1 / 52

Sérgio Pezzin

Análise Térmica. Sérgio Pezzin. Análise Térmica. Grupo de técnicas nas quais uma propriedade física é medida como função da temperatura, enquanto a substância (e ou seus produtos de reação) é submetida a um programa controlado de temperatura. Classificação das Técnicas Termoanalíticas.

fergal
Download Presentation

Sérgio Pezzin

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Análise Térmica Sérgio Pezzin

  2. Análise Térmica • Grupo de técnicas nas quais uma propriedade física é medida como função da temperatura, enquanto a substância (e ou seus produtos de reação) é submetida a um programa controlado de temperatura.

  3. Classificação das Técnicas Termoanalíticas Existe mais de 10 técnicas

  4. Nomenclatura • Utilizar os termoscurva térmica diferencialoucurva DTA, curva termogravimétricaoucurva TGecurva termogravimétrica derivadaoucurva DTG. • Diferencial deve ser a forma adjetiva de diferença; o termo derivada deve ser utilizado para indicar a derivada primeira de qualquer curva. • Está em desuso outros termos que tem aparecido na literatura, tais como: termografia, termoanálise, análise, curva de análise termogravimétrica, termograma, curva termogravimétrica diferencial, termograma diferencial, termograma derivado, termograma gravimétrico, etc.

  5. Analisador térmico simultâneo (TG/DTA/DSC)

  6. Termogravimetria – TG Termogravimetria Derivada - DTG Sérgio Pezzin

  7. Termogravimetria (TG) • Técnica na qual a massa de uma substância é medida em função da temperatura, enquanto a substância é submetida a uma programação controlada de temperatura.

  8. Isotérmico ou estático Modos de aplicação: • Quase-estático • Dinâmico Massa (g/%) dm/dt ou dm/dt Temperatura ou tempo Temperatura ou tempo Princípio Monitoramento da massa em função da temperatura Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  9. Utilização:em todos os estudos onde há variação de massa Mudanças físicas Mudanças químicas Sublimação Vaporização Absorção Desorção Adsorção sólido  gás sólido 1 gás + sólido2 gás + sólido 1 sólido2 sólido 1 + sólido2 gás + sólido3 Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  10. TG:Curva termogravimétrica Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  11. TG:Determinação da temperatura de início de perda de massa (Tonset) Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  12. Polímeros A e B: pode-se concluir que o polímero A é mais estável termicamente que o polímero B, pois sua Tonset (temperatura de início de degradação) é maior. Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  13. Blendas poliméricas Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  14. Blendas possuem dois estágios de perda de massa: Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  15. Determinação da porcentagem de perda de massa • Blenda PHB/PCL - 20/80 sem degradação e após 64 dias de biodegradação em solo. Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  16. Determinação da temperatura máxima dedegradação (Tpico) Perda de Massa (%) Temperatura (ºC)

  17. CaC2O4.H2O CaC2O4 CaCO3 dm/dt (g/min) Masssa (%) CaO Exemplo:decomposição do CaC2O4.H2O Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  18. Características que um analisador termogravimétrico deve apresentar: • Capacidade de monitorar a massa em função do tempo e da temperatura. • Faixa de operação: temperatura ambiente a 1000oC, 1600oC, ou 2400oC. • Exatidão para massa: 0,01%. • Exatidão para temperatura: 1%. • Radiação, convecção e efeitos magnéticos do forno não devem alterar a exatidão da balança. • Posição do porta-amostra no forno deve ser sempre a mesma. • O forno deve permitir que as análises possam ser realizadas em diferentes atmosferas. • O sistema da balança deve ser protegido do calor do forno. Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  19. Faixa de temperatura de operação do forno Depende dos materiais utilizados na sua construção. Resistências material temperatura limite (oC) Ni-Cr 1100 Kanthal (Al-Cr-Fe-Co) 1350 platina 1400 Kanthal super (MoSi2) 1700 ródio 1800 tungstênio 2800 Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  20. Configurações possíveis para o forno Horizontal Vertical Felisberti, i. Apostila. IQ/UNICAMP

  21. Requisitos: • Precisão e exatidão • Sensibilidade (~ 0,01 mg) • Resistência à corrosão • Estabilidade mecânica e eletrônica frente à mudanças de temperatura • Resposta rápida a mudanças de massa Termobalança Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  22. Porta amostra • Materiais usados: • Alumina • Platina • Platina-10% ródio • Alumínio • Quartzo • Vidro • Níquel • Tungstênio • Escolha do porta amostra depende: • Natureza e quantidade de amostra • Reatividade da amostra • Temperatura máxima a ser atingida Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  23. Termopar Consiste de dois metais ou ligas metálicas diferentes soldados em um único ponto denominado junção. • Tipos de termopares: • Termopares a base de metais • Termopares a base de metais de transição • baratos • devem ser descartados quando contaminados ou desgaste • resposta linear com a temperatura • faixa de trabalho: até 1000oC • Exemplo: cromo/alumínio (1100oC em atmosfera inerte) • mais caros • menor sensibilidade • resposta não linear • exemplos: platina/platina-rodio (1600oC) • tungstênio/tungstênio-rênio (2500oC) Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  24. Localização • O termopar não pode interferir no mecanismo da balança. Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  25. Curva ideal massa Curva real massa dm/dT temperatura Fatores que interferem na análise termogravimétrica • 1. Fatores Instrumentais • taxa de aquecimento • atmosfera • geometria do forno e porta-amostra • 2. Características da Amostra • quantidade • solubilidade dos gases na amostra • tamanho de partícula • natureza da amostra • condutividade térmica Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  26. v1 < v2 v1 < v2 v1 massa massa v1 v2 v2 temperatura temperatura Efeito da taxa de aquecimento Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  27. CuSO4 . 5 H2O 20 oC/min Massa % Temperatura (oC) CuSO4 . 5 H2O Alta resolução Massa % Temperatura (oC) Termogravimetria de alta resolução Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  28. CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g) CO2 ar Vácuo: 2 x10-5 atm --- O2 seco — N2 seco Efeito da atmosfera no forno CaC2O4.H2O (s)  CaC2O4 (s) + H20 (g) CaC2O4 (s)  CaCO3 (s) + CO (g) CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g) Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  29. 153,8 mg / N2 Mn(CH3COO)2 . 4 H2O Mn(CH3COO)2 Fração de massa restante 102,6 mg / ar MnO Temperatura (oC) 150 oC/h Efeito do porta amostra Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  30. 126 mg 250 mg Massa 500 mg Efeito da massa da amostra CuSO4 . 5 H2 O CaC2O4.H2O — 0,426 mg ---18,00 mg Massa (%) CuSO4 . 3 H2 O Temperatura (oC) Temperatura (oC) 13 oC/min atmosfera estática de ar 300 oC/h atmosfera estática de ar Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  31. filme Massa Pó compactado Pó fino Temperatura Efeito da forma da amostra Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  32. Efeito da natureza da transformação Processo endotérmico ou exotérmico CaC2O4.H2O (s)  CaC2O4 (s) + H20 (g) CaC2O4 (s)  CaCO3 (s) + CO (g) CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2(g) 300 oC/h N2 a 400 ml/min 15 oC/min N2 Processo endotérmico ar massa Temperatura (oC) Processo exotérmico Temperatura da amostra (oC) Tempo (h) Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  33. Heterogeneidade da amostra Solução:Termogravimetria com amostras reais Balança de Cahn Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  34. Amostras e porta-amostras....... Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  35. Aplicações • Decomposição térmica de substâncias inorgânicas, orgânicas e poliméricas. • Corrosão de metais em diferentes atmosferas a elevadas temperaturas. • Reações no estado sólido. • Calcinação de minerais. • Destilação e evaporação de líquidos. • Pirólise de carvão, petróleo e madeira. • Determinação de umidade, voláteis e cinzas. • Cinética de reação e de processos físicos. • Desidratação. • Degradação termo-oxidativa de polímeros. • etc.. Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  36. óleo polímero Negro de fumo N2 cinzas ar Temperatura (o C) Análise de Composicão Norma ASTM E 1131-93 Objetivo: Determinação de umidade, teor de matéria de alta, média e baixa volatibilidade e teor de cinzas Massa (mg) Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  37. CaC2O4 . D2 O CaC2O4 . H2 O ganho massa dm/dT perda aquecimento resfriamento aquecimento resfriamento T (o C) T (o C) Análise de compostos inorgânicos, minerais e cerâmicas Desidratação e hidratação de oxalato de cálcio Atmosfera: vapor d’agua Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  38. Desidratação e redução de Fe2O3.H2O em atmosfera de H2 Determinação de carbono e titânio em TiC Massa (%) T (o C)  dm/dT TiC (sólido)  TiCl3 (gás) Cl2 T (o C) Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  39. Hectorita (6,3 de perda de massa) Caolita (8,9% de perda de massa) Massa (%) Caolita pura (12,4% de perda de massa) Hectorita pura (20,6 % de perda de massa) O2 Resfriamento (T < 100o C) NiS2  NiO  Ni T (o C) H2 aquecimento Massa (%) Resfriamento T (o C) Análise de argilas Curvas termogravimétricas: mistura caolita-hectorita. Atmosfera inerte Determinação do teor de enxofre em NiS2 Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  40. Substância Atmosfera O2 (%) Temperatura (o C) CrVO4 H2 - Ar 9,5 515-630 Cr2O5 H2 - Ar 17,4 340-430 Fe2O3 H2 - Ar 27,7 320-520 SrCrO3 H2 - Ar 8,3 375-750 Determinação de Oxigênio em diversos compostos Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  41. Massa (mg) Temperatura (o C) Massa (mg) Temperatura (o C) Análise de Polímeros Estabilidade Térmica de Polímeros 50C/min atmosfera: N2 Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  42. P(S-co-MS) aléatório P(S-co-MS) bloco P-MS Massa (%) Massa (%) PS Poli(etileno-co-acetato de vinila) Temperatura (o C) Temperatura (o C) Composição de Copolímeros Poli(etileno-co-acetato de vinila) Poli(estireno-co- -metilestireno) 100C/min atmosfera: N2 6 0C/min 2 mmHg Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  43. % EPDM %m hpico DTG 0 8,5 - 20 26,3 2,20 50 48,8 1,30 80 63,3 0,78 100 84,7 - Massa (%) dm/dT Temperatura (o C) Temperatura (o C) Determinação da composição de blendas 100C/min atmosfera: N2 Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  44. Cura a: 140 oC 160 oC Massa (%) 180 oC 200 oC 220 oC 240 oC 260 oC Tempo (min) Cura após 2 min (%) Temperatura de Cura(o C) Cura de termofixos Temperatura ótima de cura Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  45. Massa (%) Massa (%) Tempo (min) Temperatura (o C) Determinação do tempo de indução para oxidação Determinação de carga Resina de poliéster com carga de fibra de vidro ganho perda Polietileno Atmosfera: ar Temperatura: 220o C ( ) sem antioxidante ; () com antioxidante 800C/min atmosfera:ar Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  46. Análise termogravimétrica acoplada a outras técnicas TG IV 315 oC absorbância Massa % benzeno T (oC) cm-1 370 oC EGA HCl absorbância Absorbância Total t (min) cm-1 mg/min 515 oC hidrocarbonetos t (s) absorbância mg/ oC T (oC) cm-1 Degradação do PVC Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  47. Cura e decomposição de resina fenólica cura decomposição Íons positivos Massa % Abundância relativa T (oC) Íons negativos Abundância relativa Felisberti, I. Apostila. IQ/UNICAMP

  48. Aplicações de TG Identificação de polímeros Estabilidade térmica de polímeros naturais e sintéticos Análises de compósitos de matriz polimérica Cinética e mecanismo de reações de sólidos orgânicos com gases Determinação de solventes residuais

  49. Oxidação de SWCNT C+O2=CO2 Oxidação de carbono amorfo Oxidação do catalisador http://www.msel.nist.gov/Nanotube2/

  50. TGA+Spectroscopy/Chromatography Combination Gases, vapors TGA IR or MS or GC

More Related