Aspectos estruturais relacionados ao processo de troca iônica no niobato lamelar K4Nb6O17

Abstract

Recebido em 13/9/05; aceito em 21/3/06; publicado na web em 25/7/06 STRUCTURAL ASPECTS RELATED TO THE ION EXCHANGE PROCESS IN LAYERED NIOBATE K 4 Nb 6 O 17. The niobate with formula K 4 Nb 6 O 17 has a layered structure formed by stacked negative sheets and exchangeable cations in the interlayer region. In this study we discuss some structural aspects related to the ion exchange in layered hexaniobate based on X-ray diffractometry and vibrational Raman spectroscopy data. Hexaniobate has two distinct interlayer regions and the potassium ions of one interlayer in particular are preferably exchanged by other cations, leading to an interstratified material.Keywords: K 4 Nb 6 O 17 ; ion exchange; intercalation. INTRODUÇÃOOs sólidos inorgânicos lamelares apresentam estrutura formada pela sobreposição organizada de camadas bidimensionais chamadas de lamelas. Entre essas camadas, existe um espaço livre denominado de região interlamelar. Esse espaço pode estar vazio, no caso do composto ser formado por lamelas eletricamente neutras, ou estar preenchido por íons que mantêm a eletroneutralidade do sistema, no caso das lamelas apresentarem excesso de cargas elétricas 1 . O interesse em compostos com esse tipo de estrutura reside no fato de que a região interlamelar pode ser modificada de modo a abrigar espécies de diferentes naturezas, conferindo novas propriedades ao sistema a partir da interação hóspede-hospedeiro que se estabelece entre as partes. Nosso grupo tem se dedicado ao estudo dos niobatos lamelares em razão de algumas de suas propriedades (estabilidade química em meio ácido ou básico, caráter semicondutor, fotossensibilidade etc.) 2 e da alta disponibilidade do metal no Brasil. Dentre as várias fases de niobatos lamelares conhecidas, temos utilizado o hexaniobato de fórmula K 4 Nb 6 O 17 , o qual é formado por camadas constituídas de unidades octaédricas distorcidas de NbO 6 , que estão ligadas entre si pelo compartilhamento de vértices e arestas ) que mantêm a eletroneutralidade do sistema, conforme a Figura 1. Esse sólido apresenta duas regiões interlamelares distintas designadas por regiões I e II. Essa diferenciação é feita não só em razão das regiões serem cristalograficamente diferentes, mas, também, por apresentarem propriedades distintas relacionadas com a intercalação de moléculas. Segundo estudo 4 sobre mecanismos de hidratação da região interlamelar, apenas a região I pode ser hidratada. Essa diferença de comportamento entre as duas regiões faz com que a região I seja muito mais reativa frente à substituição dos cátions interlamelares por reações de troca iônica que a região II.O processo de troca iônica no hexaniobato lamelar não é assunto novo. Lagaly e Beneke 5 foram os primeiros a explorar a reatividade intracristalina do K 4 Nb 6 O 17 , promovendo a troca iônica do potássio interlamelar por uma série de cátions orgânicos (n-alquilamônios). Um outro estudo foi realizado por Kinomura e colaboradores 6 empregando cátions simples mono-e divalentes. A troca iônica é um tópico relevante na química do h...

Intralamellar structural modifications related to the proton exchanging in K4Nb6O17 layered phase

“…2 shows that Raman spectra between both hexaniobates I and II exhibit significant modifications in the following regions: 950-800 cm -1 (Nb-O terminal stretching mode of highly distorted NbO 6 octahedra), 700-500 cm -1 (Nb-O stretching of slightly distorted octahedra) and 300-200 cm -1 (bending modes of the Nb-O-Nb linkages). The band at 900 cm -1 assigned to short Nb-O bonds shifts to 940 cm -1 after the replacement of K + by H + ions, as it was observed in other works [13,18]. This band also shows a shift for the high wavenumber region when the layered niobate oxides of composition KNb 3 O 8 and KCaNb 3 O 10 are protonated [12,13].…”

Hybrid materials of polyaniline and acidic hexaniobate nanoscrolls: high polaron formation and improved thermal properties

“…[22][23][24] The acidic form of hexaniobate, H 2 K 2 Nb 6 O 17 , can be easily prepared by a cation-exchange reaction. 24,25 Moreover, it has been reported that protonic niobates and titanoniobates are promising materials to produce solid acid catalysts for different chemical reactions due to their high acidic surfaces. 26,27 Therefore, regarding the application of hexaniobate for designing hybrid materials with PANI, the H 2 K 2 Nb 6 O 17 form is very interesting because it could also act as a doping agent for the polymeric chains.…”

Raman and IR spectra of K4Nb6O17and K4Nb6O17·3H2O single crystals

“…Liu [4,9] However, to the authors' knowledge no Raman and IR data have been published for K 4 Nb 6 O 17 and K 4 Nb 6 O 17 · 3H 2 O single crystals, and no detailed assignment of the observed bands has been proposed. Here we report the growth of large single crystals of both anhydrous and hydrated potassium hexaniobate as well as polarised Raman and IR studies of these crystals in order to get insight into origin of the observed phonon modes and influence of water intercalation on the phonon properties of this material.…”