Técnicas de Análise Térmica Aplicadas a Materiais de ... 2... · Sumário Parte 2 Conceitos...
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MinicursoMinicursoMinicursoMinicurso 2.2.2.2. TEMA: TEMA: TEMA: TEMA:
Técnicas analíticas Técnicas analíticas Técnicas analíticas Técnicas analíticas
instrumentais: instrumentais: instrumentais: instrumentais: Análise Análise Análise Análise
térmica térmica térmica térmica (TG e DSC)(TG e DSC)(TG e DSC)(TG e DSC)
Técnicas de Análise Térmica Aplicadas a
Materiais de Interesse Biotecnológico
ProfProfProfProfaaaa. Dr. Dr. Dr. Draaaa. Izabel . Izabel . Izabel . Izabel RiegelRiegelRiegelRiegel ----VidottiVidottiVidottiVidotti
DepartamentoDepartamentoDepartamentoDepartamento de Química de Química de Química de Química ---- UFPRUFPRUFPRUFPR
1
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Sumário
Parte 2
Conceitos Fundamentais
Parte 1
Análise Térmica:
abordagem geral
Parte 3
TG, DSC, STA, ITC
Parte 4
Estudo de Casos
2
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Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1
Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
3
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4
Parte Parte Parte Parte 1 1 1 1 ---- Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem geralgeralgeralgeral
Amostra ESTÍMULO
AmostraModificadafisicamente
Propriedades?
AmostraModificada
quimicamente
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Parte Parte Parte Parte 1 1 1 1 ---- Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem geralgeralgeralgeral
Análise térmica inclui um grupo de métodos através dos quais
as propriedades de uma substância, de uma mistura ou de um
meio reacional são determinadas em função do tempo ou da
temperatura, enquanto que a amostra é submetida a um
programa de temperatura controlado.
O programa pode ser de aquecimento ou resfriamento,
segundo incrementos de temperatura selecionados
(experimento dinâmico) ou, ao contrário, a amostra pode ser
mantida a uma determinada temperatura constante por um
certo tempo (experimento estático- isotérmico).
Adicionalmente, combinações desses experimentos podem ser
utilizados
DEFINIÇÃO
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Parte Parte Parte Parte 1 1 1 1 ---- Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem Análise Térmica: abordagem geralgeralgeralgeral
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6
Classificação das Técnicas Termoanalíticas
Propriedade Técnica Abreviatura usual
Massa Termogravimetria TG
Temperatura Análise térmica diferencial DTA
Entalpia Calorimetria exploratória diferencial DSC (µµµµ-DSC ou HS-DSC; TMDSC)
Dimensões Análise Termomecânica TMA
ProprMecânicas Análise Dinâmico Mecânica DMA
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PROPRIEDADES FISICAS DSC TMA TGA
Capacidade de Calor Específico •
Coeficiente de Expansão Linear •
Comportamento Viscoelastico •
TRANSFORMAÇÕES FISICAS
Calor de Fusão, Temperatura de Fusão e Cristalinidade • •
Comportamento de Fusão, Fração Liquida •
Pureza de Cristais (Matérias não polimerizados) • •
Evaporação, Sublimação e Desorção • •
Polimorfismo • •
Mesofase em Cristais Líquidos •
Transição Vítrea e Amolecimento • •
REAÇÕES QUÍMICAS
Decomposição Térmica, Pirolise, Despolimerização e Estabilidade Térmica • • •
Decomposição Oxidativa, Estabilidade Oxidativa • • •
Reações Químicas Semelhantes a Cura de Polimerização • •
Reações Cinéticas de Investigação e Previsíveis • •
Investigação da Segurança •
Análise de Decomposição (Ex. Misturas, Componentes Líquidos, Cinzas). • •
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Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
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CRITÉRIOS?
-Faixa de temperatura
-Tempo de análise (função da taxa de aquec/resfriam)
- Massa requerida
- Propriedade a ser monitorada
- Estabilidade térmica da amostra
- Possíveis reações indesejadas
- Porta-amostra inerte
- Atmosfera ambiente – N2, ar sintético, etc.
- Procedimento segundo normas
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Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
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PRÓS
CONTRAS
- massa reduzida (mg)- medidas quantitativas- aplicável a sólidossemi-sólidos e líquidos-fácil operação- ampla faixa de T- tempo de análise
- seleção amostra representativa
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AMOSTRAS
Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
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orgânicas
inorgânicas
híbridas
compósitas
misturas
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ÁREAS
Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
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materiais
agrícola
fármacêutica
alimentos
biomédica
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Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
membranas
carboidratos proteínas
PurezaConformaçãoDegradação
CinéticaInterações intermoleculares
AgregaçãoTransições de fases
Calores de hidratação, solubilização, etc.Tempo de prateleira
Controle de qualidade
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Parte 1 Parte 1 Parte 1 Parte 1 ---- Análise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geralAnálise Térmica: abordagem geral
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CURVAS TÍPICAS
Quim. Nova, Vol. 25, No. 5, 849-855, 2002
TG DSC
TMA DMA
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2
Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
Algumas Definições Termodinâmicas
Corresponde à energia trocada pelo sistema, sobforma de calor, a pressão constante. (Propriedadederivada da Primeira Lei).
PQH =∆
ENTALPIA
Unidades: J/mol; J/g; etc
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
16
Corresponde à quantidade de calor absorvida por umsistema não reativo por grau de incremento de temperatura.
P
PT
Hc
∂∂
CALOR ESPECÍFICO
Unidades: J/mol.K; J/g.K, etc
Unidade: energia/mol.grau
∫=∆ dTncH P
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
17Atkins, Physical Chemistry, 8ª Ed.
Diagramas de Fases
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
18Atkins, Physical Chemistry, 8ª Ed.
Estabilidade de sistemas?
∆∆∆∆G=∆∆∆∆H- T∆∆∆∆S
Termo entálpico
Termo entrópico
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
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Parte 2 Parte 2 Parte 2 Parte 2 ---- Conceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos FundamentaisConceitos Fundamentais
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Equação de Arrhenius: k emfunção de T