Minicurso 2. TEMA: Técnicas analíticas instrumentais: Análise térmica (TG e DSC)

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1 Minicurso 2. TEMA: Técnicas analíticas instrumentais: Análise térmica (TG e DSC) Técnicas de Análise Térmica Aplicadas a Materiais de Interesse Biotecnológico Prof a. Dr a. Izabel Riegel -Vidotti Departamento de Química - UFPR 1

2 Sumário Parte 1 Parte 2 Análise Térmica: abordagem geral Conceitos Fundamentais Parte 3 Parte 4 TG, DSC, STA, ITC Estudo de Casos 2

3 Parte 1 Análise Térmica: abordagem geral 3

4 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral Amostra ESTÍMULO Amostra Modificada fisicamente Amostra Modificada quimicamente Propriedades? 4

5 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral DEFINIÇÃO Análise térmica inclui um grupo de métodos através dos quais as propriedadesde 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 temperaturacontrolado. 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 5

6 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral Classificação das Técnicas Termoanalíticas Propriedade Técnica Abreviatura usual Massa Termogravimetria TG Temperatura Análise térmica diferencial DTA Entalpia Calorimetria exploratória diferencial DSC (µ-dsc ou HS-DSC; TMDSC) Dimensões Análise Termomecânica TMA Propr Mecânicas Análise Dinâmico Mecânica DMA 6 6

7 PROPRIEDADES FISICAS Capacidade de Calor Específico DSC TMA TGA 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). 7

8 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral 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 N 2, ar sintético, etc. - Procedimento segundo normas 8

9 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral PRÓS CONTRAS -tempo de análise - seleção amostra representativa - massa reduzida (mg) - medidas quantitativas - aplicável a sólidos semi-sólidos e líquidos -fácil operação -ampla faixa de T 9

10 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral orgânicas misturas híbridas AMOSTRAS inorgânicas compósitas 10

11 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral materiais biomédica fármacêutica ÁREAS agrícola alimentos 11

12 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral Pureza Conformação carboidratos Degradação proteínas Cinética Interações intermoleculares Agregação Transições de fases Calores de hidratação, solubilização, etc. Tempo de prateleira Controle de qualidade membranas

13 Parte 1 - Análise Térmica: abordagem geral CURVAS TÍPICAS TG DSC TMA DMA 13 Quim. Nova, Vol. 25, No. 5, , 2002

14 Parte 2 Conceitos Fundamentais 14

15 Parte 2 - Conceitos Fundamentais Algumas Definições Termodinâmicas ENTALPIA H =Q P Unidades: J/mol; J/g; etc Corresponde à energia trocada pelo sistema, sob forma de calor, a pressão constante. (Propriedade derivada da Primeira Lei).

16 Parte 2 - Conceitos Fundamentais CALOR ESPECÍFICO Unidade: energia/mol.grau c P H T P H = nc P dt Unidades: J/mol.K; J/g.K, etc Corresponde à quantidade de calor absorvida por um sistema não reativo por grau de incremento de temperatura. 16

17 Parte 2 - Conceitos Fundamentais Diagramas de Fases Atkins, Physical Chemistry, 8ª Ed. 17

18 Parte 2 - Conceitos Fundamentais Estabilidade de sistemas? Termo entrópico G= H-T S Termo entálpico Atkins, Physical Chemistry, 8ª Ed. 18

19 Parte 2 - Conceitos Fundamentais 19

20 Parte 2 - Conceitos Fundamentais Equação de Arrhenius: k em funçãodet 20