Unidade 2 Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica

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Instrumentação Científica 
e Tratamento de Dados 
Experimentais
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Paulo Cezar Frangiosa
Revisão Textual:
Mateus Gonçalves
Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Fundamentos e Aplicações de 
Métodos de Análise Térmica
 
 
• Introduzir conceitos fundamentais sobre os métodos de análise térmica;
• Definir a propriedade física a ser medida, expressando-a em função da temperatura;
• Interpretar criteriosamente termogramas de modo a extrair o maior número de informa-
ções possíveis;
• Estudar a preparação das amostras em termos de estado físico, forma, quantidade, dilui-
ção, pureza e histórico;
• Discutir os fatores que afetam as análises;
• Exemplificar as aplicações de acordo com situações que impactam no nosso dia a dia.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• Introdução às Técnicas Termoanalíticas;
• Análise Termogravimétrica (TGA);
• Termogravimetria Derivada (DTG);
• Análise Térmica Diferencial (DTA);
• Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC).
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Introdução às Técnicas Termoanalíticas
Definições e Nomenclatura
Setor de Produção
O que os materiais biológicos de construção civil, farmacêuticos, polímeros, cerâmicas, com-
bustíveis, metais, minerais, tecidos, vidros e gorduras têm em comum? Muitas respostas cria-
tivas surgem dessa indagação. Certamente uma das mais interessantes é o fato de que todos 
esses materiais sofrem alterações de suas propriedades quando resfriados ou aquecidos.
De acordo com Vogel (2002), denominam-se métodos térmicos de análises todas as 
técnicas nas quais as variações das propriedades físicas ou químicas de uma substância 
são medidas em função da temperatura. Dentro dessa definição, enquadram-se os mé-
todos que envolvem mudanças na massa ou na energia.
A Confederação Internacional de Análise Térmica e Calorimetria (ICTAC: International 
Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry) define análise térmica como: 
“Grupo de técnicas nas quais se acompanham as variações em uma propriedade física 
de uma substância e/ou de seus produtos de reação, enquanto a mesma é submetida a 
uma programação de temperatura.”
As técnicas termoanalíticas, como era de se esperar, são interdisciplinares, haja vista 
serem de extrema importância em vários setores, destacando-se o Químico, Metalurgia, 
Materiais de Engenharia (polímeros, metais e cerâmicas), Geologia, Mineralogia, Botâni-
ca, Oceanografia, Agronomia, Ecologia, Farmacêutico e Alimentos. A Figura 1 destaca 
as técnicas de análise térmica mais conhecidas e suas respectivas aplicações.
Análises Térmicas
Termogravimetria (TG)
Análise Térmica Diferencial
(DTA) Calorimetria
Exploratória Diferencial (DSC)
Processos físicos e
químicos envolvendo
variação de energia.
Análise Termo-mecânica (TMA)
Análise Dilatométrica (DIL)
Análise Dinamo-Mecânica (DMA)
Mudanças nas
dimensões, deformações,
propriedades viscoelásticas
e transições.
TPP – (Laser/Light
Flash Analysis)
(LFA)
Propriedades
termofísicas (TPP).
Cálculo da difusividade
térmica, condutividade
térmica e Cp
Mudanças de
massa devido à
interação com a
atmosfera, 
vaporização e
decomposição.
Figura 1 – Análises Térmicas: Classificação e Aplicações
Temos, ainda, a Análise de Gás Envolvido (ou desprendido) (EGA), em que se mede 
qualitativa e quantitativamente os produtos voláteis formados durante uma análise térmi-
ca, e a Termoptometria que, por meio de características ópticas, é empregada no estu-
do de mudanças de fase, reações de superfície e mudanças de coloração de substâncias.
8
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Importância e Aplicações
As técnicas termoanalíticas permitem ao profissional em química obter informações 
relevantes sobre o material sob investigação: variação da massa, estabilidade térmica, 
efeitos da solvatação e hidratação, pureza, ponto de fusão e de ebulição, transições ví-
treas, reatividade química, constantes térmicas; diagramas de fase; cinética da reação; 
comportamento de catalisadores, para citar apenas algumas.
Quando uma amostra é submetida a aquecimento, dependendo se a intensidade do 
calor fornecido for maior ou menor que suas energias de ligação, mudanças físicas ou 
químicas em sua estrutura são esperadas. A Tabela 1 ilustra os principais eventos térmi-
cos que uma substância pode sofrer.
Tabela 1 – Classifi cação de eventos térmicos
Reagentes Reação Produtos Evento Térmico
A1(s) →
→
→
→
→
A2(s)
A(l)
A(g)
B(s) + gases
Gases
Mudança de fase
Fusão
Sublimação
Decomposição
Decomposição
A(vítreo) → A(emborrachado) Transição vítrea
A(s) + B(g) → C(s) Oxidação
Redução
A(s) + B(g) → Gases Combustão
Volatilização/Subli-
mação
A(s) + gases(1) → A(s) + gases(2) Catálise heterogênea
A(s) + B(s) → AB(s) Adição
AB(s) + CD(s) → AD(s) + CB(s) Decomposição dupla
Fonte: Adaptado de DENARI, 2012, p. 2 
Na prática, a correta compreensão das propriedades térmicas de uma substância que 
será empregada na confecção de uma determinada peça – para a indústria automobilís-
tica, por exemplo – acarretará uma série de informações estratégicas, de importância 
tanto industrial como mercadológica: otimização de processos de moldagem (visando 
redução de custos de produção); melhoria na aplicação (gama de utilização); degradação 
durante seu uso (tempo de vida útil sob condições normais de utilização); aspectos de 
corrosão (retardando ou prevenindo), bem como ação biológica e impactos ambientais.
Importante!
Nosso estudo sobre técnicas termoanalíticas será direcionado para a TGA/DTG e DSC/DTA. 
Informações sobre outras análises térmicas poderão ser encontradas em nossa seção “Ma-
terial Complementar”.
Um pouco de história
Embora os fundamentos teóricos já se encontrassem solidamente estabelecidos desde 
o final do século XIX, com a Termodinâmica Clássica, ao estudarmos o desenvolvimento 
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
dos métodos termoanalíticos, percebemos que sua evolução foi demasiadamente lenta, 
sendo impulsionada somente a partir da segunda metade do século XX.
Giolito e Ionashiro (2004) nos ensinam que as técnicas termoanalíticas estão, his-
toricamente, diretamente ligadas à manipulação do fogo e ao advento da mineralogia 
e metalurgia. A partir do momento em que o homem primitivo começou a dominar 
o fogo (por volta de 400.000 anos atrás) para seu próprio bem-estar e produção de 
ferramentas de caça, surgiam as lareiras e os fornos fechados: era o início do que hoje 
conhecemos por metalugia. É certo que, naquela época, todas as manipulações tinham 
caráter meramente empírico.
Os filósofos entram em cena e, entre eles, Heráciclo (540 a.C.-470 a.C.) afirmando que 
o fogo seria o elemento fundamental da matéria, por ser imaterial, místico. Empódocles 
(495 a.C.-430 a.C.) trouxe a ideia dos quatro elementos fundamentais constituintes da 
matéria: ar, água, fogo e terra.
A metalurgia e a mineralogia – além de outras ciências - obtiveram grande desenvol-
vimento com a Expansão Árabe (após a morte de Maomé em 632 d.C.), surgindo os 
alquimistas que, com a incessante busca da pedra filosofal (substância milagrosa capaz de 
transformar qualquer sólido em ouro) e do elixir da vida (substância mágica que nos daria 
vida eterna), fizeram com que os fornos fossem cada vez mais utilizados nos laboratórios.
Os processos de combustão e calcinação foram explicados pelos alquimistas, quando 
em 1723 o químico e metalúrgico alemão Georg Ernst Sthal (1659-1734) propôs que 
os materiais seriam compostos por cinzas e flogisto – entendido como o espírito ígneo 
liberado quando os materiais eram aquecidos. Pela teoria do flogisto, o processo de 
oxidação sofrido por um material seria a perda do flogisto, enquanto que a redução, a 
absorção do flogisto expelido por outro corpo. Percebe-se que, até esse momento, os 
poucos avanços em relação ao calor tinham caráter meramente qualitativo.
No século XVIII, entretanto, o “pai da química moderna”, Antoine Lavoisier (1743-
1794), foi um dos primeirosa realizar análises quantitativas. Valendo-se de balanças 
analíticas para medir massas dos produtos da combustão, imortalizou-se pela famosa 
frase: “Em uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos 
reagentes é igual à soma das massas dos produtos” - era o início da química moderna.
Em 1887, o químico industrial Le Chatelier (1850-1936), estudioso nas áreas de 
mineralogia e pirometria, desenvolveu um termopar combinado de Pt/Pt-Rh, tendo in-
troduzido o emprego de curvas apresentando variações nas taxas de aquecimento como 
função do tempo (dTs/dt versus t) na identificação de argilas. 
Em 1889, o engenheiro e metalurgista inglês, Roberts-Austen (1843-1902), foi o 
precursor da técnica hoje conhecida como Análise Térmica Diferencial (DTA). Ele 
aperfeiçoou o método diferencial de Le Chatelier quando introduziu um segundo 
termopar em uma substância inerte utilizada como referência: a diferença de temperatura 
(ΔT ou T-Ti) da referência era observada diretamente em um galvanômetro, enquanto o 
segundo galvanômetro registrava a temperatura da amostra. 
Na sequência, vieram Sladin e Kurnakov (1904) que, isoladamente, desenvolveram 
e aperfeiçoaram gravadores fotográficos de ΔT versus Ti, úteis no estudo de argilas e 
minerais de silicato nos quarenta anos seguintes.
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O ano de 1951 é tido como o início da era moderna no desenvolvimento de instru-
mentação para DTA. Nesse ano, Stone introduziu um instrumento de controle dinâmico 
de atmosferas, de modo que os efeitos de diferentes atmosferas sobre uma reação po-
diam ser avaliados.
A segunda metade do século XX foi marcada pelo desenvolvimento e aperfeiçoamen-
to de novos materiais – como os polímeros, cerâmicas e compósitos – acarretando uma 
corrida no desenvolvimento de instrumentos voltados para análises térmicas. Empresas 
como a TA Instruments, Mettler-Toledo, Perkin-Elmer Co, NETZCH, DuPont, para 
citar apenas algumas, estão cada vez mais fortes no mercado até hoje.
No Brasil, de acordo com Denari (2012), as técnicas termoanalíticas foram introdu-
zidas pelo professor do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), 
Ernesto Giesbrecht (1921-1996), na segunda metade da década de 1960, tendo como 
colaboradores, entre outros, o professor Doutor Ivo Giolito – principal divulgador das 
técnicas. Desse momento em diante, as técnicas termoanalíticas tiveram grande impul-
so, como ferramentas fundamentais em pesquisas nas mais diversas áreas do conheci-
mento humano, tanto no meio acadêmico quando industrialmente. 
Análise Termogravimétrica ( TGA) 
Origens 
As pesquisas de Giolito e Ionashiro (2004) mostram que a Análise Termogravimé-
trica (TGA) foi empregada pela primeira vez por P. Tuchot, em 1907, quando registrou 
uma série de curvas de decomposição térmica de piritas. Cinco anos depois, G. Urbain 
e C. Boulange desenvolveram uma balança com dispositivo de compensação eletro-
magnética, utilizada para acompanhar a eflorescência de alguns sais hidratados.
A primeira termobalança foi idealizada e construída pelo pesquisador japonês Kotara 
Honda, em 1915, tendo sido utilizada no estudo de curvas de decomposição térmica do 
sulfato manganoso (MnSO4.4H2O), do gesso (CaSO4.2H2O) e do anidrido crômico. 
Sua invenção permitiu, pela primeira vez, acompanhar a pesagem contínua da amostra 
com o aquecimento.
Em 1923, na França, Marcel Guichard iniciou uma série de estudos sobre termogra-
vimetria, tendo como objetivo central desenvolver um dispositivo que tornasse possível 
uma elevação linear da temperatura em função do tempo. Inicialmente, Guichard cons-
truiu uma termobalança cujo forno era aquecido por meio de um bico de Bunsen. Três 
anos mais tarde, em 1926, passou a utilizar fornos aquecidos eletricamente, em atmos-
feras constituídas por diferentes gases.
Dois outros importantes marcos a serem destacados no desenvolvimento da TGA 
moderna ocorreram em 1958 e 1964. Em 1958, F. Paulik e colaboradores descreveram 
um instrumento multifuncional (batizado como Derivatograph), capaz de registrar simul-
taneamente curvas TG, DTG e DTA. Em 1964, H. G. Wiedemann descreveu o sistema 
termoanalisador Mettler como sendo capaz de registrar simultaneamente as curvas TG, 
DTG, DTA e T versus t, em atmosferas estáticas, dinâmicas ou sob vácuo.
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Definição e Princípios Gerais 
A Análise Termogravimétrica (TGA) pode ser definida como:
Técnica termoanalítica que acompanha a variação da massa da amostra, sob atmos-
fera controlada, em função da programação de temperatura.
Um gráfico que representa a massa (ou percentual da massa) em função do tempo é 
chamado “curva de decomposição térmica”, ou simplesmente termograma. 
Quando a análise termogravimétrica envolve uma mistura de materiais que apresen-
tam comportamentos distintos de decomposição térmica, é possível detectar e quan-
tificar os diferentes materiais ali presentes. No ensaio térmico mostrado na Figura 2, 
observam-se as perdas de massa por decomposição de amostras puras do polietileno 
(PE), polipropileno (PP) e mistura (50/50,%). 
As curvas termogravimétricas são quantitativas, podendo-se calcular a estequiome-
tria do composto em um determinado intervalo de temperatura. Informações sobre a 
umidade presente na amostra e resíduo (cinzas) também serão disponíveis.
100
75
50
25
0 100 200
Temperatura (ºC)
Pe
rd
a d
e p
es
o (
%
)
400 500 600
0
Matéria volátil
Umidade
Cinzas
Polietileno (100%)
Polipropileno (100%)
PP + PE (50/50%)
Figura 2 – Curvas de TGA do Polipropileno (PP), Polietileno (PE) e Mistura (50/50%)
As regiões horizontais dos termogramas (platôs) representam intervalos de temperatura 
nos quais os polímeros são termicamente estáveis, ou seja, não ocorre perda de massa.
Aplicações
• Estudo da decomposição térmica de substâncias orgânicas e inorgânicas, 
e das mais variadas classes de materiais: minerais, solos e argilas; petróleo, 
combustíveis e lubrificantes; madeira; polímeros, cerâmicas e vidros; tecidos e fi-
bras; gorduras, alimentos e aditivos; fármacos e materiais biológicos; explosivos;
• Calcinação e torrefação de minerais;
• Corrosão de metais em atmosferas controladas;
• Curvas de adsorção e dessorção;
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• Degradação térmica-oxidativa de polímeros;
• Desenvolvimento de processos gravimétricos analíticos;
• Estudo de velocidades de destilação e evaporação de líquidos e de sublimação 
de sólidos;
• Estudo da cinética de reações envolvendo espécies voláteis;
• Ensaios de desidratação e higroscopicidade;
• Propriedades magnéticas como temperatura de Curie e suscetibilidade magnética;
• Reações no estado sólido com liberação de produtos voláteis, para citar 
as principais.
Equipamento
Independentemente do fabricante, os equipamentos para análise termogravimétrica 
consistem basicamente de uma termobalança, que é um instrumento que possibilita a 
pesagem de forma contínua de uma determinada amostra em função de um gradiente de 
temperatura (aquecimento ou resfriamento). Os principais componentes de uma termoba-
lança são: balança registradora, forno, suporte de amostra, sensor de temperatura, pro-
gramador de temperatura do forno, sistema registrador e controle da atmosfera do forno. 
A Figura 3 representa um diagrama de um equipamento de termogravimetria genérico.
Figura 3 – Representação simplifi cada de uma termobalança
Fonte: Adaptado de VOGEL, 2002, p. 267
Uma termobalança moderna é integralmente controlada por computador, permitindo 
uma gama enorme de programas de aquecimento, resfriamento e isotermas. O com-
putador controla, inclusive, a atmosfera da amostra, que pode ser estática, dinâmica, à 
pressão ambiente ou pressão reduzida.
A temperatura do forno e/ou da amostra é determinada por meio de um par ter-
moelétrico. Via de regra, os fornos são construídos para operar em temperaturas entre 
100 e 1200ºC. Alguns fabricantes, entretanto, disponibilizam fornos que podem atingir 
2400ºC. O material de suportede amostra é escolhido em função da natureza da amos-
tra e da temperatura máxima em que ela deverá ser aquecida: platina, tungstênio, níquel, 
alumínio, quartzo, alumina e grafite estão entre os mais utilizados. 
Dependendo do fabricante, a razão de aquecimento normalmente situa-se no inter-
valo de 1°C/min até 100°C/min. A sensibilidade da balança – normalmente com capa-
cidade de até 1,0 g – é da ordem de 0,1 μg.
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Fatores que afetam as análises de TGA
Os fatores que podem influenciar as medidas de TGA pertencem a dois grandes gru-
pos: fatores instrumentais e fatores ligados às características da própria amostra.
Tabela 2 – Fatores que afetam as análises de TGA
Fatores Instrumentais Fatores Inerentes À Amostra
Razão de aquecimento do forno Quantidade de amostra
Atmosfera do forno Tamanho das partículas
Geometria do suporte de amostra Solubilidade dos gases envolvidos
Composição do suporte de amostra Calor de reação
Geometria do forno Natureza e compactação da amostra
Sensibilidade da balança Condutividade térmica
Considerações interessantes por ser feitas sobre alguns dos fatores listados:
Fatores Instrumentais
De um modo geral, a diminuição da razão de aquecimento do forno resulta em uma 
diminuição nas temperaturas aparentes das reações de decomposição. O efeito da atmos-
fera do forno depende do tipo de reação envolvida e da natureza dos produtos de decom-
posição. Uma atmosfera dinâmica de gás inerte, por exemplo, é utilizada para remover 
os produtos gasosos liberados durante a decomposição térmica. Por outro lado, se o gás 
de purga for o mesmo que o desprendido na reação, reações reversíveis serão afetadas.
Alterações na forma das curvas TGA também podem ser verificadas pela ação de 
outros fatores instrumentais como: geometria e composição do cadinho, geometria do 
forno e sensibilidade da balança. Entretanto, esses fatores são controlados pelo fabrican-
te dos equipamentos termoanalíticos. 
Fatores inerentes à amostra
De um modo geral, quanto maior a massa de amostra, maior será a temperatura 
inicial de decomposição térmica, bem como a temperatura final (exceção ocorre para 
reações de decomposição exotérmicas). Se o objetivo for detectar a presença de com-
postos intermediários, prefere-se utilizar quantidades reduzidas de amostra. 
O calor envolvido nas reações também pode afetar o aspecto das curvas TGA, pois 
desequilibra a igualdade entre as temperaturas do forno e da amostra, que devem ser 
iguais. Há casos em que esta defasagem – que em parte depende da razão de aqueci-
mento - pode ser da ordem de 10ºC a maior (se a reação for exotérmica) ou a menor (se 
a reação for endotérmica).
Importante!
As três atmosferas mais comuns em termogravimetria são: ar estático (o ar ambiente 
difunde-se pelo forno); ar dinâmico (o ar comprimido de um cilindro passa pelo forno em 
vazão conhecida) e nitrogênio (livre de oxigênio, constitui-se num meio inerte).
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Interpretando Termogramas
Oxalato de Cálcio
Observe a curva de TGA mostrada a seguir, relativa a uma amostra de oxalato de 
cálcio monohidratado (CaC2O4.H2O) pesando aproximadamente 8,0 mg, submetida 
a uma taxa de aquecimento de 5ºC/min até 1000°C, em atmosfera dinâmica de ar sin-
tético (150 mL/min). 
A decomposição do composto ocorre de acordo com três eventos térmicos bem de-
finidos, que são representados por patamares. As reações balanceadas de cada evento 
são tais que:
Evento Térmico 1: → Intervalo de temperatura: 100 – 226°C
CaC2O4.H2O(s) → CaC2O4(s)+ H2O(v)
Evento Térmico 2: → Intervalo de temperatura: 346 – 420°C
CaC2O4(s) → CaCO3(s) + CO(g)
Evento Térmico 3: → Intervalo de temperatura: 660 – 840°C
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
CaC2O4 H2O.
CaC2O4 
CaCO3 
CaO
100º
226º 346º
420º 660º
840º 980º
Ca2+
O O
O
CC
O
2–
Temperatura ºC
M
as
sa
 g
Figura 4 – Decomposição térmica de CaC2O4.H2O com taxa de aquecimento 
de 5ºC/min até 1000°C, em atmosfera dinâmica de ar sintético (150 mL/min)
Mistura de Oxalatos de Cálcio e Magnésio
A Figura 5 mostra a determinação automática de uma mistura de oxalatos de cálcio 
o magnésio (curvas 3 e 4). Podemos observar uma diferença significativa no compor-
tamento entre os dois oxalatos: o oxalato de cálcio perde seu carbono e excesso de 
oxigênio em duas etapas (eventos “b” e “c”, na Tabela 3), enquanto o composto de mag-
nésio não passa pelo estágio do carbonato. Assim, o oxalato de cálcio monohidratado 
apresenta três regiões bem distintas de decomposição térmica, enquanto o oxalato de 
magnésio dihidratado apresenta apenas duas.
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Tabela 3 – Decomposição Térmica de Oxalatos de Cálcio e Magnésio
Evento Térmico Região de Decomposição
a CaC2O4.H2O(s) → CaC2O4(s)+ H2O(v) 100-250°C
b CaC2O4(s) → CaCO3(s) + CO(g) 400-500°C
c CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) 650-850°C
d MgC2O4.2H2O(s) → MgC2O4(s)+ 2H2O(v) 100-250°C
e MgC2O4(s) → MgO(s) + CO(g) + CO2(g) 400-500°C
Fonte: Adaptado de VOGEL, 2002, p. 269
A curva de pirólise de uma mistura dos dois oxalatos deve, portanto, apresentar três 
etapas de decomposição.
Figura 5 – Curvas de TGA de Compostos Inorgânicos
Fonte: Adaptado de EWING, 1972, p. 352
A etapa final é inteiramente devida à eliminação de dióxido de carbono do carbonato 
de cálcio, o que permite o cálculo do teor de cálcio presente na mistura. 
Materiais Poliméricos
Padrões de decomposição característicos de polímeros são usados com propósitos de 
identificação. As forças inter e intramoleculares presentes nesses materiais são responsá-
veis por suas propriedades físicas. Se por um lado os polímeros termofixos (cadeias com 
ligações cruzadas ou crosslinking: infusíveis e insolúveis) não apresentam alterações no 
seu comportamento mecânico quando aquecidos, os termoplásticos (cadeias lineares ou 
ramificadas: fusíveis e solúveis), por outro lado, podem ser convenientemente processados. 
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17
0
20
40
60
80
0 200 400
Temperatura (ºC)
PTFE
PE
PVC
PP
M
as
sa
 (%
)
600
100
Figura 6 – Curvas de TGA de Termoplásticos: Politetrafl uoretileno (PTFE); 
Cloreto de Polivinila (PVC); Polietileno (PE) e Polipropileno (PP)
Fonte: Adaptado de STUART, 2002. p. 203
Da análise dos perfis dos termogramas, algumas conclusões interessantes surgem:
• A cadeia ramificada do PP contribui para menor temperatura de decomposição 
em relação à temperatura de decomposição do PE ;
• O PTFE se decompõe em temperatura maior que o PE, pois a energia da liga-
ção C-F é maior que a energia da ligação C-H ;
• O patamar observado na curva do PVC deve-se à liberação de HCl, sendo este 
fato uma preocupação no seu processo de reciclagem.
O comportamento térmico de polímeros é essencial no que tange às suas aplicações, 
haja vista determinar seu comportamento termodinâmico.
A temperatura tem influência decisiva sobre o comportamento mecânico dos plásticos, impac-
tando diretamente no projeto de peças técnicas, bem como em sua reciclagem. Cerca de 20% 
dos produtos de plástico são descartados no intervalo de apenas um ano de uso. Encabecem 
essa lista o PP, PE, PVC e PS (poliestireno), a partir dos quais as embalagens são confeccionadas. 
Termogravimetria Derivada ( DTG)
Definição e princípios gerais 
A Termogravimetria Derivada (DTG) nada mais é que um arranjo matemático a partir 
do qual a derivada da variação da massa em função do tempo (dm/dt) é registrada em 
função da temperatura ou tempo. Em suma, a DTG é a derivada primeira da TGA, pon-
to a ponto. As termobalanças modernas, comercialmente disponíveis, possuem circuitos 
eletrônicos para obtenção automática da derivada, o que permite, em tempo real, a 
comparação direta entre as duas curvas, TGA e DTG.
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Interpretando Termogramas
Oxalato de Cálcio 
A partir da curva de DTG, observamos claramente as temperaturas correspondentes 
ao início e final de cada um dos três eventos térmicos,juntamente à temperatura na qual 
a velocidade da reação é máxima (representada pelos picos no termograma). Adicional-
mente, os picos agudos indicam claramente as reações sucessivas – o que, em alguns 
experimentos, não são passíveis de identificação via TGA.
Figura 7 – Curvas de TGA (em preto) e DTG (em vermelho) de CaC2O4.H2O com taxa de 
aquecimento de 5ºC/min até 1000°C, em atmosfera dinâmica de ar sintético (100 mL/min)
Fonte: DENARI, 2012, p. 15
Conhecendo-se as etapas de decomposição da amostra (item 2.6.1), cálculos 
relativos às perdas de água de hidratação (Evento Térmico 1), CO (Evento Tér-
mico 2) e CO2 (Evento Térmico 3), além da percentagem de resíduo, podem ser 
realizados. Partindo-se de uma massa molar aproximada de 146 g/mol para o 
CaC2O4.H2O, resultam os seguintes cálculos de perda de massa (%):
Evento Térmico 1 → Intervalo de temperatura: 96,8 – 186,4°C
CaC2O4.H2O(s) → CaC2O4(s) + H2O(v)
Perda = (H2O)/(CaC2O4.H2O)
Perda(%) = 18/146 = 12,3%
Evento Térmico 2 → Intervalo de temperatura: 380,4 – 491,9°C
CaC2O4(s) → CaCO3(s) + CO(g)
Perda = (CO)/(CaC2O4.H2O)
Perda(%) = 28/146 = 19,2%
Evento Térmico 3 → Intervalo de temperatura: 579,9 – 734,9°C
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Perda = (CO2)/(CaC2O4.H2O)
Perda(%) = 44/146 = 30,1%
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Resíduo (CaO): Intervalo de temperatura: 734,9°C 
(%) = 56/146 = 38,4%
Dados experimentais obtidos no Laboratório de Análise Térmica, Eletroanalítica e 
Química das Soluções (LATEQS) do Instituto de Química de São Carlos da Universidade 
de São Paulo (IQSC-USP), utilizando um módulo simultâneo TGA/DTG-DTA, modelo 
SDT Q600 da marca TA Instruments, revelam valores muitos próximos aos calculados 
teoricamente, com variações de percentagem de perda de massa inferiores a 2%.
As curvas de TGA/DTG representam parâmetros qualitativos e quantitativos. Pode-
mos dizer que, na pirólise do oxalato de cálcio monohidratado, a 500°C o carbonato 
de cálcio é estável, enquanto que a 900°C o cálcio existe apenas como óxido simples. 
As faixas de temperatura de cada uma das reações dependem das condições experi-
mentais, como razão de aquecimento e atmosfera do forno.
Bagaço de cana-de-açúcar
Gambarato (2012) realizou um estudo térmico interessante utilizando o bagaço da cana-
-de-açúcar para descontaminação de soluções contendo zinco. A curva termogravimétrica 
(TGA) obtida para o bagaço da cana-de-açúcar in natura e sua primeira derivada (DTG), ilus-
tradas na Figura 8, deixam claras as informações que podem ser obtidas por essas técnicas.
Figura 8 – Comportamento térmico do bagaço de cana-de-açúcar in natura: TGA/DTG
Fonte: GAMBARAT; SILVA; 2017 
19
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Quadro 1
Evento Térmico 1 → 
Intervalo de temperatura: 
até cerca de 100°C
Perda de água pelo material, fato inerente a todas as 
biomassas vegetais.
Evento Térmico 2 → 
Intervalo de temperatura: 
120 a 220°C
Perda de massa de 6,8%: associada à termodegradação dos ex-
trativos presentes no material, da hemicelulose e de compostos 
de baixa massa molar.
Evento Térmico 3 → 
Intervalo de temperatura: 
220 a 320°C
Perda de massa de 31,1%: resultado da degradação da hemice-
lulose e de parte da celulose do material.
Evento Térmico 4 → 
Intervalo de temperatura: 
320 a 380°C
Perda de massa de 31,8%: ocorre a degradação da fração 
mais resistente de celulose e da lignina. Complementarmen-
te observa-se, na curva de DTG, a temperatura onde ocorre a 
máxima degradação do material: 349°C. Nessa temperatura a 
velocidade de termodegradação é máxima.
Evento Térmico 5 → 
Intervalo de temperatura: 
a partir de 380°C
Perda de massa de 10,82%: degradação da fração final da ligni-
na, sendo obtido o carvão residual em 800°C.
Caracterização de Fármacos: Ácido Acetilsalicílico (Aspirina®)
A industria farmacêutica beneficia-se dos ensaios termogravimétricos na medida em 
que eles podem ser empregados tanto para estudo de matérias-primas quanto produtos 
acabados: avaliação da estabilidade térmica; perfil de decomposição; teor de umidade; 
grau de pureza; intervalo de fusão e compatibilidade entre o fármaco e o excipiente es-
tão entre as principais informações que podem ser obtidas.
A Figura 9 ilustra os resultados obtidos de TGA/DTG para controle da qualidade de 
uma amostra de Aspirina® (Bayer).
 
Figura 9 – Curvas de TGA/DTG da Aspirina® com razão de aquecimento de 10°C/min 
até 1000°C, com fluxo de ar sintético de 100 mL/min
Fonte: Adaptado de DENARI, 2012, p. 37
20
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Tabela 4 – Decomposição Térmica da Aspirina®
Evento Térmico Intervalo de temperatura (°C)
1 23,2 – 101,4
2 e 3 101,4 - 219,4 - 264,7
4 264,7 - 438,6
5 438,6 – 589,6
Resíduo 589,6
Fonte: Adaptado de DENARI, 2012, p. 36
Análise Térmica Diferencial ( DTA)
Definição e princípios gerais 
A Análise Térmica Diferencial (DTA) pode ser definida como:
A técnica que determina continuamente a diferença entre as temperaturas da 
amostra e de um material de referência termicamente inerte, à medida que ambos 
vão sendo aquecidos ou resfriados em um forno.
Na DTA, de acordo com Vogel (2002), a amostra e um material inerte de referência 
(normalmente α-alumina) são aquecidos ou resfriados segundo um protocolo usualmente 
linear em relação ao tempo. Se não há alteração química ou física da amostra, nenhuma 
diferença de temperatura entre a amostra e a referência será observada. Por outro lado, 
se uma reação ocorrer, uma diferença de temperatura, ΔT (entre a referência “Tr “ e a 
amostra “Ta”) será detectada, ou seja, ΔT = Tr – Ta.
A Figura 10 representa uma curva típica de DTA, onde graficou-se ΔT versus tempe-
ratura (ou tempo), dado que o aquecimento ou resfriamento são sempre feitos em ritmo 
linear (dT/dt = Constante).
1
2
Temperatura
Δ T
En
do
te
rm
a
Ex
ot
er
m
a
Figura 10 – Curva Idealizada de DTA. Pico 1: Exotérmico; Pico 2: Endotérmico
Fonte: Adaptado de VOGEL, 2002, p. 271
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Importante destacar que a forma e a área dos picos fornecem informações sobre a na-
tureza da amostra que está sendo analisada: picos endotérmicos agudos correspondem 
comumente a mudanças de cristalinidade ou a processos de fusão; picos endotérmicos 
largos referem-se a reações de desidratação. Mudanças físicas originam normalmente 
curvas endotérmicas, porém reações químicas, especialmente as de natureza oxidativa, 
geram curvas predominantemente exotérmicas.
Aplicações
A DTA é ferramenta poderosa e amplamente usada na investigação do compor-
tamento térmico e composição tanto de produtos manufaturados quanto os de ocor-
rência natural: caracterização de polímeros e blendas, comportamento térmico de 
compostos inorgânicos puros ou minerais como silicatos, ferritas, argilas, óxidos, ce-
râmicas e vidros. 
Entre as informações obtidas via DTA, destacam-se:
• Alívio de tensões;
• Catálises; 
• Capacidade calorífica;
• Condutividade térmica;
• Controle de qualidade;
• Pureza;
• Entalpia das transições;
• Estabilidade térmica e oxidativa;
• Grau de cristalinidade; 
• Intervalo de fusão.
Equipamento
O equipamento para DTA (Figura 11) constitui-se, basicamente, por um forno aque-
cido eletricamente (ritmo linear: dT/dt = Constante), contendo um suporte ou bloco 
dotado de duas cavidades (câmaras ou células), unidas por um termopar: em uma das 
câmaras coloca-se a amostra; na outra, o material termicamente inerte (referência).
Figura 11 – Aparelhagem de DTA Convencional
Fonte: Adaptado de VOGEL, 2002, p. 272
22
23
Fatores que afetam as análises de DTA
Os fatores que podem influenciar as medidas de DTA estão representados na Tabela 5, 
a seguir:
Tabela 5 – Fatores que afetam as análises de DTA
Fatores Instrumentais Fatores Inerentes À Amostra
Razão de aquecimento do forno Quantidade de amostra
Atmosfera do forno Tamanho das partículas
Geometria do forno Densidade de empacotamento
Geometria do porta-amostra Calor específico
Natureza da amostra
Condutividade térmica
InterpretandoTermogramas
Geração de Diagramas de Fase e Estudos de Transição de Fase 
A Figura 12 mostra o perfil de DTA para o enxofre.
Figura 12 – Termograma Diferencial para o Enxofre
Fonte: J.Chiu. Anal.Chem.,1963, 35, 933
Tabela 6
Temperatura Evento Térmico
113°C Mudança da fase sólida: forma rômbica para monoclínica
124°C Ponto de fusão
179°C Transições das formas líquidas do enxofre (3 formas)
446°C Ponto de ebulição
Determinação de pontos de fusão de fármacos
Amostras puras de cafeína e paracetamol foram analisadas via TGA/DTA sob as 
seguintes condições: massa das amostras em torno de 4 mg; atmosfera de ar com vazão 
de 30 mL/min; razão de aquecimento de 10°C/min até 300°C em cadinho de platina.
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Figura 13 – Curvas simultâneas de TGA (em vermelho) e DTA (em azul) da cafeína pura
Fonte: Adaptado de abq.org.br
O ponto de fusão da cafeína pura obtido da curva DTA foi 236,8°C.
Figura 14 – Curvas simultâneas de TGA (em vermelho) e DTA (em azul) do paracetamol puro
Fonte: Adaptado de abq.org.br
O ponto de fusão do paracetamol puro obtido da curva DTA foi 170,9°C.
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
Definição e princípios gerais 
A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) pode ser definida como: 
A técnica termoanalítica na qual são monitoradas as variações de energia (entalpia) 
da amostra em relação a um material de referência termicamente inerte, à medida 
que ambos são submetidos a uma programação controlada de temperatura.
A diferença básica entre as técnicas termoanalíticas DSC e DTA é que, a primeira, 
consiste em um método onde se medem as diferenças de energia (entalpia), enquanto 
na segunda são registradas diferenças em temperatura. O objetivo do desenvolvimento 
do DSC foi o de evitar ou compensar as dificuldades inerentes à DTA, quantificando a 
energia envolvida nas reações.
24
25
Aplicações
A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) apresenta muitas aplicações semelhan-
tes à Análise Térmica Diferencial (DTA), já listadas no item 4.2.
Método preferencial para análises térmicas quantitativas, a DSC pode ser usada para 
investigar sólidos compactos (granulados, componentes, moldes, etc.) assim como plás-
ticos, borrachas, resinas ou outros materiais orgânicos, cerâmicas, vidros, compósitos, 
metais, materiais de construção, pós como fármacos ou minerais, fibras, tecidos, amos-
tras líquidas ou viscosas como pastas, cremes ou gel.
Equipamento
O mercado dispõe de duas modalidades de equipamentos. Entretanto, embora for-
neçam informações diferentes, calibrações adequadas levam a resultados semelhantes:
Quadro 2
DSC por Compensação 
de Potência 
Possui um arranjo no qual referência e amostra são mantidos na 
mesma temperatura por meio de aquecedores elétricos individuais.
DSC por 
Fluxo de Calor 
O arranjo mais simples (Figura 16) traduz-se num sistema onde a 
amostra e a referência – cada uma em seus respectivos suportes – são 
colocadas sobre um disco termoelétrico, por onde ocorrem as trocas de 
calor entre o forno e os materiais (referência e amostra).
Figura 15 – Aparelhagem de DSC com fl uxo de calor
Fonte: VOGEL, 2002, p. 272
Fatores que afetam as análises de DSC
Os fatores que podem influenciar as medidas de DSC estão representados na Tabela 7, 
a seguir:
Tabela 7 – Fatores que afetam as análises de DSC
Fatores Instrumentais Fatores Inerentes à Amostra
Razão de aquecimento do forno Quantidade de amostra
Atmosfera do forno Forma da amostra: corpo único, pó, fibras, pasta, etc.
Tipo de cápsula Natureza da amostra
Material da cápsula Condutividade térmica
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UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Interpretando Termogramas
Garrafa PET (politereftalato de etileno)
O PET é um copolímero termoplástico, obtido por mecanismo de policondensação 
entre o etilenoglicol e o ácido tereftálico, na presença de catalisadores tipo óxidos 
metálicos ou sais, a 275°C, sob vácuo. Sua massa molar situa-se entre 15.000 e 20.000 
g/mol, sendo predominantemente amorfo. Muito utilizado no dia a dia, conhecer sua 
história térmica é importante para os processos de produção de peças e reciclagem.
Curva DSC de uma amostra de garrafa PET, disponível em: https://bit.ly/3koWqww
Observa-se que a temperatura de transição vítrea (Tg) para a amostra analisada é de 
79°C, enquanto que seu ponto de fusão equivale a 248°C. Sua cristalização ocorre em 
149,86°C.
Guaraná em Pó
O guaraná é uma das bebidas mais consumidas do mundo, não somente pelo seu sabor 
agradável, mas também devido às suas propriedades terapêuticas. Apresenta composição 
química rica em derivados de xantina, como a teofilina, a cafeína e a teobromina (Figura 16).
cafeína
R3
R1
R2
N
N
N
N
O
O
R1
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
H
H
R2 R3
teo�lina
teobromina
Figura 16 – Representação da estrutura Química Geral das Metilxantinas
A Figura no link abaixo ilustra a avaliação do perfil termoanalítico (via DSC, TG e 
DTG) de amostra de guaraná em pó, fornecida pelo Centro de Pesquisa Agroflorestal 
da Amazônia Ocidental da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA).
Perfil Termoanalítico de amostra de guaraná em pó: Curvas de DSC em Atmosfera Dinâmica de 
N2 (10°C/min) e TG/DTG em Atmosfera de Ar (50 mL/min), disponível em: https://bit.ly/3eSSgMa
Tabela 8
Temperatura DSC - Evento Térmico 
25 a 150°C ENDOTÉRMICO: Liberação de água (umidade)
150 a 250°C ENDOTÉRMICO: Início da decomposição térmica
A partir de 250°C EXOTÉRMICO: Final da decomposição térmica
26
27
A análise das curvas TG/DTG, obtidas em atmosfera de ar, revelam:
Quadro 3
Evento Térmico 1 →
Intervalo de 
temperatura: 25 a 150°C
Perda de massa de 9,5%: associada à perda de água 
superficial (umidade).
Evento Térmico 2 →
Intervalo de 
temperatura: 150 a 390°C
Perda de massa de 59,6%: relativa à decomposição térmica 
dos carbohidratos e demais compostos orgânicos (cafeína, 
teofilina, ácido málico, entre outros).
Evento Térmico 3 →
Intervalo de 
temperatura: 390 a 480°C
Perda de massa de 22,9%: ocorre a formação de 
material carbonáceo.
Evento Térmico 4 →
Intervalo de 
temperatura: 480 a 600°C
Perda de massa de 9,8%: queima do material carbonáceo da 
etapa anterior.
Evento Térmico 5 →
Intervalo de temperatura: 
a partir de 600°C
Teor de cinzas: corresponde aos sais minerais ou impurezas 
contidas na amostra.
27
UNIDADE Fundamentos e Aplicações de Métodos de Análise Térmica
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Interpretação de Curvas Calorimétricas (DSC)
https://youtu.be/RrAPoSLGSqo
 Leitura
Análise Termomecânica de Nanocompósito Polimérico de Resina Epóxi Reforçado com Nanotubos de Dióxido 
de Titânio
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em 
Engenharia Mecânica e Tecnologia de Materiais do Centro Federal de Educação 
Tecnológica Celso Suckow da Fonseca CEFET/RJ.
https://bit.ly/3nqJAjr
Determinação dos teores de umidade e cinzas de amostras comerciais de guaraná utilizando métodos 
convencionais e análise térmica
ARAÚJO. A. A. de S.; MERCURI. L. SEIXAS. P.; S. R. S.; STORPIRTIS. S.; 
MATOS. S., J. do R. Determinação dos teores de umidade e cinzas de amostras 
comerciais de guaraná utilizando métodos convencionais e análise térmica. 
Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas. vol. 42, n. 2, abr./jun., 2006.
https://bit.ly/2IxxZji
Caracterização de cálculos renais por análise térmica
BRANCO. C. H. D.; SILVA, A. L.; LUIZ J. M.; MERCURI L. P.; MATOS. J. R. 
Caracterização de cálculos renais por análise térmica. Eclet. Quim. vol. 34, n.,1 
São Paulo, 2009.0 On-line version ISSN 1678-4618 Eclet. Quím. vol.34 no.1 São 
Paulo  2009
https://bit.ly/38EJVuA
Análise térmica aplicada à cosmetologia
SILVA. E. C. da; PAOLA. M. V. R. V. de; MATOS, J. do R. Análise térmica 
aplicada à cosmetologia. Rev. Bras. Cienc. Farm. vol. 43, n. 3, São Paulo July/
Sept. 2007.
https://bit.ly/36xqKjR
Tratamento Organosolv Aplicadoao Bagaço de Cana-de-Açúcar para Utilização na Descontaminação de 
Soluções Contendo Zinco
GAMBARATO, B. C. Tratamento Organosolv Aplicado ao Bagaço de Cana-
de-Açúcar para Utilização na Descontaminação de Soluções Contendo Zinco. 
Centro Universitário de Volta Redonda – UniFOA Edição 33. Abril de 2017
https://bit.ly/3nmVHhu
49° Congresso Brasileiro de Química – Porto Alegre (RS), 2009
Estudo do comportamento térmico e analíse dos gases liberados por tg-dta-ms do 
ácido 2-metoxicinamalpirúvico.
https://bit.ly/2IAoUGB
28
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Referências
 BROWN, M. E. Introduction to Thermal Analysis: Techniques and Applications. 
London: Chapman and Hall, 1988.
 DENARI, G. B.; CAVALHEIRO, E. T. G. Princípios e aplicações de análise térmica.
Material de apoio teórico/prático. São Carlos: IQSC, 2012.
 EWING, G. W. Métodos instrumentais de análise química. São Paulo: Edgard 
Blücher, 1972. v.2.
GAMBARATO, B. C. Isolamento e caracterização de ligninas de palha de cana de 
açúcar. 106 f. Tese (Doutorado em Ciências). Universidade de São Paulo. 2014.
HAGE, D. S.; CARR, J. D.  Química analítica e análise quantitativa. São Paulo: 
Pearson, 2012. (e-book)
HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. (e-book)
IONASHIRO, M.; GIOLITO, I. Fundamentos da Termogravimetria, Análise Térmica Di-
ferencial e Calorimetria Exploratória Diferencial. 1. ed. São Paulo: Giz Editorial, 2004.
SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J. Princípios de análise instrumental. 5. ed. Porto 
Alegre: Bookman, 2002.
SKOOG, D. A. et al. Fundamentos de química analítica. 9. ed. São Paulo: Cengage 
Learning, 2014. (e-book)
 VOGEL, A. I. et al. Análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 
 WENDLANDT, W. W. Thermal Analysis. 3. ed. Toronto: John Wiley & Sons, 1986.
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