MÉTODOS TÉRMOANALÍTICOS

PROFESSOR: LUÍS HENRIQUE BEMBO FILHO

ConteúdosAnálise térmica

Termogravimetria (TG)

Termogravimetria Derivada (DTG)

Análise Térmica Diferencial (DTA)

Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

Análise Térmica

Análise térmica (TA) é o estudo da relação entre uma propriedade

de uma amostra e sua temperature quando a amostra é aquecida ou

refrigerada em um programa controlado de temperatura.

The ICTAC TA Nomenclature has been endorsed by the IUPAC and this has been published in the April 2014 issue of Pure and Applied

Chemistry.

TécnicasPropriedade ou GrandezaFísica

Técnica SIGLA Notas

Massa Termogravimetria TG ou TGA É diferente de Tg (transição vítria)

Diferença de Temperatura Análise Térmica DIferencial DTA Nesta técnica a diferença de temperature entre a amostra e um material de referencia é medida.

Diferença de Fluxo de Calor Calorimetria ExplotatóriaDiferencial

DSC A diferença entra o fluxo de calor da amostra e deum material de referência é medido.

TécnicasPropriedade ou GrandezaFísica

Técnica SIGLA Notas

Propriedades mecânicas e dimensionais

Análise Mecânica Dinâmica; Análise termomecânica; Termodilatometria

DMATMATD

Módulos (armazenamento/perda) são calculados;Medida de deformações;Dimensões são medidas.

Propriedades Elétricas Análise térmica dielétrica; Corrente Estimulada Termicamente;

DEATSC

Constante dielétrica/perda dielétrica é medida;A corrente é medida;

Propriedades MagnéticasFluxo de Gás

Termomanometria;Análise de Gases envolvidos;Análise térmica de “Emanação”

EGAETA

A natureza e/ou quantidade de gases/vapores são determinados; Gases radioativos presos dentro da amostra são liberados e medidos.

Pressão Termomanometria;Termobarometria

Evolução do gás é detectada por mudanças de pressão;Pressão exercida por uma amostra densa nas paredes de uma célula de volume constante são estudadas.

TécnicasPropriedade ou GrandezaFísica

Técnica SIGLA Notas

Propriedades Óticas Termoptometria Uma família de técnicas em que uma característica ou propriedade óptica da amostra é estudada.

Propriedades Acústicas TermoluminescenciaTermosonimetria ou Termoacustimetria

TL A luz emitida é medida;O som emitido (sonimetria) ou absorvido (acustimetria) pela amostra é estudado.

Estrutura TermodifratometriaTermoespectrometria

A composição ou a natureza química da amostra é estudada.

TÉCNICAS TERMOANALÍTICAS

Principais Técnicas

INSTRUMENTAÇÃO GERAL

Curvas Comuns

CRITÉRIOSFaixa de temperatura

Tempo de análise (função da taxa de aquecimento/resfriamento)

Massa requerida

Estabilidade térmica da amostra

Possíveis reações indesejadas

Porta-amostra inerte

Atmosfera (N2, ar sintético, etc.)

Procedimento segundo normas

TERMOGRAVIMETRIAPesagem contínua de uma amostra em função da temperatura (a medida em que ela é aquecida ou

resfriada);

As curvas de variação de massa (em geral perda, mais raramente ganho de massa) em função da

temperatura;

Conclusões sobre a estabilidade térmica da amostra, sua composição e estabilidade dos compostos

intermediários e sobre a composição do resíduo;

Nas curvas TG, os desníveis em relação ao eixo das ordenadas correspondem às variações de massa

sofridas pela amostra e permitem obter dados que podem ser utilizados com finalidades quantitativas.

TERMOGRAVIMETRIA

EQUIPAMENTOS NO MERCADO

EXEMPLO DE CURVA TG

DECOMPOSIÇÃO DO OXALATO DE CÁLCIO

APLICAÇÕES DA TGEstudo da decomposição térmica de substâncias orgânicas, inorgânicas e dos mais variados tipos

de materiais como: minerais, minérios, carvão, petróleo, madeira, polímeros, alimentos,

materiais explosivos etc.

Estudos sobre corrosão de metais em atmosferas controladas, em faixas muito amplas de

temperatura.

Estudos sobre a velocidade de destilação e evaporação de líquidos, e de sublimação de sólidos.

Identificação de polímeros novos, conhecidos e intermediários;

APLICÃÇÕES

APLICAÇÕES

Fatores operacionais que influenciam um experimento de análises térmicas• Amostra: estado físico (sólido ou líquido), forma (pó, filme, tarugo, etc), tamanho, distribuição,

quantidade, diluição, pureza, histórico.

• Porta-amostra: reatividade, estabilidade, capacidade e condutividade térmicas, tamanho, forma,

atuação como catalisador.

• Atmosfera: reatividade, influência no equilíbrio da reação, condutividade térmica, fluxo (atmosfera

estática ou dinâmica).

• Taxa de aquecimento/resfriamento: resolução, intensidade de sinais diferenciais, passagem pelo

equilíbrio, eventos dinâmicos, análise cinética.

TERMOGRAVIMETRIA DERIVADA (DTG)

◦ Neste método são obtidas curvas que

correspondem à derivada primeira da curva TG e

nos quais os degraus são substituídos por picos

que delimitam áreas proporcionais às alterações

de massa sofridas pela amostra.

Vantagens da Termogravimetria DerivadaAs curvas DTG indicam com exatidão, as temperaturas correspondentes ao inicio e ao instante

em que a velocidade de reação é máxima.

Os picos agudos permitem distinguir claramente uma sucessão de reações que muitas vezes não

podem ser claramente distinguidas nas curvas TG

As áreas dos picos correspondem exatamente à perda ou ganho de massa e podem ser

utilizadas em determinações quantitativas, etc.

Análise Térmica Diferencial (DTA)Técnica térmica de medição contínua das temperaturas da amostra e de um material de

referência termicamente inerte, à medida que ambos vão sendo aquecidos ou resfriados em um

forno. Estas medições de temperatura são diferenciais, pois registra-se a diferença entre a

temperatura da referência Tr, e a da amostra Ta, ou seja (Tr – Ta = ΔT), em função da

temperatura ou do tempo, dado que o aquecimento ou resfriamento são sempre feitos em

ritmo linear (dT/dt = Cte)

Curva DTA

Diagrama de Bloco de um sistema térmico diferencial moderno

Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

Foi desenvolvido com o intuito de evitar as dificuldades encontradas no DTA ou

compensá-las, criando um equipamento capaz de quantificar a energia

envolvida nas reações.

Diferenças entre DTA e DSCNa DTA, é medida a diferença de temperatura entre a amostra e o material referência inerte (ΔT

= Ta – Tr).

Na DSC com compensação de potência a amostra e o material referência são mantidas

isotermicamente pelo uso de aquecedores individuais. O Parâmetro medido é a diferença na

potência de entrada dos aquecedores, d (ΔQ/dt ou dH/dt).

Diferenças Instrumentais

Interpretação dos Dados da Curva DSCNo caso dos polímeros a curva pode ser interpretada conforme aparece no link:

http://chasqueweb.ufrgs.br/~ruth.santana/analise_instrumental/aula2j.html

Aplicações da Análise Térmica

BIBLIOGRAFIAIONASHIRO, M. Giolito: Fundamentos da Termogravimetria, Análise Térmica Diferencial, Calorimetria Exploratória Diferencial. São Paulo : Giz, 2005.

Trevor Lever, Peter Haines, Jean Rouquerol, Edward L. Charsley, Paul Van Eckeren and Donald J.Burlett (2014) ICTAC nomenclature of thermal analysis (IUPAC Recommendations 2014). PureAppl. Chem. 86(4), 545–553. DOI 10.1515/pac-2012-0609.

http://www.cce.ufes.br/jair/web/anterm.pdf (Acessado: 30/07/2014 23:45 h)

http://www.quimica.ufpb.br/monitoria/Disciplinas/termodinamica2/material/M7_Analises_termicas.pdf (Acessado: 29/07/2014 03:28 h)

http://www.uel.br/eventos/simbbtec/pages/arquivos/Minicurso%202-IRiegelVidotti-Parte1e2.pdf (Acessado 27/07/2014 01:32 h)