Autor(es):
Donato, Mariana Trindade de
Data: 2017
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10451/31535
Origem: Repositório da Universidade de Lisboa
Assunto(s): Microcalorimetria Calvet; Entalpia de sublimação; Difração de raios-X; Organometálicos; Acetilacetonato; Teses de mestrado - 2017
Descrição
A validação de potenciais intermoleculares (campos de força) capazes de modelar convenientemente interações entre moléculas é de extrema importância para a interpretação das propriedades macroscópicas de um sistema recorrendo a métodos teóricos, tais como simulações por Dinâmica Molecular. Na literatura podem ser encontradas diversas parametrizações adequadas utilizadas, por exemplo, em compostos orgânicos. No entanto, este tipo de dados é escasso para moléculas contendo metais de transição e, para além disso, de uma forma geral, os valores disponíveis não correspondem a determinações sistemáticas e consistentes. Um dos procedimentos mais promissores para a validação de campos de força envolve a comparação de dados energéticos e volumétricos, como entalpias de sublimação e volumes de células unitárias de estruturas cristalinas, obtidos experimentalmente, com os previstos por modelos teóricos. Este tipo de parâmetros pode ser encontrado na literatura para, por exemplo, compostos organometálicos. No entanto, verifica-se que, de uma forma geral, a forma cristalina à qual se referem os valores de entalpias de sublimação experimentais é desconhecida, inviabilizando a sua utilização neste tipo de procedimentos. Neste contexto, o principal objetivo desta tese foi a determinação de entalpias de sublimação para compostos organometálicos com estrutura cristalina conhecida, para posterior utilização de referência no estabelecimento de potenciais intermoleculares para este tipo de substâncias. Foram selecionados vários compostos contendo metais das três séries de transição: metiltrioxorénio (VII) (CH3O3Re), decacarbonilo de di-rénio (C10O10Re2), acetilacetonato de ferro (III) (C15H21O6Fe), acetilacetonato de platina (II) (C10H14O4Pt), tetrametil heptanodionato de zinco (II) (C22H38O4Zn), acetilacetonato de zircónio (IV) (C20H28O8Zr), acetilacetonato de níquel (II) (C10H14O4Ni), acetilacetonato de cobre (II) (C10H14O4Cu), acetilacetonato de háfnio (IV) (C20H28O8Hf), acetilacetonato de cobalto (II) (C10H14O4Co) e metóxido de tântalo (V) (C5H15O5Ta). A escolha destas substâncias foi realizada com base nos seguintes critérios: i) são substâncias acessíveis comercialmente; ii) a maioria pertence a famílias quimicamente semelhantes; iii) têm estruturas cristalinas conhecidas; iv) quando existem, os valores de entalpias de sublimação publicados não estão associadas a qualquer estrutura cristalina conhecida e, em muitos casos, apresentam discrepâncias consideráveis entre si. De forma a cumprir o objetivo mencionado, as amostras foram purificadas por sublimação e, posteriormente, caracterizadas em termos de pureza química por análise elementar, espectroscopia de infravermelho de refletância difusa com transformada de Fourier (DRIFT), ressonância magnética nuclear de protão (1H-RMN) e de carbono (13C-RMN) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Em termos de pureza de fase, foram realizados estudos de difração de raios-X de cristal único e de pós e calorimetria diferencial de varrimento. Os estudos de DSC permitiram verificar se ocorriam transições de fase sólido-sólido que era necessário ter em conta na determinação de entalpias de sublimação e na sua atribuição a uma fase cristalina específica. Após caracterização das amostras, foram determinadas as respetivas entalpias de sublimação padrão, ∆sub H0m , a uma dada temperatura por microcalorimetria Calvet. A correção dos valores de ∆ subH0m da temperatura de trabalho para 298,15 K foi efetuada com recurso às capacidades caloríficas determinadas por DSC e por métodos de termodinâmica estatística. A exatidão do procedimento usado para determinar as entalpias de sublimação foi verificada comparando os resultados obtidos para o ácido benzóico com valores existentes na literatura. Os valores de entalpia de sublimação para os compostos a 298,15 K foram: ∆subH0m (CH3O3Re) = 70,2±0,4 kJ·mol-1, ∆subH0m (C10O10Re2) = 97,4±0,9 kJ·mol-1, ∆subH0m (C15H21O6Fe) = 140,3±3,7 kJ·mol-1, ∆subH0m (C10H14O4Pt) = 123,6±0,9 kJ·mol-1 e o sub m (C22H38O4Zn) = 117,9±0,3 kJ·mol-1. Verificou-se que as restantes substâncias se decompunham durante o processo de sublimação, inviabilizando a determinação. Este resultado sugere que as discrepâncias entre os valores de ∆subH0m reportados na literatura para estes compostos podem ter origem em problemas de decomposição não reportados. Este facto reforça a ideia de que a escolha de entalpias de sublimação publicadas na validação e desenvolvimento de campos de força deve ser realizada com extremo cuidado.