Relatório análises térmicas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
ALEX WILLIAM SPRADA
BARBARA MARTINS PEREIRA
LEONARDO MALAQUIAS
VITOR HUGO BACH PEREIRA
ANÁLISES TÉRMICAS
PONTA GROSSA
2019
ALEX WILLIAM SPRADA
BARBARA MARTINS PEREIRA
LEONARDO MALAQUIAS
VITOR HUGO BACH PEREIRA
ANÁLISES TÉRMICAS
Relatório apresentado à disciplina de Ensaios e Caracterização de Materiais do curso de Engenharia de Materiais, 3º ano, da Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG.
Professor: Leonardo P. W.
PONTA GROSSA
2019
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
 
Figura 1: Curva DTA para a Caulinita	9
Figura 2: Curva DTA para Oxalato de Cálcio	9
Figura 3: Curva TG para Caulinita	10
Figura 4: Gráfico de TG para Oxalato de Cálcio	11
1 – INTRODUÇÃO 
Análise Térmica é um termo utilizado para definir um grupo de técnicas, nas quais uma propriedade, física ou química, de uma amostra é monitorada em 
função do tempo ou temperatura, sob uma atmosfera específica, sendo submetida a uma programação controlada. Foi definida em 1979, por Mackenzie, após estudos da Confederação Internacional de Análise Térmica e Calorimetria (ICTAC).
	1.1 – ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (TG)
Análise na qual pode-se determinar a variação da massa de um material em relação ao aumento da temperatura. Essa variação deve-se geralmente à degradações sofridas por ele, com decomposição e oxidação.
 A termogravimetria pode ser realizada em diferentes regimes: dinâmico, isotérmico e quase isotérmico. O regime dinâmico é aquele em que a temperatura se eleva de forma linear, o isotérmico é quando a variação de massa ocorre em uma temperatura constante e, no quase isotérmico, a variação de massa ocorrerá em uma temperatura constante, porém quando a variação começar a se tornar constante, a temperatura voltará a aumentar.
A curva obtida pode ser influenciada por vários fatores: instrumentais, como o aquecimento, a atmosfera do forno, o suporte utilizado, ou por características da amostra, como a quantidade de material, natureza da amostra, tamanho das partículas etc. 
	1.2 – ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL (DTA)
Diferente da termogravimétrica, a DTA mostra as variações de energia da amostra como seu aquecimento. Tais mudanças devem-se às reações que ocorrem no material: decomposição do estado sólido, transição de segunda ordem, mudança de fase ou reações com gases ativos. 
Uma informação muito importante que pode ser obtida pela curva da DTA é a respeito dos picos representados no gráfico. A partir deles pode-se determinar se as reações são endotérmicas (nesse caso, o pico será para baixo), ou exotérmicas (os picos serão para cima).
	1.3 – CAULINITA 
Este é uma argilomineral de coloração geralmente branca e de composição aproximada de 39,8% de alumina, 46,3% de sílica e, 13,9% de água. Pode apresentar certa quantidade de titânio e ferro, os quais causarão sérios problemas para a indústria de porcelanas, como o famoso "coração negro", pois a presença dessas impurezas gera mudança na cor pós queima. 
 A caulinita tem grande importância comercial devido as suas características como cor, brilho, refratariedade e resistência mecânica pós queima. Tais mudanças passam pela perda de água estrutural, formação da metacaulinita, formação de fase espinélio e sílica, e posteriormente, a fase de maior importância, a mulita. 
Esse material possui diversas aplicações, como na indústria de papel, na fabricação de porcelanas, isoladores elétricos, refratários para fornos etc. 
	1.4 – OXALATO DE CÁLCIO
Oxalato de cálcio (CaC2O4(H2O)n) é um sal que se apresenta geralmente na forma de cristais monoclínicos aciculares( forma de agulha), possuindo massa molar de 146,11g/mol, densidade de 2,20g/cm³ e solubilidade em água de 0,67 mg/L. 
Este sal apresenta grande importância biológica, sendo muito presente em plantas do gênero Oxalis. Está presente também no dia-a-dia, como por exemplo, no espinafre e no corpo humano, sendo os cálculos renais formados principalmente por ele. 
Devido ao fato de ser muito didático e possuir reações bem definidas, pode ser visto com bastante clareza nas análises térmicas, sendo muito utilizado como exemplo desse tipo de análise. Apresenta uma curva muito característica na TG, na qual se formam espécies de degraus de fácil visualização, com um patamar para cada substância formada. Apresenta o CaC2O4.H2O, o qual perde a água estrutural e, forma o CaC2O4, que por sua vez forma o CaCO3, e por fim dá origem ao CaO. 
2 – OBJETIVOS
	Analisar e interpretar os gráficos de DTA/TG para o oxalato de cálcio e para argilas cauliníticas. Observar o comportamento das cerâmicas e suas reações.
3 – MATERIAIS E MÉTODOS
	3.1 – MATERIAIS
	Amostras de dados experimentais termogravimétricos (TG) e de análises térmicas diferenciais (DTA) de argila caulinítica e de oxalato de cálcio.
	3.2 – MÉTODOS	
A partir dos dados de curvas de termogravimetria (TG) e de análise térmica diferencial (DTA) das amostras de oxalato de cálcio e da caulinita, encontrou-se os pontos de início e fim da perda de massa em uma análise termogravimétrica. Já para encontrar a temperatura, gerou-se um ponto de encontro entre a linha base e a linha em decaimento, a partir do método de elongação.
4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
	4.1 – ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL
		4.1.1 – CAULINITA 
	Para a caulinita têm-se o gráfico a seguir:
Figura 1: Curva DTA para a Caulinita
Fonte: Os autores.
	Na figura 1, onde está representada a curva DTA para a caulinita, pôde-se observar uma leve alteração endotérmica, em 260ºC, a qual pode ser relacionada à presença de goethita, que está se transformando em hematita. Nota-se um pico endotérmico na temperatura em torno de 520ºC, que provavelmente é a transformação de quartzo α em quartzo β. Por volta de 960ºC, observa-se um processo exotérmico, o qual indica que provavelmente houve a condensação das lamelas de meta-kaolin. Formou-se uma fase do tipo espinélio, e iniciou-se a nucleação da mulita, pois houve perda de SiO2 não cristalino, levando a uma composição aproximada 2Al2O3.3SiO2. [1]
		4.1.2 – OXALATO DE CÁLCIO
Figura 2: Curva DTA para Oxalato de Cálcio
Fonte: Os autores.
	Na figura 2, tem-se um pico endotérmico, perto de 260ºC, indicando a perda da água estrutural. Um pouco acima de 400ºC, houve uma leve reação exotérmica, a qual pode ser o início da reação de combustão do monóxido de carbono (CO), que tem sua continuidade no pico exotérmico próximo à temperatura de 500ºC. 
	O 3° pico é endotérmico e se trata de uma reação de decomposição, onde ocorreu o desprendimento de dióxido de carbono (CO2). 
4.2 – TERMOGRAVIMETRIA 
		4.2.1 – CAULINITA 
Figura 3: Curva TG para Caulinita
Fonte: Os autores.
	Na figura 3, pôde-se observar a curva TG para a caulinita. Percebe-se que houve um sutil decaimento entre 220ºC e 280ºC, fato provavelmente provocado pela umidade contida no material. No intervalo de 400ºC à 600ºC, nota-se uma queda brusca na porcentagem de massa do material, o que se deve principalmente a desidratação da água estrutural contida na caulinita. A caulinita passou de Al2O3.2SiO2.2H2O para Al2O3.2SiO2 (meta-kaolin). [1]
		4.2.2 – OXALATO DE CÁLCIO
Figura 4: Gráfico de TG para Oxalato de Cálcio
Fonte: Os autores.
	Pode-se perceber 3 degraus no gráfico representado na figura 4. O primeiro degrau, em torno de 200ºC, indica perda de massa, pois o oxalato de cálcio sofreu desidratação, perdendo sua água estrutural (CaC2O4.H2O → CaC2O4).
	No segundo degrau, cerca de 480ºC, houve o desprendimento do CO estrutural (CaC2O4 → CaCO3), causando uma segunda diminuição de porcentagem de massa.
	A terceira perda na porcentagem de massa, ou terceiro degrau no gráfico, que ocorreu na região de 800ºC, indica o desprendimento de CO2 estrutural, finalmente obtendo o CaO (CaCO3 → CaO). [2]
5 – CONCLUSÃO
	Partindo destes dois métodosde análises térmicas, concluiu-se que ambos foram efetivos, apesar dos diferentes tipos de dados fornecidos após sua prática. Na termogravimetria, os níveis na forma de escadas no gráfico, apresentaram de forma clara a perda de massa de ambos os compostos. Foi possível analisar por meio deles a perda de água estrutural no oxalato assim como as demais etapas no processo de calcinação.
	Já na análise térmica diferencial, as reações ocorridas durante a alteração de temperatura se evidenciaram somente pelos picos, sendo eles exotérmicos e endotérmicos, indicando a reação. Por meio destes picos, no caso da caulinita, pode-se notar nitidamente um pico endotérmico correspondente a transformação de quartzo α em quartzo β, e um pico exotérmico indicando o início da nucleação da mulita.
	De maneira geral, ambos os métodos se mostraram eficientes para a determinação das transformações e variações de massa, conforme a variação de temperatura.
REFERÊNCIAS
DE CASTRO, A. T., PERISSÉ, E. G., LOPES, F. P., COELHO, G., CAMPOS, R. A., DUTRA, R. Análises Térmicas e Aplicações. Disponível em: <http://www.ufjf.br/fisica/files/2010/08/Grupo-7-An%C3%A1lises-T%C3%A9rmicas-e-Aplica%C3%A7%C3%B5es.pdf> Acesso em: 15/04/2019.
FILHO, L. H. B. Métodos Termoanalíticos. Disponível em: <https://pt.slide share.net/luishenriquebembofilho/mtodos-trmoanalticos-de-anlise-tg-dtg-dta-dsc> Acesso em: 15/04/2019. 
FILHO, U. P. R. Formando cerâmicas tradicionais: Queima. Disponível em: <http://masi.iqsc.usp.br/files/ceramicas_silicatos_queima.pdf> Acesso em: 15/04/2019.