1. Aplicaciones Tecnológicas de Materiales
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
2011

2. ESPECTROSCOPÍA DE RESONANCIA
MAGNÉTICA NUCLEAR DE SÓLIDOS APLICADA
A LA CARACTERIZACIÓN DE ARCILLAS
Yánez Vanegas N.D.1, Barrera Vargas M.1,
Caballero Carmona C.1
1Grupo de Aplicaciones Tecnológicas de Materiales (ATeMa),
Universidad de Córdoba.
Montería, Colombia
19 de mayo de 2011

3. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
ORDEN DE PRESENTACIÓN
1. ¿Qué son las arcillas?
2. Estructura de las arcillas
3. Aplicaciones de las arcillas
4. RMN en la caracterización de arcillas
4.1. MAS-RMN DE 29Si
4.2. MAS-RMN DE 27Al
5. Ejemplos de aplicación de la MAS-RMN en la caracterización de arcillas
6. Conclusiones
7. Bibliografía

4. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
¿QUE SON LAS ARCILLAS?
Si
Al
O
H
Mg, Fe, Na, Ca [1]
Propiedades fisicoquímicas [2]:
• Elevada superficie específica
• Capacidad de intercambio catiónico
• Capacidad de absorción
• Capacidad de hidratación y expansión
• Plasticidad y Tixotropía
Suárez Mercedes. Minerales de la arcilla. http://www.ucm.es/info/crismine/Edafologia_Mercedes/Minerales_arcilla.ppt

5. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Estructura de las arcillas [3]
Estructura 1:1 (TO-TO- …) de arcillas tipo
caolinita.
Estructura 2:1 (TOT-TOT- …) de arcillas tipo
esmectita.
P. Higueras1 y R. Oyarzun. Minerales de aplicación medioambiental. Universidad de Castilla-La Mancha. Almadén, España. 2007

6. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Aplicaciones de las arcilla [4]
Absorbente de Suelos
Alimentación Animal
Catálisis
Aplicaciones industriales
LÓPEZ Vaíllo, César Augusto. Arcillas Industriales. http://arcillasindustriales.com/

7. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
RMN en la caracterización de arcillas
• MAS-RMN DE 29Si [5]
Desplazamiento químico de 29Si en función del
Algunos modos de condensación de tetraedros grado de condensación de los tetraedros de
de silicio SiO4 SiO4
ESCUDERO, Alberto. Resonancia Magnética Nuclear Aplicada al Estado Sólido. Anales de la Real Sociedad Española de Química, ISSN 1575-
3417, Nº. 2, 2004 , pags. 27-36. Sevilla – España. Available in http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=885961

8. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Aluminosilicatos [5]
Desplazamientos químicos de 29Si MAS-RMN en Ejemplo de un espectro de 29Si MAS-
aluminosilicatos en función del número de Al contiguos. RMN típico de un aluminosilicato
ESCUDERO, Alberto. Resonancia Magnética Nuclear Aplicada al Estado Sólido. Anales de la Real Sociedad Española de Química, ISSN 1575-
3417, Nº. 2, 2004 , pags. 27-36. Sevilla – España. Available in http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=885961

9. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
MAS-RMN DE 27Al [5]
No. de coordinación en poliedros (AlOn) Grado de polimerización en
entornos tetraedros (AlO4)
AlO4 (AlIV) AlO5 (AlV) AlO6 (AlVI)
qn (mSi)
• q3 (3Si)  Silicatos
laminares
Desplazamiento químico del 27Al en función del
número de coordinación • q4 (4Si)  Zeolitas
ESCUDERO, Alberto. Resonancia Magnética Nuclear Aplicada al Estado Sólido. Anales de la Real Sociedad Española de Química, ISSN 1575-
3417, Nº. 2, 2004 , pags. 27-36. Sevilla – España. Available in http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=885961

10. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Caracterización por MAS-RMN de una
montmorillonita Mexicana [6]
Desplazamiento Asignación Abundancia relativa
(ppm) (%)
-84.98 Q3(2Al) 6.4
-87.98 Q3(1Al) 5.1
-93.19 Q3(0Al) 78.1
-107.74 [Si(OSi)4], cuarzo 3.3
-108.86 [Si(OSi)4], cristobalita 7.1
Abundancia relativa y asignación de las señales de
la deconvolución del espectro de MAS-RMN 29Si
Espectro de 29Si MAS-RMN de montmorillonita
VARGAS-RODRIGUEZ, Yolanda Marina et al. Spectroscopic, chemical and morphological characterization and superficial properties of a
Mexican montmorillonite. Rev. mex. cienc. geol. 2008, vol.25, n.1, pp. 135-144. ISSN 1026-8774.

11. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
continuación
Estructura de una montmorillonita
Espectro de 27Al MAS-RMN de
montmorillonita
VARGAS-RODRIGUEZ, Yolanda Marina et al. Spectroscopic, chemical and morphological characterization and superficial properties of a
Mexican montmorillonite. Rev. mex. cienc. geol. 2008, vol.25, n.1, pp. 135-144. ISSN 1026-8774.

12. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Caracterización de la transformación térmica de una illita blanca
de Hungría [7]
Conformación δ (ppm)
Q3 (0Al) - 92,0
Q3 (1Al) - 86,8
Q3 (2Al) - 82,9
Espectro de 29Si MAS-RMN de una arcilla illita blanca de
Hungría, calentada hasta los 1600 ºC por 2 h
CARROLL D.L, T.F. Kemp, T.J. Bastow, M.E. Smith. Solid-state NMR characterisation of the thermal transformation of a Hungarian white
illite. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 28 (2005) 31–43.

13. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Espectro de 27Al MAS-RMN de una arcilla illita blanca de Hungría, calentada
hasta los 1600 ºC por 2 h
CARROLL D.L, T.F. Kemp, T.J. Bastow, M.E. Smith. Solid-state NMR characterisation of the thermal transformation of a Hungarian white
illite. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 28 (2005) 31–43.

14. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Espectro de 1H MAS-RMN de una arcilla illita blanca de Hungría, calentada
hasta los 1600 ºC por 2 h
CARROLL D.L, T.F. Kemp, T.J. Bastow, M.E. Smith. Solid-state NMR characterisation of the thermal transformation of a Hungarian white
illite. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 28 (2005) 31–43.

15. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Conclusiones
• Este tipo de análisis permite con mucha claridad hacer
estudios de la composición de este tipo de minerales a
través del estudio de los ambientes químicos .
• Las variaciones en las posiciones, intensidades y formas de
las bandas de resonancia de los espectros de RMN a
medida que aumenta la temperatura, son una evidente
señal de las transformaciones estructurales que el material
está experimentando por acción de la temperatura.
• A pesar de la baja resolución de los espectros obtenidos
actualmente, la MAS-RMN es una técnica que proporciona
valiosísima información a la hora de caracterizar materiales
de tipo inorgánico como son por ejemplo las arcillas.

16. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Conclusiones
• Hoy por hoy los núcleos que mejor pueden ser analizados
por MAS-RMN en materiales inorgánicos son 27Al, 29Si, 31P y
11B pues son con este tipo de núcleos que se pueden
obtener mejores resultados en cuanto a anchura de pico e
intensidad de la señal, se presentan pocos solapamientos
entre las bandas y una mayor reproducibilidad, lo que
permiten determinar patrones de resonancia para cierto
tipos de estructuras.
• La espectroscopia de resonancia magnética nuclear de
sólidos es una técnica que tiene mucho camino por
recorrer para lograr resoluciones de bandas cercanas a las
obtenidas en RMN en disolución.

17. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
Bibliografía
[1] CRESPO Carlos. Mecánica de suelos y cimentaciones Ed. Limusa, 1979.
[2] GARCÍA Emilia, Suárez Mercedes. Las arcillas: propiedades y usos. Universidad Complutense
(Madrid), 2003.
[3] P. Higueras1 y R. Oyarzun. Minerales de aplicación medioambiental. Universidad de Castilla-La
Mancha. Almadén, España. 2007
[4] LÓPEZ Vaíllo, César Augusto. Arcillas Industriales. http://arcillasindustriales.com
[5] ESCUDERO, Alberto. Resonancia Magnética Nuclear Aplicada al Estado Sólido. Anales de la Real
Sociedad Española de Química, ISSN 1575-3417, Nº. 2, 2004 , pags. 27-36. Sevilla – España. Available
in http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=885961
[6] VARGAS-RODRIGUEZ, Yolanda Marina et al. Spectroscopic, chemical and morphological
characterization and superficial properties of a Mexican montmorillonite. Rev. mex. cienc. geol.
2008, vol.25, n.1, pp. 135-144. ISSN 1026-8774.
[7] CARROLL D.L, T.F. Kemp, T.J. Bastow, M.E. Smith. Solid-state NMR characterisation of the
thermal transformation of a Hungarian white illite. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 28 (2005)
31–43.

18. GRUPO DE FISICOQUÍMICA ORGÁNICA LÍNEA DE MATERIALES Y CATÁLISIS
"Yo no fracasé 1000 veces, la bombilla fue
un invento que me tomó 1001 pasos"
Thomas Alba Edison