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Correio da Paraíba

Cientistas produzem um novo cristal

Publicado em 15 março 2020

Espinélios são óxidos com fórmulas químicas do tipo AB2O4, em que A é um cátion (íon positivo) metálico bivalente; B, um cátion metálico trivalente; e O, o oxigênio. Devido à configuração espacial da molécula, os espinélios são valorizados pela beleza. Mas, além da aparência, espinélios nos quais o cátion trivalente B é constituído pelo elemento crômio (Cr) têm despertado interesse por outro motivo: apresentam propriedades magnéticas com grande potencial de aplicação tecnológica – de sensores de gases a portadores de drogas, de mídias para armazenamento de dados a componentes de sistemas de telecomunicações. Pesquisadores brasileiros e indianos investigaram um tipo peculiar de espinélio: o cromito de manganês dopado com zinco.

Nanopartículas desse material, descrito pela fórmula Mn0.5Zn0.5Cr2O4 [na qual o manganês (Mn) e o zinco (Zn) compõem o cátion bivalente A], foram sintetizadas em laboratório e calculadas por meio da Teoria do Funcional de Densidade (Density Functional Theory ou DFT) – um método derivado da mecânica quântica usado em física dos sólidos e em química para resolver estruturas cristalinas complexas. Diversas técnicas de análise – difração de raios X, difração de nêutrons, espectroscopia de raios X e espectroscopia Raman – permitiram determinar as propriedades estrutural, eletrônica, vibracional e magnética do material. Artigo a respeito foi publicado no Journal of Magnetism and Magnetic Materials: “Structural, electronic, vibrational and magnetic properties of Zn2+ substituted MnCr2O4 nanoparticles”.

Desenvolvimento de novo método

O óxido de manganês e crômio dopado com zinco apresenta uma transição de fase magnética quando resfriado à temperatura de 19 kelvin (-254,15 Celsius), passando de paramagnético a antiferromagnético. “O interesse por esse material se deve às suas propriedades magnéticas”, disse à Agência Fapesp o químico Elson Longo, professor emérito do Departa- mento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e diretor do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF). Ele foi um dos signatários do artigo em pauta. “Nós desenvolvemos um método quântico que permite determinar as propriedades magnéticas a partir das morfologias das superfícies da estrutura cristalina dos materiais Desse modo, antes mesmo de sintetizar um material, conseguimos prever teoricamente suas propriedades magnéticas. No caso específico, sabíamos que o zinco promoveria o aumento da superfície com propriedades magnéticas – o que de fato ocorreu”, informou o pesquisador.

Três escalas de distância

Segundo Longo, para ser bem compreendido, um cristal deve ser considerado em três escalas diferentes. “Na longa distância, temos o cristal inteiro. Na curta distância, temos o menor cluster de átomos possível. Na média distância, temos a interação entre dois ou mais clusters. Se o cluster estiver perfeitamente ordenado, ele não apresentará comportamento paramagnético e muito menos magnético. Porque, para cada elétron com spin para cima, haverá, em contrapartida, um elétron com spin para baixo. Mas, se for feita alguma alteração – por exemplo, se forem modificados os ângulos das ligações químicas –, podem surgir elétrons desemparelhados. E o material se tornará paramagnético ou até mesmo magnético”, disse. “O CDMF tem concentrado estudos para identificar materiais muito baratos com propriedades bactericidas e fungicidas.

Uma das aplicações seria a produção de embalagens para a melhor conservação de alimentos. Outra frente é identificar materiais anticancerígenos inorgânicos. Uma terceira linha de pesquisa é encontrar materiais fotodegradadores, isto é, capazes de degradar moléculas orgânicas, transformando-as em gás carbônico e água. Esses materiais poderiam ser utilizados para purificar os rios contaminados por poluentes”, afirmou Longo.