AULA 1 Analises Termicas

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Professor: Marçal Rosas e Kelly Gomes 
Curso: Engenharia de Energias Renováveis 
Período: 2017.2 
Carga Horária: 60h 
 
Caracterização de Materiais 
 
Análises Térmicas 
 
Sumário 
 
 1. Termogravimetria (TG) 
 Definições; 
 Equipamento; 
 Exemplos e Aplicações; 
 
2. Análise Térmica Diferencial (DTA) e Calorimetria Diferencial de 
Varredura (DSC) 
 DTA; 
 DSC; 
 Definições; 
 Equipamento; 
 Exemplos e Aplicações; 
 
Definição geral 
 
Análise Térmica é um termo que abrange um grupo de técnicas nas quais 
uma propriedade física ou química de um material é monitorada em 
função do tempo ou temperatura, enquanto a temperatura da amostra, sob 
uma atmosfera específica, é submetida a uma programação controlada. 
(ICTA/ASTM) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Objetivo: 
Introdução 
Exemplos de Técnicas 
 
Introdução 
 
Podem ser usadas em “paralelo” , “concorrentes” ou “simultânea”!!! 
Em que ...(que materiais) 
 Substâncias inorgânicas, metais, cerâmicas, materiais eletrônicos, 
polímeros, substâncias orgânicas, farmacêuticas, alimentos e 
organismo biológicos. 
 
 
Dinâmica 
 
• A amostra é submetida a um aquecimento ou resfriamento a taxa 
constante; 
• Monitora-se as propriedades em função da temperatura (programa); 
 
Isotérmico 
 
• A amostra é mantida a temperatura constante; 
• Monitora-se as propriedades em função do tempo a uma temperatura 
constante. 
Como ... (modos de operação) 
Vantagens 
 
 
1. A amostra pode ser estudada numa larga faixa de Temperaturas 
usando várias temperaturas programadas; 
 
2. Quase todas as formas físicas de amostras podem ser utilizadas 
(sólido, líquido, gel); 
 
3. Necessidade de pequenas quantidades de amostras (0,1 µg a 10 mg); 
 
4. Padronização de atmosfera; 
 
5. O tempo requerido para execução dos experimentos normalmente é 
curto (de minutos a algumas horas); 
 
Eventos Térmicos 
 
Quando uma substância sólida qualquer é aquecida em uma atmosfera 
inerte, o resultante aumento na movimentação molecular, atômica ou 
iônica pode levar a mudanças na estrutura cristalina, a sinterização, fusão 
ou sublimação do material. Caso as forças intramoleculares forem mais 
fracas que as forças intermoleculares, a substância pode decompor 
formando novos fragmentos de moléculas, que podem volatilizar nas 
temperaturas alcançadas. 
Ex. 
Eventos Térmicos 
 
Caso ocorra interação com a atmosfera, reações mais complicadas podem 
ocorrer. 
Ex. 
 
 
 
 
Quando mais de uma substância está presente no início, existem mais 
possibilidades de interações pelo aquecimento e pelas novas fases: 
 
 
 
 
Essas reações podem ser acompanhadas de mudança de entalpia e/ou 
massa (uso de mais de uma técnica). 
 
 
Eventos Térmicos 
 
Resumo dos principais eventos térmicos. 
Ex. 
 
 
 
 
 
 
 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Termogravimetria é a técnica na qual a mudança da massa de uma 
substância é medida em função da temperatura enquanto esta é 
submetida a uma programação de temperatura controlada. 
Pode-se medir: evaporação, sublimação, decomposição, oxidação, 
redução e adsorção e dessorção de gás. 
 
 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Determinação precisa de temperaturas 
para as quais iniciam-se processos de 
decomposição e oxidação, e 
temperatura em que a velocidade de 
decomposição ou oxidação é máxima. 
Princípio 
Modo de Aplicação 
Monitoramento da massa em função da 
temperatura (no modo varredura) ou 
em função do tempo (no modo 
isoterma) 
Isotérmico ou estático; 
Quase-estático; 
Dinâmico 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Mudança de massa 
Físicas 
Não há mudança de massa 
Químicas 
Sublimação 
Vaporização 
Absorção 
Dessorção 
Adsorção 
Oxidação 
Redução 
Decomposição 
Sólido 
Fusão 
Cristalização 
Transição Vítrea 
gás 
Sólido gás + sólido 
gás + sólido Sólido 
sólido + sólido 
gás +sólido 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Curvas tipo (i): Este tipo de curva é 
característico de uma amostra que não 
apresenta variações de massa no ciclo 
térmico aplicado. 
 
Curvas tipo (ii): A rápida perda inicial 
de massa é em muitos casos associada 
à perda de umidade da amostra ou à 
dessorção de gases. 
 
Curvas tipo (iii): representa a 
decomposição da amostra em um 
único estágio. 
 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Curvas tipo (iv) e (v): curvas 
apresentam estágios múltiplos de 
decomposição. Na tipo (iv) pode-se 
determinar as temperaturas limite de 
estabilidade dos reagentes. Curvas tipo 
(v) tendem a apresentar um 
comportamento mais próximo ao tipo 
(iv) quando a amostra é submetida a 
menores velocidades de aquecimento. 
 
Curvas tipo (vi): curva típica de ganho 
de massa. Ex. oxidação de metais. 
Curvas tipo (vii): curva difícil de ser 
observado. Ex.: oxidação da prata e 
posterior decomposição. 
 
Termogravimetria (TG ou TGA) 
 
Para ajudar na 
interpretação é comum se 
utilizar simultaneamente a 
derivada da função da 
curva (DTG). 
Termogravimetria (Equipamentos) 
 
Constituído basicamente de forno, microbalança, termopares e sentido 
de fluxo de gás. 
Termogravimetria (Equipamentos) 
 
Forno 
Temperatura: -170º a 2800º; 
Taxa : de 1 a 50º/min; 
Termogravimetria (Equipamentos) 
 
Termopares , balanças e cadinhos 
Termogravimetria (Equipamentos) 
 
Calibração 
 Materiais com temperatura de fusão bem definida; 
 Materiais que perdem as propriedades ferromagnéticas a uma 
temperatura bem definida. 
Termogravimetria (Equipamentos) 
 
Fatores que interferem na TGA/DTG 
 
Principais fatores que podem afetar as medidas de TGA/DTG. 
• Fatores Instrumentais: taxa de 
aquecimento; atmosfera; geometria do 
forno e porta amostra. 
• Características da Amostra: 
quantidade; contato amostra/atmosfera; 
tamanho da partícula; consutividade 
térmica. 
 
 
Fatores que interferem na TGA/DTG 
 
Efeito da Taxa de Aquecimento 
Fatores que interferem na TGA/DTG 
 
Efeito da Atmosfera do Forno 
Fatores que interferem na TGA/DTG 
 
Efeito da Massa 
Fatores que interferem na TGA/DTG 
 
Efeito da forma da Amostra 
Exemplos de TGA/DTG 
 
Curva TGA do CaC2O4.H2O; mi = 8,704 ; atm. Ar 150 mL min
-1 
• Xs é a massa inicial e permanece estável entre os pontos 1 e 2, e Ys a massa final 
que permanece estável a partir do ponto 3; 
• No ponto 2 inicia-se a decomposição térmica de Xs, liberando Zg; 
• No ponto 3 acaba a decomposição térmica de Xs, restando Ys, termicamente 
estável; 
• A linha T, extrapola a curva de reação; 
• Extrapolando as linhas de base e a linha T, podemos obter os pontos Tonset e 
Tendset, definidos como início e fim do evento térmico; 
• Entre os patamares dos pontos 1,2,3 e 4 temos a quantidade de massa desprendida 
da amostra na reação. 
 
Informações 
contidas na curva 
 
A curva termogravimétrica foi plotada considerando o percentual de perda de massa no 
eixo vertical “Y” e a evolução da temperatura no eixo horizontal “X” e usada para a 
estimativa de cálculo da quantidade de Ca(OH)2 presente em cada amostra seguindo as 
reações químicas. 
Método Quantitativo 
 
Método Quantitativo 
 
Método Quantitativo 
 
Onde “A”é a perda de massa na curva TG correspondente a desidratação do Ca(OH)2, e 
“B”é a massa perdida correspondente a reação de descarbonatação. 
Exemplos 
 
Exemplos 
 
Análise Térmica Diferencial– DTA 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Princípio 
 Monitoramento de eventos que envolvem troca de calor: eventos 
endotérmicos e exotérmicos; 
 
 Propriedades são medidas sempre em relação a uma referência: 
• diferença de temperatura entre amostra e referência –DTA; 
• quantidade de calor envolvida em um evento – DSC; 
 
 
 
Análise Térmica Diferencial – DTA 
 
 
Princípio 
 DTA – registro da diferença de temperatura entre amostras e um 
material de referência, a medida que ambos são submetidos a um mesmo 
ciclo térmico. 
 
 
 
Análise Térmica Diferencial – DTA 
 
 
Princípio 
 DTA – registro da diferença de temperatura entre amostras e um 
material de referência, a medida que ambos são submetidos a um mesmo 
ciclo térmico. 
 
 
 
Análise Térmica Diferencial – DTA 
 
 
• O uso principal da DTA é detectar a temperatura inicial dos processos 
térmicos qualitativamente caracterizá-los como endotérmico e 
exotérmico, reversível ou irreversível, transição de primeira ordem ou de 
segunda ordem, etc; 
 
• Variação na capacidade calorífica da amostra aparece como um 
deslocamento da linha base; 
 
• Mudanças na amostra tais como fusão, solidificação e cristalização 
são registradas sob a forma de picos. 
 
 
Análise Térmica Diferencial – DTA 
 
Análise Térmica Diferencial – DTA 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
 
O 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. 
 
Existem dois tipos de 
equipamentos que 
realizam a Calorimetria 
Diferencial de Varredura, 
o primeiro é denominado 
de DSC de compensação 
de energia e o segundo é 
DSC de fluxo de calor. 
 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
 
O DSC Compensação de Calor 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
 
O DSC Fluxo de Calor 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Análise das curvas 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Exemplo de curvas 
 
Curva genérica para um experimento DSC/DTA. I) mudança de linha de 
base sem pico; II e III) picos endotérmicos; IV) pico exotérmico 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Exemplo de curvas 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Exemplo de curvas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Evento 1: grande desvio da linha de base no início do experimento (geralmente 
endotérmico); 
Evento 2: transição a 0º C; 
Evento 3: aparente fusão associada a fusão vítrea; 
Evento 4: pico exotérmico durante aquecimento antes da temperatura de 
decomposição; 
Evento 5: alteração da linha de base após picos endotérmicos ou exotérmicos; 
Evento 6: picos endotérmicos agudos durante reações exotérmicas. 
 
Diferenças entre DTA e DSC 
 
Quantificação 
 
 
 
 
 
 
Diferenças entre DTA e DSC 
 
Quantificação 
 
 
 
 
 
 
Calorimetria Diferencial de Varredura - DSC 
 
Efeito da Taxa de Aquecimento 
 
 
 
 
Diferenças entre DTA e DSC 
 
É importante destacar que as duas técnicas são distintas. Na análise 
térmica diferencial (DTA) é medida a diferença de temperatura entre a 
amostra e um material de referência inerte. Já na DSC o parâmetro 
medido é a diferença de energia (entalpia) 
 
Diferenças entre DTA e DSC 
 
Equipamentos DTA e DSC 
 
IONASHIRO, M. Giolito: Fundamentos da Termogravimetria, Análise 
Térmica Diferencial, Calorimetria Exploratória Diferencial. São Paulo: 
Giz, 2005. 
Princípios e Aplicações de Análise Térmica – Trabalho de Gabriela 
Bueno Denari e Éder Tadeu Gomes Cavalheiro, São Carlos, 
Julho/Agosto 2012. 
Referências