquer rota de síntese de materiais onde num determinado momento ocorre uma transição do sistema sol para um sistema gel. É uma técnica amplamente utilizada síntese de materiais para obtenção de materiais inorgânicos ou híbridos orgânico-inorgânicos. As reações de hidrólise e condensação do precursor permitem a formação de partículas de tamanho coloidal (sol) e posterior formação da rede tridimensional (gel)

Géis coloidais resultam da agregação linear de partículas primárias pela alteração apropriada das condições físico-químicas da suspensão.

A gelatinização ocorre pela interação entre as longas cadeias poliméricas lineares.

Gel de agarose sobre lâmpada ultravioleta pode ser usado para estudar o DNA.

Exemplo de hidrólise sol-gel. Em roxo silício, em vermelho oxigênio, em branco hidrogênio.

Exemplo de condensação de um silanol.

Ao final do processo, a secagem do gel permite a formação de um xerogel (gel seco).

São utilizados principalmente para a fabricação de materiais (geralmente óxidos de metal). A solução coloidal (sol) funciona como o precursor para uma rede integrada (gel) de partículas discretas ou de polímeros de rede. Precursores típicos são alcóxidos de metais e sais de metais (tais como cloretos, nitratos e acetatos), que são submetidas a várias formas de reações de hidrólise e de policondensação.

Vantagens

As grandes vantagens deste processo são seu custo reduzido em relação a processos convencionais (no caso de matrizes vítreas) e possibilidade de produção de novos materiais como :

• Concentradores de luminescências solares;
• Sensores bio-químicos;
• Lasers sólidos ajustáveis na faixa do espectro visível;
• Materiais para a óptica linear e não-linear;

Sol e Gel

Sol é uma dispersão de partículas coloidais (dimensão entre 1 e 100 nm) estável em um fluido, enquanto gel é um sistema formado pela estrutura rígida de partículas coloidais (gel coloidal) ou de cadeias poliméricas (gel polimérico) que imobiliza a fase líquida nos seus interstícios.

Classificação

O processo de sol-gel pode ser classificado dependendo da natureza do precursor inorgânico utilizado:

• Sais (cloretos, nitratos, sulfetos, etc.) e ;
• Alcóxidos.

Polimerização

A reação de polimerização sol-gel pode ser dividida em duas etapas básicas:

• Hidrólise do grupo alcóxido com a formação de grupos reativos do tipo silanol. Exemplo:

Si(OR)4 + 3H2O -> Si(OR)(OH)3 + 3ROH

• Condensação do grupo silanol, a qual leva inicialmente à formação do sol e, eventualmente, ao gel. Exemplo:

=Si-OH + HO-Si= -> =Si-O-Si= + H2O

ou

=Si-OR + HO-Si= -> =Si-O-Si= + ROH

Fabricação de materiais sensores

O processo de sol-gel pode ser usado para produzir materiais sensores facilmente analisáveis. São de fácil fabricação, possuem projeto de síntese flexível e suas enzimas ocluídas na matriz de sol-gel mantem sua respectiva atividade catalítica.

Filmes finos de óxidos metálicos

O processo sol-gel permite a fabricação de filmes finos de óxidos de metais de transição sobre diferentes tipos de substratos e facilitam o estudo de propriedades eletroquímicas e suas potencialidades de aplicação. Óxidos de zircônio e titânio tem sido muito estudados. Eletrodos de grandes dimensões podem ser fabricados usando-se a técnica de “dip-coating”, como por exemplo na produção de janelas eletrocrômicas.

Híbridos orgânicos-inorgânicos

Materiais híbridos oferecem a oportunidade de combinar de forma sinérgica as propriedades físico-químicas inerentes de seus constituintes e permitem obter novas propriedades resultantes da combinação de seus componentes, devido ao tamanho reduzido dos domínios que os compõem.

Esse nível altamente reduzido de dispersão é obtido pela formação de uma rede polimérica inorgânica por reações de gelificação a baixas temperaturas para transição de líquidos em sólidos. Os reagentes precursores desses componentes orgânico-inorgânico são geralmente alcóxidos de silício ou de metais como alumínio, titânio ou zircônio inicialmente dissolvidos em um líquido. No decorrer do processo, as reações de gelificação levam à formação de um estado sol, que se caracteriza por apresentar oligômeros que formarão cadeias de dimensões coloidais e partículas primárias dispersas. A evolução desse processo forma o estado gel que apresenta conectividade entre as unidades de dimensões coloidais, formando uma rede tridimensional, entrelaçada macroscopicamente observável.