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Análises Térmicas

10/01/2015

Introdução

microbalanca-termicaA definição usualmente aceita para análise térmica foi originalmente proposta pelo Comitê de Nomenclatura da Confederação Internacional de Análises Térmicas (ICTA) sendo, subsequentemente, adotada tanto pela União Internacional de Química Pura e  Aplicada (IUPAC) quanto pela Sociedade Americana de Testes de Materiais (ASTM). Análise Térmica é um termo que abrange um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é monitorada em função do tempo ou temperatura, enquanto a temperatura da amostra, sob uma atmosfera específica, é submetida a uma programação controlada. As análises térmicas certas conotações que podem levar a interpretações errôneas. Restringir a análise térmica a uma análise química ou de composição seria, por sua vez, limitá-la demasiadamente. Desta forma a análise térmica tem seu campo de atuação voltado ao estudo de: processos como catálises e corrosões, propriedades térmicas e mecânicas como expansão térmica e amolecimento, diagramas de fase e transformações.

Análise Termogravimétrica (TG)

Histórico

Os componentes básicos da TG existem a milhares de anos. Sepulturas e tumbas no antigo Egito (2500 A.C) tem em suas paredes representações esculpidas e pintadas tanto da balança quanto do fogo. Entretanto, centenas de anos se passaram antes que estes fossem ligados em um processo, sendo então utilizados no estudo do refinamento do ouro durante o século XIV. O desenvolvimento da TG moderna foi impulsionado pela determinação do raio de estabilidade de vários precipitados utilizados na análise química gravimétrica. Este aspecto alcançou seu apogeu sob Duval (1963), quem estudou mais de mil destes precipitados e desenvolveu um método analítico automatizado baseado na TG.

Honda (1915) levou a posterior fundação da moderna TG quando, utilizando uma “termobalança”, conclui suas investigações em MnSO4.H2O, CaCO3, e CrO3 com uma declaração modesta, “Todos os resultados dados não são inteiramente originais; a presente investigação com a termobalança tem, entretanto, revelado a exata posição da mudança da estrutura e também da velocidade das mudanças nas respectivas temperaturas”. Outras termobalanças, até mesmo mais antigas, foram construídas por Nernst e Riesenfeld (1903), Brill (1905), Truchot (1907), e Urbain e Boulanger (1912). O primeiro instrumento comercial em 1945 foi baseado no trabalho de Chevenard e outros.

A maioria das termobalanças, exceto a desenvolvida por Chevenard, foram desenvolvidas por investigadores individuais. O derivatógrafo, desenvolvido por Erdey e outros (1956), introduziu a medição simultânea da TG/DTA. Garn (1962) adaptou com sucesso a balança gravadora Ainsworth para a TG até 1600ºC em várias atmosferas controladas. Similarmente, uma balança Sartorius foi modificada para TG incluindo mudanças automáticas de peso. O advento da balança automática moderna começou com a introdução da eletrobalança por Cahn e Schultz (1963). Esta balança tem uma sensibilidade de 0,1 μg e a precisão de 1 parte em 105de mudança de massa.

Definição

Termogravimetria é a técnica na qual a mudança da massa de uma substância é medida em função da temperatura enquanto esta é submetida a uma programação controlada. O termo Análise Termogravimétrica (TGA) é comumente empregado, particularmente em polímeros, no lugar de TG por ser seu precedente histórico e para minimizar a confusão verbal com Tg, a abreviação da temperatura de transição vítrea. Problemas adicionais podem ocorrer em pesquisas computadorizadas, já que ambas abreviaturas são aceitas pela IUPAC.

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Aplicações da TG

Dentre as inúmeras aplicações existentes da termogravimetria destacam-se:

  • Calcinação e torrefação de minerais;
  • Corrosão de materiais em várias atmosferas;
  • Curvas de adsorção e desadsorção;
  • Decomposição de materiais explosivos;
  • Degradação térmica oxidativa de substâncias poliméricas;
  • Desenvolvimento de processos gravimétricos analíticos (peso constante);
  • Decomposição térmica ou pirólise de materiais orgânicos, inorgânicos e biológicos;
  • Destilação e evaporação de líquidos;
  • Determinação da pressão de vapor e entalpia de vaporização de aditivos voláteis;
  • Determinação da umidade, volatilidade, e composição de cinzas;
  • Estudo da cinética das reações envolvendo espécies voláteis;
  • Estudo da desidratação e da higroscopicidade;
  • Identificação de polímeros novos, conhecidos e intermediários;
  • Propriedades magnéticas como temperatura Curie, suscetibilidade magnética;
  • Reações no estado sólido que liberam produtos voláteis;
  • Taxas de evaporação e sublimação.

Equipamento

O equipamento utilizado na análise termogravimétrica é basicamente constituído por uma microbalança, um forno, termopares e um sistema de fluxo de gás. Em um laboratório químico industrial onde as análises são feitas em pequena escala os equipamentos citados acima podem ser substituídos por: uma balança (25Kg), uma mufla e uma capela.

Fatores que afetam as curvas de TG

Fatores Instrumentais

  • Razão de aquecimento;
  • Velocidade do registro;
  • Atmosfera do forno;
  • Natureza da geometria do suporte da amostra;
  • Impulsão do ar e correntes de convecção.

Fatores ligados a amostra

  • Tamanho das partículas da amostra;
  • Calor de reação;
  • Quantidade, empacotamento e termocondutividade da amostra.

As curvas DTG aperfeiçoam a resolução e são mais facilmente comparadas a outras medidas. Entretanto, a diferenciação é um grande amplificador; sendo, muitas vezes, aplainadapelo software para gerar um gráfico da derivada. Tais curvas são também de interesse do estudo da cinética das reações, uma vez que ela apresenta a taxa efetiva da reação. A estequiometria, todavia, é mais legível na representação original.

Evandro Trindade

Administrador do Quimicando, formado em Técnico em Química e esta cursando Analise e Desenvolvimento de Sistemas, um grande admirador por analises químicas e métodos analíticos, hoje também por programação, design e desenvolvimento web.

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