Aula-Técnicas Termoanalíticas-DSc e DTA-Larissa Kerollaine M G

Prévia do material em texto

Técnicas Termoanalíticas: DSC e 
DTA
DISCIPLINA: MTR-904 PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS 1
DISCENTE: LARISSA KEROLLAINE MAIA GOMES
PROFA. DRA. YEDA MEDEIROS BASTOS DE ALMEIDA
PPGMtr
128/04/2021
Sumário
⮚Definição- Análise Térmica (TA)
⮚DTA
⮚DSC
⮚Aplicação-Crystallization kinetics of a lithium zinc silicate 
glass studied by DTA and DSC
2
Análise Térmica (TA)
“Um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física de uma 
substância e/ou seus produtos de reação é medida como função da 
temperatura, enquanto a substância é submetida a um programa 
controlado de temperatura”
(Giolito ,1980)
Dada por: Mackenzie e Confederação Internacional de Análise Térmica e Calorimetria (ICTAC)-
http://www.ictac.org/ ,Associação Brasileira de Análise Térmica e Calorimetria(ABRATEC )-
http://www.abratec.com.br/
3
http://www.ictac.org/
http://www.abratec.com.br/
Análise Térmica (TA)
4
Fonte: Denari e Cavalheiro ,p 4,2012
Aplicações das Análises Térmicas (TA)
Aplicações
 Controle de qualidade de polímeros
 Caracterização de materiais
 Estudo de estabilidade térmica
 Determinação de água livre ou ligada
 Pureza
 Pontos de ebulição e fusão
 Cristalização
 Transição Vítrea
 Áreas
Química (e.g., catálise, polímeros), 
Eng.materiais, Metalurgia, Mineralogia, 
Geologia, Cerâmica, Agronomia, 
Tecnologia de alimentos, etc.
5
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
A análise térmica diferencial (DTA) é uma técnica térmica de medição contínua das temperaturas
da amostra (Ta) e de um material de referência (Tr) ,termicamente inerte, à medida que ambos
vão sendo aquecidos ou resfriados em um forno. Onde:
6
𝑑𝑇
𝑑𝑡
= cte
ΔT = Tr – Ta
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
Instrumentação 
7
Figura 1:Esquema de um equipamento genérico para análise térmica diferencial (DTA)
Fonte:Denari e Cavalheiro ,p 7,2012, Adaptado 
ΔT = (Tr – Ta)- função da temperatura
do forno ou do tempo
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
8
Grafico 1 - Curva típica de uma análise térmica diferencial (DTA )
Fonte:Fonte:Denari e Cavalheiro ,p 7,2012, Adaptado. 
Se a reação for 
exotérmica, a amostra irá 
liberar calor, ficando com 
temperatura maior que a 
referência.
Se a reação for 
endotérmica, a mostra ira 
receber calor, e a 
temperatura da amostra 
será menor que a 
referência
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
9
Fonte : Wendhausen et al, p26, 2002
2.1
Figura 2.2-Equipamentoquipamento DTA: Netzsch STA 449 F3
Fonte: Catálogo da Netzsch.
Análise Térmica Diferencial (DTA) 
10
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
Calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica na qual mede-se a diferença de 
energia (entalpias) fornecida à substância e a um material referência, em função da 
temperatura.
ΔT = Ta-Tr = 0.
 Calorimetria exploratória diferencial com compensação de potência 
 Calorimetria exploratória diferencial com fluxo de calor 
11
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
Instrumentação 
Ambos os equipamentos são como 
capazes de fornecer dados 
satisfatórios, com uma precisão da 
ordem de 1-2%. 
Os equipamentos de compensação 
de potência operam temperaturas 
ate 725 ºC.
Os equipamentos de fluxo de calor 
podem operar até 1500 ºC.
12
Figura 3:Esquema de um equipamento genérico para calorimetria exploratória diferencial 
(DSC: a) DSC com fluxo de calor e b) DSC com compensação de potência.
Fonte: Denari e Cavalheiro ,p 7,2012, Adaptado 
fluxo de calor dH/dt em mcal s-1 
como função da temperatura
Equipamento genérico DSC
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
DSC de fluxo de calor
As cápsulas são posicionadas em um disco termoelétrico que permite
a transferência de calor entre as duas substância.
Quando a amostra sofre uma transição endotérmica:
R A (Pico descendente)
Quando o evento é exotérmico: A R (Pico ascendente )
13
Figura 4: DSC com fluxo de calor
Fonte: Denari e Cavalheiro ,p 7,2012, Adaptado 
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
DSC de compensação de potência
A amostra e a referência são aquecidas individualmente em
compartimentos separados.
Um sistema de controle: 
-Aumenta imediatamente a energia fornecida para a amostra 
quando o processo é endotérmico (Pico ascendente ,Δ H>0)) 
-Aumenta a energia fornecida para a referência quando o 
processo é exotérmico. (Pico descendente)
14
Figura 5: DSC com compensação de potência
Fonte: Denari e Cavalheiro ,p 7,2012, Adaptado 
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
Os cadinhos utilizados em DSC são produzidos de materiais altamente condutores de calor, 
como platina, ouro, alumina ,grafite, dentre outros. 
15
Fonte : Wendhausen et al, p27, 2002
6
Vídeos dos equipamentos de DSC com fluxo de calor e DSC com compensação de potência:
Preparo de amostras/cadinhos para a análise 
de DSC
16
DSC com Fluxo de calor
17
DSC com compensação de potência
18
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
Estes padrões apresentam variação de entalpia conhecida, normalmente de fusão, e a área 
do pico deste processo é comparada com a área do processo apresentado pela amostra
19
Fonte: Bernal et al,2002.
Calorimetria Exploratória Diferencial 
(DSC)
20
Grafico 3:
Fonte: Bernal et al,2002.
Fatores que afetam as análises de DSC 
e DTA
Os principais fatores que afetam as curvas de DSC e DTA
21
Fatores instrumentais Características da Amostra 
Taxa de aquecimento Quantidade da amostra
Atmosfera do forno Tamanho das partículas
Tipo de cápsula , material da capsula Natureza da amostra 
Geometria do forno Condutividade Térmica
Capacidade calorífica
Tabela 2: Fatores que podem afetar as medidas da análise de DSC e DTA
Fonte: Autoria própria
Origem dos picos e alterações da linha 
base na DSC e DTA
22
As Transições De Primeira Ordem As Transições De Segunda Ordem :
Eventos endotérmicos Transição vítrea
Fusão , Dessorção, Reações de redução. Relaxações de tensões térmicas da cadeia 
polimérica.
Perda de massa da amostra (vaporização de 
água, aditivos ou produtos voláteis de reação ou 
de decomposição), 
Eventos exotérmicos
Cristalização, Reações de polimerização
Degradação oxidativa,
Adsorção
Tabela 3: Exemplos de transições de primeira e segunda ordem na análise de DSC
Fonte: Autoria própria
Principais eventos 
térmicos observados 
em DTA e DSC e sua 
forma característica.
De acordo com sua origem física ou 
química e sua natureza 
exotérmica ou endotérmica.
23Fonte: Bernal et al,2002.
4:
Comparação: DTA e DSC
DTA
 Análises qualitativas
 Equipamento mais robusto e porta 
amostra(cadinhos) mais baratos
 Faixa de operação: -190°C até 2800°C
DSC
 Mais sensível
 Análises quantitativa, mais precisa de 
calores de transição ( a partir das áreas dos 
picos), do cp
 Faixa de operação:-150°C até 725°C ( dsc
com compensação de calor)
24
Características das analises DSC e DTA (vantagens):
 Rapidez nas determinações. 
 Pouca massa de amostra 
 Amostra pode ser sólida ou líquida 
 Aplicável a processo de resfriamento e medidas sob alta pressão 
 Estudar diferentes tipos de reações químicas. 
Aplicações DSC 
e DTA
:
25
Fonte: Bernal et al,2002.
Tabela 5: Principais Aplicações das Técnicas Termoanalíticas Diferenciais 
Crystallization kinetics of a lithium zinc silicate 
glass studied by DTA and DSC
I.W. Donald
26
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.007
Cinética de cristalização de um vidro de silicato de lítio e zinco estudado por DTA e DSC
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.007
Abstract
The crystallization kinetics of a lithium zinc silicate glass have been determined using 
isothermal and non-isothermal DSC and non-isothermal DTA. Values for the kinetic 
parameters for as-quenched and nucleated samples are reported and discussed. Particular 
reference is given to the similarities and differences noted between isothermally and non-
isothermally derived data.
27
Crystallization kinetics of a lithium zinc silicate glass studied byDTA and DSC
28
Fig. 1 . (a) Curva de DSC representativo para vidro de silicato de lítio e zinco mostrando temperaturas de pico de 
cristalização. (b) Curva de DTA representativo para vidro de silicato de lítio e zinco mostrando as temperaturas inicial e 
final de fusão. Adaptado
Tg = +- 442°C (DSC e DTA)
Duas exotermas de cristalização
Li2ZnSiO4 e cristobalita
Temp. máxima de cristalização (Tx1 e Tx2)
+-655°C e 720°C DTA
+-652°C e 720°C DSC
Entalpias de Cristalização (∆H1 e ∆ H2)=
+-213 kJmol e 40 kJmol
Temperatura de fusão (Tem e Tliq)=
+-832°C e 951 °C
E
n
d
o
E
n
d
o
vidro LZS 
Crystallization kinetics of a lithium zinc 
silicate glass studied by DTA and DSC
Gráfico 2:Propriedades térmicas do vidro LZS.
29
∆ ∆
Referências Bibliográficas 
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. 
Apostilha Análises Térmicas- Trabalho de Paulo A. P. Wendhausen, Dr.-Ing. e Elaborado por 
Guilherme V. Rodrigues e Otávio Marchetto, Santa Catarina, 2002.
Bernal, C. et al: lINFLUÊNCIA DE ALGUNS PARÂMETROS EXPERIMENTAIS NOS RESULTADOS DE 
ANÁLISES CALORIMÉTRICAS DIFERENCIAIS – DSC, Quim. Nova, São Carlos – SP, Vol. 25, No. 5, 849-
855, Janeiro, 2002.
I.W. Donald:Crystallization kinetics of a lithium zinc silicate glass studied by DTA and DSC, Jornal de 
sólidos não cristalinos,Volumes 345-346 , 15 de outubro de 2004 , páginas 120-126.
https://www.youtube.com/watch?v=Tcwls9J0Svg
https://www.youtube.com/watch?v=XEne1diXf4A
https://www.youtube.com/watch?v=TBDxSp2SWi8&t=7s
https://www.youtube.com/watch?v=bF9PVR7ctcc&t=334s
30
https://www.youtube.com/watch?v=Tcwls9J0Svg
https://www.youtube.com/watch?v=XEne1diXf4A
https://www.youtube.com/watch?v=TBDxSp2SWi8&t=7s
../cap TA-dsc e dta.en.pt.pdf
Obrigada pela atenção!
31