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Type: Dissertação
Title: Solventes eutéticos à base de cloreto de colina: uso na eletrodeposição de prata e caracterização termodinâmica
Authors: Pinheiro, Daniela Mirela Lima
Advisor: Sant'Ana, Hosiberto Batista de
Co-advisor: Feitosa, Filipe Xavier
Keywords: Solvente eutético profundo;Eletrodeposição;Prata;Propriedades físico-químicas
Issue Date: 2021
Citation: PINHEIRO, Daniela Mirela Lima. Solventes eutéticos à base de cloreto de colina: uso na eletrodeposição de prata e caracterização termodinâmica. 2021. 117 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Na perspectiva de desenvolver novos banhos eletrolíticos que sejam ambientalmente seguros e possam substituir os atuais banhos aquosos que requerem a utilização de cianeto na indústria de bijuterias, a utilização de solventes eutéticos (DES) na eletrodeposição de prata foi estudada. Os solventes eutéticos estudados foram cloreto de colina (ChCl) + glicerol (G) e cloreto de colina + ácido oxálico (AO) na razão molar de 1:2 e 1:1, respectivamente, e para cada DES foram preparadas soluções com 0,05 molL-1 de nitrato de prata. As caracterizações físicas e química dos sistemas estudados foram realizadas por intermédio da determinação da densidade, da velocidade do som, da viscosidade e do índice de refração no domínio de temperatura compreendido entre 293,15 e 343,15 K, em pressão atmosférica (101,13 kPa). A partir destes dados experimentais, as propriedades derivadas expansividade térmica e compressibilidade isentrópica foram calculadas. Os DES também foram caracterizados por FT-IR. A eletrodeposição da prata sobre o substrato de ouro nos dois DES foi analisada através da técnica de voltametria cíclica nas temperaturas de 313, 323, 333 e 343 K. A caracterização física dos depósitos foi realizada por meio de duas técnicas, a saber: microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raio-x (EDX). A análise FT-IR indicou a formação de ésteres no DES 1ChCl:1AO. A adição de nitrato de prata aos solventes forneceu uma predominância de forças intermoleculares atrativas em 1ChCl:1AO, enquanto que para 1ChCl:2G houve forças repulsivas dominantes. A partir dos dados do índice de refração, foi possível verificar que 1ChCl:1AO apresenta volumes livres maiores do que 1ChCl:2G. Isto indica que embora este sistema seja mais compacto, tem uma maior capacidade tanto de expansão térmica como de compressibilidade isentrópica. A estrutura mais compacta (1ChCl:1AO) foi a que apresentou os valores mais baixos para a velocidade do som, pois tem um volume livre maior do que 1ChCl:2G e, portanto, a onda sonora propagar-se-á a uma velocidade menor, uma vez que é uma onda mecânica. Os depósitos de prata foram obtidos com sucesso nos dois solventes. O processo de redução de prata nos dois solventes eutéticos apresentou um único pico catódico com uma transferência de elétron. A morfologia dos depósitos de prata demonstrou uma estrutura granular com coalescência destes grãos em 1ChCl:1AO ao aumentar a temperatura. Em 1ChCl:2G verificou-se que com o aumento da temperatura houve uma nucleação secundária sobre o filme fino de prata. Em todas as temperaturas analisadas o sistema 1ChCl:2G apresentou valores mais elevados do coeficiente de difusão da espécie de prata que 1ChCl:1AO. Os valores do raio hidrodinâmico (rh) para a espécie Ag+ no meio 1ChCl:2G foi 18,31 Å e no meio 1ChCl:1AO foi 0,59 Â a 313 K, 1,08 Å a 323 K. O valor de rh para 1ChCl:2G é superior ao raio iônico desta espécie em cristais, isto sugere que os íons metálicos dissolvidos estão complexados na solução. Diante de todo o exposto, o DES 1ChCl:2G apresentou melhores resultados para a eletrodeposição e uma caracterização físico-química mais estável
Abstract: In the perspective of developing new electrolytic baths that are environmentally safe and can replace the current aqueous baths which requires the use of cyanide in the jewelry industry, the use of eutectic solvents (DES) in silver electrodeposition was studied. The eutectic solvents studied were choline chloride (ChCl) + glycerol (G) and choline chloride + oxalic acid (OA) in molar ratio of 1:2 and 1:1, respectively, and for each DES solutions were prepared with 0.05 molL-1 silver nitrate. The physical and chemical characterizations of the systems studied were performed by determining the density, sound velocity, viscosity and refractive index in the temperature domain between 293.15 and 343.15 K at atmospheric pressure (101.13 kPa. From these experimental data, the derived properties thermal expansivity and isentropic compressibility were calculated. The DES were also characterized by FT-IR. The electrodeposition of silver onto the gold substrate in the two DES was analyzed by cyclic voltammetry technique at temperatures of 313, 323, 333 and 343 K. Physical characterization of the deposits was performed by means of two techniques, namely, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). FT-IR analysis indicated the formation of esters in the 1ChCl:1OA. The addition of silver nitrate to the solvents provided a predominance of attractive intermolecular forces in 1ChCl:1OA, whereas for 1ChCl:2G there were dominant repulsive forces. From the refractive index data, it was possible to see that 1ChCl:1OA has larger free volumes than 1ChCl:2G. This indicates that although this system is more compact, it has a greater capacity for both thermal expansion and isentropic compressibility. The most compact structure (1ChCl:1OA) had the lowest values for the speed of sound because it has a larger free volume than 1ChCl:2G and therefore the sound wave will propagate at a slower speed since it is a mechanical wave. Silver deposits were successfully obtained in both solvents. The silver reduction process in the two eutectic solvents showed a single cathodic peak with one electron transfer. The morphology of the silver deposits showed a granular structure with coalescence of these grains in 1ChCl:1AO upon increasing temperature. In 1ChCl:2G it was found that with increasing temperature there was secondary nucleation on the silver thin film. At all temperatures analyzed the 1ChCl:2G system showed higher values of the diffusion coefficient of the silver species than 1ChCl:1AO. The hydrodynamic radius (rh) values for Ag+ species in the 1ChCl:2G medium was 18.31 Å and in the 1ChCl:1AO medium was 0.59 Â at 313 K, 1.08 Å at 323 K. The rh value for 1ChCl:2G is higher than the ionic radius of this species in crystals; this suggests that the dissolved metal ions are complexed in solution. In view of all the above, DES 1ChCl:2G showed better results for electrodeposition and a more stable physicochemical characterization.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60732
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