As argilas são partes integrantes do solo terrestre. Este material é tanto utilizado na construção civil como na construção de paisagens urbanas, nas artes plásticas e ainda possui um papel primordial na agricultura. As argilas possuem uma grande aplicação na área medicinal, embora raramente se mencione. Na área de química são freqüentemente utilizadas como suporte para catalisadores em vários processos químicos, elementos filtrantes e absorventes e também em semicondutores aplicados em computadores (SANTOS, 1989). O interesse em seu uso vem ganhando força devido à busca por materiais que não agridem o meio ambiente quando descartados, à abundância das reservas mundiais e ao seu baixo preço. A possibilidade de modificação química das argilas permite o desenvolvimento do seu uso para diversos tipos de aplicações tecnológicas, agregando valor a esse abundante recurso natural (LÓPEZ-GALINDO e col. 2007: VISERA e col 2008; VISERA e col. 2010; JOSHI e col. 2010; CHEN e col. 2010).
Um levantamento recente realizado pela CAPES, divulgou o número de patentes e de trabalhos acadêmicos contendo as palavras argila e argilas ou clay e clays, realizado nas bases de dados Web of Science, Espacenet e INPI como pode ser visto na Tabela 2. A análise dos resultados mostra que os pesquisadores brasileiros contribuem com fração relevante (3,6%) dos trabalhos publicados internacionalmente sobre argilas. Essa fração é maior do que a fração total de trabalhos acadêmicos brasileiros frente à produção mundial, que segundo a CAPES foi de 2,0% em 2007 (CAPES, 2009). Entretanto, a fração brasileira de registros de
patentes protegendo a fabricação de produtos que usam argilas é de apenas 0,4%. Considerando que a maior parte desses registros foi feito por indústrias estrangeiras e que o Brasil é responsável por 2,0% da produção mundial de argilas, a participação das indústrias e universidades nacionais na proteção de tecnologias para aplicação de argilas em produtos é muito baixa (TEIXEIRA NETO, 2009).
A importância e a diversidade de utilização da argila são conseqüências das características específicas deste tipo de material, como as dimensões do grão, sua elevada área superficial especifica a capacidade de permuta de cátions, a diversidade química e estrutural, o forte poder adsorvente, a elevada plasticidade do material e a boa homogeneidade da maior parte dos depósitos, entre outras.
Em Química, o conceito de argila é de um material natural, terroso, constituído por grãos finamente divididos, entre os quais se destacam os materiais argilosos, pertencente a família dos minerais filossilicáticos hidratados, que possuem uma baixa cristalinidade e partículas cuja as dimensões do diâmetro esféricos são inferiores a 2 µm (BESTILLEIRO, 2006).
Tabela 2. Levantamento do número de patentes e de trabalhos envolvendo o uso de argilas nas bases de dados indicadas (CAPES).
Bases de dados Palavras-chaves Patentes
Espacenet Clay ou clays 50.997
INPI Argila ou argilas 222 (0,4%)
Bases de dados Palavras-chaves Patentes Revisões
Web of science Clay ou clays 50.171 2401
Argila ou argilas 1808 (3,6%) 15 (0,6%)
Os componentes básicos estruturais dos materiais argilosos são: planos estruturais ou atômicos, folhas estruturais, camadas estruturais e unidade estrutural. Os planos estruturais ou atômicos são formados por átomos dispostos no mesmo plano. Assim, como os átomos se encontram distribuídos por vários planos atômicos, podem formar-se tetraedros ou octaedros que se agrupam em folhas estruturais dos tipos tetraédricas ou octaédricas como na Figura 12.
Figura 12. Representação esquemática das unidades e folhas estruturais: a) tetraedro e b) octaedro (BESTILLEIRO, 2006).
As folhas estruturais são constituídas pela repetição de tetraedros e octaedros. As folhas tetraédricas formam unidades estruturais extremamente estáveis onde está presente o silício que se encontra na forma polimerizada, formando folhas bidimensionais de SiO4. Estas
folhas formam-se através da partilha de três dos quatro oxigênios do tetraedro. O quarto oxigênio de cada tetraedro faz parte da folha estrutural octaédrica. As folhas estruturais octaédricas são formadas pela ligação lateral do octaedro, os quais se encontram ocupados centralmente por um átomo metálico, normalmente de alumínio, magnésio ou ferro, e por seis átomos de oxigênios. As camadas estruturais são agrupamento de determinado número de folhas estruturais, tetraédricas e octaédricas, e são os elementos construtores das estruturas dos minerais argilosos. A Figura 13 mostra o modelo estrutural das folhas descrita.
Figura 13. Representação da associação de folhas estruturais tetraédricas e octaédricas (BESTILLEIRO 2006).
A combinação destas folhas estruturais dá origem a uma classe de argila denominada TO ou 1:1, que são formadas por uma camada de tetraedros de silício (T) condensada por uma monocamada de octaedros (O). Podem-se ainda combinar de forma a obter uma argila do tipo TOT ou 2:1, que são formadas por duas folhas estruturais tetraédricas, contendo entre elas uma folha estrutural octaédrica. A Figura 14 mostra sua representação esquemática.
Figura 14. Representação esquemática de uma argila do tipo TOT, cujo modelo estrutural corresponde ao da montmorilonita (BESTILLEIRO 2006).
Qualquer argila é classificada de acordo com a localização e os tipos de cátions presentes na estrutura cristalina. Assim, a argila utilizada neste trabalho consiste de uma argila do tipo 2:1, cuja estrutura está na Figura 14, a qual pertence a classe das esmectites dioctaédricas, do tipo montmorilonita. Este tipo de argila é imensamente utilizado no estudo de processos de intercalação, ou seja, da preparação de sólidos porosos a partir de argilas. Esta espécie de argila sofre, freqüentemente, substituições de alumínio por magnésio, nas folhas estruturais octaédricas. Estas substituições geram cargas negativas na rede, que podem ser compensadas por introdução, no espaço inter-camadas, de cátions alcalinos ou alcalinos terrosos como o sódio ou o potássio, ou moléculas polares como a água. Estes processos de compensação e as possíveis trocas iônicas que os cátions de compensação podem sofrer, provocam a expansão do espaço inter-camadas (VISERA e col. 2010).