Índice
Fases da caraterização de materiais
Densidade, dureza, capacidade térmica ou condutividade
Estado agregado
Uma fase é geralmente uma composição homogénea no material. O termo fase pode referir-se ao
Determina as transições de fase
Para saber em que fase um material se encontra atualmente e, por conseguinte, quando é que os parâmetros se aplicam, é particularmente importante conhecer e determinar as transições de fase de um material. Estas ocorrem normalmente quando é atingida uma determinada temperatura ou nível de energia ou sob a influência de pressão ou reacções químicas.
Que transições de fase existem?
Como existem diferentes definições de fases (estado agregado, estrutura cristalina, modificação, etc.), também existem diferentes transições de fase. No caso mais simples, uma transição de fase descreve a mudança pura de um estado agregado, por exemplo, de sólido para líquido.
As transições de fase são normalmente classificadas de acordo com a chamada classificação de Ehrenfest, segundo Paul Ehrenfest.
As variáveis termodinâmicas volume, entalpia ou entropia são normalmente consideradas como uma função da temperatura.
As transições de fase são então classificadas nas chamadas ordens, em que a n-ésima ordem da função da variável em consideração tem uma descontinuidade na n-ésima derivada em relação à temperatura. A função em si e a n-ésima derivada são contínuas. Na prática, apenas é feita uma distinção entre transições de fase de 1ª e 2ª ordem.
Exemplos de transições de fase de 1ª ordem são
- Conversões entre os estados de agregação sólido, líquido e gasoso, nomeadamente
- Fusão (transição do sólido para o líquido)
- Vaporização (transição de líquido para gás)
- Sublimação (transição de sólido para gasoso)
- Solidificação ou congelação (transição do líquido para o sólido)
- Condensação (transição de gasoso para líquido)
- Ressublimação (transição de gasoso para sólido)
Exemplos de transições de fase de 2ª ordem são
- Mudança entre o comportamento ferromagnético e paramagnético à temperatura crítica ou de Curie
- Mudança entre diferentes ordens magnéticas, por exemplo, de uma estrutura magnética comensurável para uma incomensurável
- Alteração entre o comportamento ferroelétrico e dielétrico
- Transição para a supercondutividade
Como é que posso medir as transições de fase?
As transições de fase são normalmente analisadas em análise térmica utilizando um calorímetro diferencial de varrimento DDK (Differential Scanning Calorimeter – DSC).
Se uma substância apresentar uma transição de fase no intervalo de temperatura medido durante a medição com DSC, por exemplo devido a uma alteração no estado agregado ou na estrutura cristalina, esta pode ser facilmente detectada com DSC. A maioria das transições de fase é acompanhada pela absorção (endotérmica) ou libertação (exotérmica) de energia, que pode ser detectada como uma alteração do fluxo de calor.
O DSC mede estas alterações de temperatura utilizando um ou mais termopares que estão em contacto com o suporte da amostra, comparando assim a temperatura exacta da amostra com a temperatura ambiente e com uma amostra de referência. O fluxo de calor exato da amostra num determinado momento pode então ser lido a partir da diferença entre a referência e a amostra. No caso de uma diferença no fluxo de calor entre a amostra e a referência, o sinal da diferença indica se está presente um processo endotérmico ou exotérmico.
A posição do efeito que ocorre quando é traçado contra a temperatura também indica muito precisamente quando ocorre. Quanto mais precisa for a medição da temperatura exacta da amostra, melhor será a resolução e a sensibilidade do DSC.
No caso de transições de fase, especialmente transições de fase de segunda ordem, a velocidade de aquecimento é muito importante para a deteção da transição. Se a taxa de aquecimento for demasiado lenta, os efeitos são frequentemente pouco detectáveis, uma vez que a diferença de energia entre a amostra e a referência é compensada pelo forno ou aquecedor. Se a taxa de aquecimento for demasiado rápida, o efeito torna-se mais visível, mas também é deslocado para temperaturas mais elevadas.
