QUÍMICA DE MATERIALES
Síntesis de nanopartículas luminiscentes La luminiscencia es una propiedad que presentan algunos materiales para emitir luz después de que que han sido excitados excitados con una fuente de energía. Con respecto a la fuen fuentte de ener energí gía a de excita citaci ción ón la lum luminis inisce cenc ncia ia se clas clasi ica ca en catodolumin catodoluminiscenc iscencia, ia, fotoluminisc fotoluminiscencia, encia, electrolumin electroluminiscenc iscencia, ia, bioluminisc bioluminiscencia, encia, entre otros. En nuestro caso, tenemos un material fotoluminiscente que est formado por una estructura huésped, !n", Ca#$ %, !n&"i$%, etc., que es dopado con una peque'a cantidad de un acti(ador, un catión tal como )n &*, "n &*, Eu&*. +lgunas (eces, se adhiere un segundo tipo de dopante que acta como un sensitizador.
-uede -uede ad(ert ad(ertirs irse e que se capta capta energía energía radian radiante te generan generando do que los tomos tomos dopantes se exciten pro(ocando que al desexcitarse éstos emitan energía. -uede (erse que la energía de la luz emitida es generalmente menor que la radiación excitada es, por lo tanto, tanto, de longitud de onda maor. maor. Este incremento efecti(o en la longitud de onda es conocido como cambio de "to/es. 0onde el color del mismo (a a depender del acti(ador, por e1emplo en el !n" dopado con )n &* se obtiene un color naran1a azul si el acti(ador es +g &*. El !n" es un compuesto 22b342, que es un material huésped prometedor para la producción de fósforos comerciales. Es un compuesto enlazado co(alentemente, que presenta una fase cbica estable a temperatura ba1a, mientras que la fase hexagonal se presenta a alta temperatura. "e han reportado di(ersos métodos de preparación preparación como son la precipitaci precipitación, ón, microemulsi microemulsión, ón, sol3gel, sol3gel, deposición deposición química de (apor epitaxia de haces moleculares.
Fig. 1 Partículas de ZnS:Mn2+ sintetizadas a partir de los acetatos correspondientes
OBETI!O "intetizar el compuesto !n"5)n &* cuo tama'o de grano sea nanométrico demostrar sus propiedades ópticas. "ROCEDIMIE#TO "e preparó una solución 6.78) de !n9C: ;C$$<& 6.677) de )n9C:;C$$<& pesando 6.=>88g 6.6%86g respecti(amente disol(iendo en &?mL de metanol que se mezclaron por 76 min. El p: de la disolución resultante fue de ?. "e agrega ;.@%g de Aa&" se mezcla por 76 min. -osteriormente se adicionó ?mL de solución de cido tartrico al 6.7) se contina mezclando por 76 min. "e la(a el precipitado utilizando la centrífuga con metanol, ; (eces. "e 0e1a secar a ?6BC por &% horas. 0atos de los reacti(os utilizados )anganese 922< acetate tetrahdrate5 )n9C:;C$$<&%:&$ 88*D, aldrich, C+" @7?@3>=37 !inc acetate dihdrate5 !n9C:;C$$<&&:&$ Crstals, Chemical reagents, .F. Ga/er, lote ;?%7 "ulfuro de sodio nonahidratado5 Aa &"8:&$ Cristales, tecsiquim, 8=.6D +C", lote A+"36;3C03H )ethanol 9)ethl alcohol<5 88.86D +C", .F.Ga/er, lote &@C@% Icido tartrico5 :&C%:%$@ granulado, reacti(o analítico, Fécnica Juímica.
RESULTADOS En esta prctica sintetizamos el compuesto !n"5 )n &*, el cual muestra un tama'o nanométrico en las diferentes concentraciones de cido tartrico. Las partículas obtenidas tienen la propiedad de luminiscencia, lo cual indica que el dopado del !n" con )n fue bueno. El polimorfo que presenta luminiscencia es la blenda de zinc, por lo cual se conclue que se obtu(o este compuesto. Como resultado se tienen los difractogramas de los compuestos de !n"5)n 9amarillo crema< sintetizados con diferentes cantidades de cido tartrico de 6, ?, 7? &?ml respecti(amente. El efecto neto del cido tartrico en la reacción lo podemos obser(ar en la diferencia de tama'o de partícula en cada uno de los casos. 0el anlisis del difractograma, en el que se obser(an picos mu anchos por el tama'o tan peque'o del producto, podemos tener una mezcla de fases, que pueden corresponder a los siguientes compuestos de los que se muestran sus tar1etas -0K
CUESTIO#ARIO 7. Escriba los clculos necesarios para preparar &?mL de la disolución de !n9C:;C$$<& 6.78) 6.677) de )n9C: ;C$$<& .
219.42 g 0.19mol = 1.0422 g 1mol 1000 244.98 g 0.011 = 0.0674 g Mn( CH COO ) ⋅ 4 H O → 25ml 1mol 1000mL Zn( CH 3COO ) 2 ⋅ 2 H 2 O → 25ml
3
2
2
&. Descri$a el aspecto % el color del precipitado &ormado . Es un sólido de color ligeramente amarillo crema con un fuerte aroma a azufre
'( )Qu* &unci+n tiene el ,cido tart,ricoLas sales )n9C: ;C$$<& !n9C:;C$$<& se disocian en la mezcla en los respecti(os iones, al a'adir el Aa &" se consigue la disociación de éste formndose !n" en ese instante inicia la nucleación crecimiento consumiendo iones de la solución que se puede explicar mediante la maduración de $stald. La alta energía supercial de la partícula crece de manera que para compensarlo sucede que iones negati(os del cido tartrico se acumulan en la parte supercial de la partícula lo cual atrae ms cationes lo cual genera que en los alrededores el !n&* )n&* reaccione con el " &3 del medio incorporndose al la estructura formada la cantidad de iones Aa * es mucho maor a la de los iones !n&* llega a un punto en el cual el sodio que rodea a la partícula impide que el ion !n &* se aproxime ms el crecimiento termina. Mna manera de controlar éste crecimiento es a'adiendo el cido que nos auda a e(itar la aglomeración de partículas alrededor de las semillas de nucleación audando a controlar su crecimiento por la formación de un comple1o en solución acuosa. -or tanto se ha notado que el tama'o de la partícula depende de la cantidad el tipo de agente estabilizante se presente.
.( )"or /u* se utili0+ una centrí&u1a para separar el precipitado en 2e0 del 3ltradoEl ltrado no ser(iría de mucho dado que el tama'o de partícula es tan peque'o que se pasaría parte de nuestro producto por los poros del papel ltro 4( Di$u5e la estructura correspondiente al 6nS( Fiene una estructura de blenda de zinc, la celda unitaria tiene el equi(alente a cuatro tomos de zinc cuatro de azufre. Mn tipo de tomos 9" o !n< ocupa los puntos de la red de una celda unitaria KCC, el otro ocupa la mitad de las posiciones intersticiales tetraédricas. c
b a
@. )Cu,l es la &unci+n del M1 en esta estructura N Es el ion dopante que sir(e como acti(ador en la estructura de manera que es un centro de unión entre el par e Oh* produciendo energía radiante. >. Interprete el di&racto1rama del producto o$tenido para con3rmar la presencia de 6nS7Mn 89 %:o la ausencia de impure0as . +nalizando los difractogramas obser(amos que si bien si pertenece al producto encontramos la presencia de una impureza que seguramente sea Aa&" de acuerdo con el anlisis de fases. 0ado que el tama'o de grano es tan peque'o la difracción de raos P queda un tanto distorsionada.
;( Utili0ando el mismo di&racto1rama< mida el tama=o de partícula % comente si se encuentra en la escala nanom*trica( En Efecto como se analizó anteriormente si se obtu(ieron materiales de tama'o nanométrico, para el que tenemos 6 mL cido tartrico5 ;&.&? nm ? mL cido tartrico5 &.?6; nm 7? mL cido tartrico5 ;.77@ nm 8. Utilice una l,mpara de Lu0 U! % conclu%a si su material es luminiscente o no . +l parecer los compuestos fueron luminiscentes, con una ligera coloración naran1a, en especial el compuesto con ?ml de cido trtarico. La luminiscencia se presentó utilizando la longitud de onda larga de la lmpara M4.
>?( Anote dos aplicaciones de un material luminiscentes( :asta hace aproximadamente =6 a'os, sólo la radiación del cuerpo negro 9incluidas las fuentes naturales< estaba disponible para iluminar nuestro entorno. Fomó un enorme esfuerzo cientíco técnico el que ho ocupemos tele(isores, monitores escneres médicos basados en materiales inorgnicos luminiscentes. Estos son componentes cla(e, que fueron, son sern requisito pre(io en el éxito de muchas fuentes de iluminación sistemas de (isualización
BIBLIO@RAÍA •
G. Pia, 2. #. Lenggoro, Q. $/uama. Synthesis and photoluminescence of spherical ZnS:Mn2+ particles, Chem. )ater. >. 9&66&< %8@8