Análises Térmicas

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
ÁLEFE JOÁS SANTOS 
EDINAN FERNANDES DANIUK 
EDUARDO ALEXANDRE GANASSOLI 
JOÃO PEDRO CORRÊA GIROTO 
RAUL SCHIAVETTO MARTURANO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AVALIAÇÃO DOS DADOS DE TERMOGRAVIMETRIA E ANÁLISE TÉRMICA 
DIFERENCIAL PARA CAULINITA E OXALATO DE CÁLCIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2019 
 
ÁLEFE JOÁS SANTOS 
EDINAN FERNANDES DANIUK 
EDUARDO ALEXANDRE GANASSOLI 
JOÃO PEDRO CORRÊA GIROTO 
RAUL SCHIAVETTO MARTURANO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AVALIAÇÃO DOS DADOS DE TERMOGRAVIMETRIA E ANÁLISE TÉRMICA 
DIFERENCIAL PARA CAULINITA E OXALATO DE CÁLCIO 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais 1 
como parte dos requisitos necessários à 
obtenção do título de engenheiro de 
materiais na Universidade Estadual de Ponta 
Grossa. 
 
Professor: Leonardo Wendler Pacheco 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2019 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1: Curva da Análise Termogravimétrica da caulinita ........................................ 9 
Figura 2: Curva da Análise Térmica Diferencial da caulinita ..................................... 10 
Figura 3: Curva da Análise Termogravimétrica do oxalato de cálcio ......................... 11 
Figura 4: Curva da Análise Térmica Diferencial do oxalato de cálcio ........................ 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1: Dados calculados para o oxalato de cálcio ................................................ 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 5 
2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 7 
3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 8 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................... 9 
4.1. CAULINITA .................................................................................................... 9 
4.2. OXALATO DE CÁLCIO ................................................................................ 10 
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 14 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 Análise térmica é um conjunto de técnicas que visam analisar propriedades 
físico-químicas de uma substância ou de seus produtos de reação em função do 
tempo ou temperatura, quando a substância é submetida a uma programação 
controlada em uma atmosfera específica. Essa definição de análise térmica, proposta 
inicialmente pelo Comitê de Nomenclatura da Confederação Internacional de Análises 
Térmicas (ICTA), foi adotada tanto pela União Internacional de Química Pura e 
Aplicada (IUPAC) quanto pela Sociedade Americana de Testes de Materiais 
(ASTM).1,2 
 Dependendo das propriedades que se deseja analisar, diferentes técnicas 
podem ser empregadas, dentre elas Termogravimetria (TG) e Termogravimetria 
Derivada (DTG), Análise Térmica Diferencial (DTA), Calorimetria Exploratória 
Diferencial (DSC), entre outros. Com essas técnicas é possível obter informações com 
relação à variação da massa, estabilidade térmica, água livre, água ligada, pureza, 
ponto de fusão, ponto de ebulição, os calores de transição, diagramas de fase, 
velocidade de reação entre outras informações importantes. Assim, as técnicas 
termoanalíticas representam um grande potencial para sua empregabilidade, e com 
isso suas aplicações vêm crescendo pelo fato de existirem inúmeras possibilidades 
de utilizações em diversos tipos de materiais. Essas distintas técnicas de análise 
térmica podem ser adotadas à materiais cerâmicos.1,2,3 
 A análise termogravimétrica, é a medida da variação da massa de um corpo de 
prova cerâmico em uma atmosfera controlada em função da variação da temperatura 
ou tempo quando a medida da temperatura do corpo aumenta. A análise 
termogravimétrica derivada (DTG) se trata de um arranjo matemático, onde se tem 
que a derivada da variação de massa pelo tempo (dm/dt) é registrada tanto em função 
da temperatura quanto tempo. A DTG nada mais é do que a derivada primeira da TG.4 
A Análise Térmica Diferencial (DTA) é uma técnica que determina 
continuamente a diferença da temperatura da amostra e a de um material de 
referência termicamente inerte, quando ambas estão sendo aquecidas no forno. A 
análise Calorimétrica Exploratória Diferencial (DSC) é definida como sendo a técnica 
termoanalítica que analisa as variações da entalpia da amostra em relação a um 
material de referência, o qual é termicamente inerte, onde ambas estão sendo sujeitas 
a uma programação controlado de temperatura.4 
6 
 
 Embora as técnicas DSC e DTA possam ser confundidas às vezes por 
apresentarem semelhanças em relação ao tipo de resultado obtido, essas técnicas 
são diferentes. Essa distinção entre as duas técnicas está representada na DSC, onde 
o método é calorimétrico, ou seja, são medidas de diferença de energia, por outro 
lado, a DTA registra as diferenças em temperatura.1,2,4 
 Nas técnicas de análise termogravimétricas, tem-se fatores que podem afetar 
os resultados das análises e podem ser classificados em instrumentais e 
características da amostra.1 
Em análises térmicas, algumas vantagens que a termogravimetria derivada 
proporciona é que as curvas DTG indicam com exatidão as temperaturas 
correspondentes ao início, e o instante no qual a velocidade de reação é máxima. 
Tem-se também que devido aos picos serem agudos é possível distinguir claramente 
uma sucessão de reações que várias vezes não são claramente distinguidas nas 
curvas TG. Além disso, outra vantagem da termogravimetria é que as áreas dos picos 
estão relacionadas com a perda ou o ganho de massa e podem ser determinadas 
quantidades reagidas. Algumas aplicações da TG podem ser especificadas pelo 
estudo da decomposição térmica de substâncias orgânicas e inorgânicas, análise 
sobre corrosão de materiais metálicos com uma atmosfera controlada e investigação 
sobre a velocidade de destilação e evaporação de líquidos e sublimação de sólidos.1,2 
Os resultados da DTA podem ser afetados pelo seguintes fatores: aquecimento 
do forno, natureza do suporte das amostras, caráter da substância inerte na qual foi 
utilizada como referência, cátions adsorvidos, profundidade do raio do orifício de 
suporte no qual é colocada a amostra, efeito da colocação de tampa sobre o orifício 
da amostra, presença de mistura na argila entre outros fatores.1 
A aplicação da DTA se restringiu a solução de problemas que estão 
relacionados com cerâmica, metalurgia, edafologia e geologia. Com o passar do 
tempo, essa técnica passou a ser mais utilizada para resolver problemas químicos.1 
 
 
 
 
 
7 
 
2. OBJETIVOS 
Avaliar e correlacionar os dados de TG e DTA para a caulinita e o oxalato de cálcio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
Os materiais utilizados para a realização desta prática não foram especificados. 
Obteve-se os dados de acordo com o tratamentodas amostras a partir de uma fonte 
desconhecida, fornecidas pelo professor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
4.1. CAULINITA 
Na Figura 1, pode ser visualizado os resultados para TG da amostra de 
caulinita. 
Figura 1: Curva da Análise Termogravimétrica da caulinita 
 
Fonte: Os autores 
 A Figura 1 demonstra os resultados de perda de massa da caulinita em função 
do aumento da temperatura. No gráfico de TG da caulinita é possível notar que a 
massa se mantém aproximadamente constante para a maior parte das faixas de 
temperaturas, apresentando apenas duas quedas acentuadas. 
A primeira queda menos significativa acontece na faixa de 200°C a 270°C, que 
corresponde a menos de 1% da massa total da amostra. Não é possível realizar uma 
conclusão precisa sobre o que levou essa pequena queda, mas uma possibilidade 
levando em conta a faixa de temperatura que essa queda aconteceu é a presença de 
goethita na amostra, a qual passa por uma transformação entre 200°C a 300°C 
virando hematita.5 
Já a segunda queda é muito mais expressiva em relação à primeira, e ocorreu 
em uma faixa de aproximadamente 320°C a 700°C, que corresponde a quase 11% da 
massa total da amostra. Tal queda mais acentuada ocorreu devido ao processo de 
desidroxilação da caulinita.5 
Na Figura 2, pode ser visualizado os resultados para DTA da amostra de 
caulinita. 
10 
 
Figura 2: Curva da Análise Térmica Diferencial da caulinita 
 
Fonte: Os autores 
A Figura 2 demonstra os resultados de troca de calor em função do aumento 
da temperatura para a amostra de caulinita. 
O gráfico de DTA para a amostra de caulinita apresentou 3 picos. O primeiro e 
o terceiro pico mais discretos e o segundo mais acentuado. O primeiro e o segundo 
pico são descendentes caracterizado como uma reação endotérmica, e o terceiro pico 
ascendente caracterizado como uma reação exotérmica. 
O primeiro pico está associado a primeira queda de massa da Figura 1, e como 
já citado essa reação endotérmica pode ser a transformação de goethita em hematita.5 
O segundo pico tem relação com a queda mais expressiva da Figura 1, ou seja, 
a reação endotérmica e a desidroxilação da caulinita.5 
O terceiro pico é caracterizado por uma reação exotérmica, porém como não 
foram fornecidos os dados da composição da amostra, não é possível afirmar com 
certeza de qual reação se trata, porém uma possibilidade encontrada na literatura é a 
formação de mulita. 
4.2. OXALATO DE CÁLCIO 
Na Figura 3, pode ser visualizado os resultados para TG da amostra de oxalato 
de cálcio. 
11 
 
Figura 3: Curva da Análise Termogravimétrica do oxalato de cálcio 
 
Fonte: Os autores 
Na Figura 3, observa-se os resultados de perda de massa de oxalato de cálcio 
em função do aumento da temperatura e vê-se que inicialmente o gráfico apresenta 
um valor de peso aproximadamente constante até ocorrer o seu primeiro declive a 
uma temperatura próxima de 150°C, representando a liberação de água da amostra, 
onde a reação ocorrida está representada em (1).4,6 
CaC2O4.H2O → CaC2O4 + H2O (1) 
 Após o primeiro declive, o gráfico manteve-se com certa estabilidade entre 
aproximadamente 230°C e 455°C. Após essa faixa ocorreu um novo declive onde se 
teve a liberação monóxido de carbono, como representado na reação (2).4,6 
CaC2O4 → CaCO3 + CO (2) 
Posteriormente ao segundo declive, novamente o gráfico ficou com certa 
estabilidade em uma faixa de aproximadamente 490ºC e 700ºC, e após essa faixa 
temos o terceiro declive, que representa a liberação dióxido de carbono, que está 
apresentada na reação (3).4,6 
CaCO3 → CaO + CO2 (3) 
 Através da curva de TG e o conhecimento das etapas de decomposição é 
possível determinar a quantidade ou porcentagem de água liberada pela amostra no 
primeiro declive, de monóxido de carbono liberado no segundo declive e de dióxido 
de carbono liberado no terceiro declive. Pode-se assim utilizar o peso atômico dos 
elementos para calcular a porcentagem de peso teórica liberada em cada declive e 
12 
 
comparar com os valores experimentais. Esses cálculos são realizados através de 
uma razão e proporção entre peso total da amostra e o peso que variou em cada 
etapa, e os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 1. 
Tabela 1: Dados calculados para o oxalato de cálcio 
Declive Faixa de temperatura 
(°C) 
Perda de massa 
teórica (%) 
Perda de massa 
experimental (%) 
1 156,32 - 241,32 12,33 11,27 
2 455,32 - 493,32 19,61 13,52 
3 700,32 - 851,32 30,11 24,57 
Fonte: Os autores 
 Na Tabela 1, se observa as diferenças para as várias faixas de temperatura em 
relação a perda de massa teórica e a perda de massa experimental. Pode-se observar 
também que a perda de massa experimental é percentualmente menor que a perda 
de massa teórica, que pode ser considerado como uma amostra pura. 
 A diferença de perda de massa entre o experimental e o teórico pode estar 
relacionada a erros instrumentais e características da amostra no tocante a sua 
pureza. 
Na Figura 4, pode ser visualizado os resultados para DTA da amostra de 
oxalato de cálcio. 
Figura 4: Curva da Análise Térmica Diferencial do oxalato de cálcio 
 
Fonte: Os autores 
13 
 
 Na Figura 4 pode ser visualizado os resultados da troca calor em função do 
aumento da temperatura para a amostra de oxalato de cálcio. 
O gráfico da Figura 4 apresentou 3 picos, sendo o primeiro e o terceiro 
descendente caracterizado como uma reação endotérmica, e o segundo pico 
ascendente qualificado como uma reação exotérmica. 
O primeiro pico está relacionado a reação (1) que é a liberação de água 
estrutural amostra. O segundo pico está relacionado a reação (2) que é a liberação do 
monóxido de carbono. O terceiro pico está associado a liberação do dióxido de 
carbono representado pela reação (3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
Para este experimento não é possível determinar se as análises feitas tiveram 
de fato um bom resultado, pois o experimento não foi realizado, uma vez que o 
acompanhamento da análise das amostras foi inexistente, sendo que os dados foram 
fornecidos pelo professor. 
 Para a análise termogravimétrica da amostra de caulinita, obteve-se duas 
quedas significativas no gráfico, que representam a perda de massa da amostra. 
A primeira queda não pode ser definida com precisão, pois não houve uma 
verificação dos processos utilizados para o preparo desta amostra, podendo a partir 
da literatura avaliar que possa ter ocorrido uma transformação da goethita para 
hematita a partir da faixa de temperatura que ocorreu a queda de 200°C a 270°C. 
 Já para a segunda queda registrada na análise, houve uma mudança mais 
brusca em relação a primeira, na qual uma massa correspondente a 11% da amostra 
foi perdida. Para esta mudança mais brusca, é possível avaliar pela literatura que 
possa ter ocorrido um processo de desidroxilação da caulinita. 
 Para a Análise Térmica Diferencial da amostra caulinita pode-se observar que 
houve uma mudança da troca de calor em função do aumento da temperatura, 
apresentando três picos, sendo que o primeiro e segundo pico apresentam um caráter 
endotérmico, e o terceiro pico tem caráter exotérmico. Para o terceiro pico, não há 
uma razão específica para ter ocorrido, podendo ser caracterizado a como a 
transformação da amostra em mulita. 
 Para a análise de termogravimétrica da amostra de oxalato de cálcio, pode-se 
concluir que a amostra passou por três processos envolvendo a perda de massa com 
o aumento da temperatura, primeiramente liberando água estrutural, seguido da perda 
de monóxido de carbono e por fim de dióxido de carbono, demonstrando três quedas 
no gráfico. 
 ParaAnálise Térmica Diferencial da amostra de oxalato de cálcio, o gráfico 
apresentou três picos, sendo eles relacionados com as reações de liberação de água 
estrutural de caráter endotérmico, de perda de monóxido de carbono de carácter 
exotérmico, e de perda de dióxido de carbono de carácter endotérmico. 
 As análises TG e DTA estão relacionadas, uma vez que a análise 
termogravimétrica apresenta a variação de massa da amostra em função da variação 
da temperatura, a DTA define o tipo de reação que ocorre para essas variações de 
massa em reações endotérmicas ou exotérmicas. 
15 
 
REFERÊNCIAS 
1 IONASHIRO, M. G. Fundamentos da Termogravimetria, Análise Térmica 
Diferencial, Calorimétrica Exploratória Diferencial. São Paulo: Giz Editorial E 
Livraria, 2004. 
 
2 MOTHÉ, C. G.; AZEVEDO, A. D. Análise Térmica de Materiais. São Paulo: 
Artliber, 2009. 
 
3 EMMERICH, K., STEUDE, A. Análise Térmica de Matérias-primas Argilosas. 
Cerâm. ind., vol.21, n2, p.0, 2016. Disponível em <http://s3.amazonaws.com/host-
article-assets/ci/587657607f8c9d6e028b483e/fulltext.pdf>. Acesso em: 13 Abr. 2019. 
 
4 DENARI, D. G., CAVALHEIRO, É. T. G. Princípios E Aplicações De Análises 
Térmicas. 2012, 40 f. Material de Apoio. Curso Teórico/Prático. Universidade de São 
Paulo. Instituto de Química de São Carlos. São Paulo, 2012. 
 
5 FERREIRA, M. M. Caracterização de argilas cauliníticas do Quadrilátero 
Ferrífero visando seu potencial de aplicação na indústria de cerâmica. 2010, 95 
f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. 
Departamento de Geologia. Programa de Pós-graduação em Evolução Crustal e 
Recursos Naturais. Minas Gerais, 2010. 
 
6 LAWSON-WOOD, K., ROBERTSON, I. Study of the Decomposition of 
Calcium Oxalate Monohydrate using a Hyphenated Thermogravimetric Analyser 
- FT-IR System (TG-IR). Disponível em: <https://www.perkinelmer.com/lab-
solutions/resources/docs/APP_Decomposition_Calcium%20Oxalate_Monohydrate(0
13078_01).pdf> Acesso em: 13 Abr. 2019.