Cristallochemical characterization of synthetic Zn-substituted maghemites (g-Fe2-xZn xO3) Caracterização cristaloquímica de maghemitas sintéticas substituídas com zinco (g-Fe2-xZn xO3)

Abstract

Maghemite (g-Fe2O3) is the most usually found ferrimagnetic oxide in red basalt-derived soils. The variable degrees of ionic substitution of Fe3+ for different metals (e.g. Ti4+, Al3+, Mg2+, Zn2+, and Mn2+) and non-metals in the maghemite structure influence some cristallochemical features of this iron oxide. In this study, synthetic Zn-substituted maghemites were prepared by co-precipitation in alkaline aqueous media of FeSO4.7H2O with increasing amounts of ZnSO4.7H2O to obtain the following sequence of Fe3+ for Zn2+ substitutions: 0.0, 0.025, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, and 0.30 mol mol-1. The objective of this work was to evaluate the cristallochemical alterations of synthetic Zn-substituted maghemites. The dark black synthetic precipitated material was heated to 250 °C during 4 h forming a brownish maghemite that was characterized by chemical analysis as well as X ray diffraction (XRD), specific surface area and mass-specific magnetic susceptibility. The isomorphic substitution levels observed were of 0.0013, 0.0297, 0.0590, 0.1145, 0.1764, 0.2292 and 0.3404 mol mol-1, with the formation of a series of maghemites from Fe2Zn0O3 to Fe(1.49)Zn(0.770)O3 . The increase in Fe3+ for Zn2+ substitution, [Zn mol mol-1] increased the dimension a0 of the cubic unit cells of the studied maghemites according to the regression equation: a0 = 0.8343 + 0.02591Zn (R² = 0.98). On the other hand, the mean crystallite dimension and mass-specific magnetic susceptibility of the studied maghemites decreased with increasing isomorphic substitution.A maghemita (g-Fe2O3) é um óxido de Fe ferrimagnético comumente encontrado em solos Vermelho-Escuros derivados de rochas basálticas. Os graus variáveis de substituição isomórfica de Fe3+ por diferentes metais (por exemplo, Ti4+, Al3+, Mg2+, Zn2+ e Mn2+) e não-metais, na estrutura da maghemita, influenciam algumas características cristaloquímicas deste óxido de Fe. Maghemitas sintéticas substituídas com Zn foram preparadas por meio de co-precipitação em meio aquoso alcalino contendo FeSO4.7H2O e quantidades crescentes de ZnSO4.7H2O, para dar origem a uma contínua sucessão de substituição de Fe3+ por Zn2+, nas seguintes proporções: 0,0, 0,025, 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 e 0,30 mol mol-1. O objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações cristaloquímicas de maghemitas sintéticas substituídas com Zn. Após a síntese, o precipitado preto formado foi aquecido a 250 °C durante 4 h, formando uma maghemita de cor marrom, que foi caracterizada por análise química, difração de raios X (DRX), área superficial específica e suscetibilidade magnética. Os níveis de substituição isomórfica observados foram de 0,0013, 0,0297, 0,0590, 0,1145, 0,1764, 0.2292 e 0,3404 mol mol-1, formando uma série de maghemitas de Fe2Zn0O3 até Fe1,49Zn0,770O3. O incremento da substituição de Fe3+ por Zn2+ [Zn mol mol-1] aumentou a dimensão a0 da cela unitária cúbica da maghemita, de acordo com a equação de regressão: a0 = 0,8343 + 0,02591Zn (R² = 0,98). Por outro lado, o diâmetro médio do cristalito e a suscetibilidade magnética das maghemitas estudadas diminuíram com o aumento da substituição isomórfica.

Keywords

• óxidos de ferro
• difração de raios X
• suscetibilidade magnética
• área superficial específica
• substituição isomórfica
• iron oxides
• X ray diffraction
• mass-specific magnetic susceptibility
• specific surface area
• isomorphic substitution