Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease affecting the upper and lower motor neurons causing muscle atrophy and paralysis followed by death. Aggregates containing superoxide dismutase (SOD1) are found as pathological hallmark in diseased ALS patients. Consequently ALS is regarded as a protein misfolding disorder like Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. So far, little is known about the cause and mechanism behind SOD1 aggregation but the inherent property of all polypeptide chains to form stable aggregated structures indicates that the protein misfolding diseases share a common mechanism. Our results show that SOD1 aggregation starts from the globally unfolded state, since fibrillation is fastest at full occupancy of denatured protein induced either by chemical denaturation or mutation. Even so, the fibrillation rate shows a surprisingly weak dependence on the concentration of globally unfolded SOD1 indicating fibril fragmentation as the dominant mechanism for aggregate formation. This is further supported by the observation that the SOD1 sample has to be mechanically agitated for fibrillation to occur.  Interestingly, we observe a similar SOD1 aggregation behaviour in vivo, where the survival times of ALS transgenic mice correlates with mutant stability, and aggregate growth depends weekly on the concentration of unfolded monomer. Additionally, in-cell NMR measurements reveal that in live cells the thermodynamic equilibrium is shifted towards the unfolded state of SOD1, which is also more fully extended than in vitro. This suggests that the globally unfolded aggregation competent protein is more abundant in the crowded environment in vivo than dilute in vitro conditions. Finally, antibody analysis of aggregates from ALS transgenic mice reveals the existence of aggregate strains involving different parts of the protein depending on mutation, which may offer an explanation for the various disease phenotypes observed in ALS. Altogether these findings provide important clues for understanding SOD1 aggregation with implications for ALS, as well as other protein misfolding diseases.

The aim of this thesis was to prepare monoamide of macrocycle H3NOTA, which was prepared by multiple step synthesis. Ligand was characterized by NMR, MS and X-ray difraction analysis. Acid-base properties were studied by potentiometric titrations. Four protonation constants pKa`s were found and these protonation constants are lower than pKa`s of H3NOTA. Coordination properties with selected metal ions from the first row of transition metal, metal ions of biological interest and with lithium ions were investigated by potentiometric titration. Stability constants show that monoethylamide derivative of macrocycle H3NOTA forms complexes with lower stability than diethylamide derivative of macrocycle H3NOTA. Stability constants for complexes which contains amide group are lower than for H3NOTA complexes. Kinetics of Ga3+ complexation was investigated at different pH by 71 Ga NMR. The rate constants of and half-lives of complexation were determined at pH = 1. The rate constant was higher and the half-life of complexation was shorter than for H3NOTA ligand. Key words: macrocyclic complexes, thermodynamic stability, formation kinetics, radiopharmaceutical

The aim of this work was to synthesize and study acid-base and coordination properties of ligands bearing a neutral or negative charge on their pendant arms. Acid-base properties of two ligands and thermodynamic stability of their complexes with gallium, copper, and zinc ions were studied using potentiometry, UV-Vis and NMR. Solid state structure of one of the ligands and its complex with copper ion was studied using RTG structural analysis. Structure of complexes in solution was studied using methods of computational chemistry.

Certos ambientes subterrâneos da Terra possuem acumulados, naturalmente, compostos de radionuclídeos de longa vida, como 238U, 232Th 40K, próximo à presença de água líquida. O mesmo é esperado que aconteça em corpos planetários, no Sistema Solar, que possua quantidades apreciáveis de água. Nestes ambientes radioativos naturais, a radiólise da água produz espécies químicas e desequilíbrios químicos importantes para a vida. Apesar da proposta do decaimento radioativo como fonte alternativa de energia para sistemas vivos existir há mais de trinta anos, isto se mostrou realmente concreto após descoberta de um ecossistema peculiar cuja sobrevivência é dependente de espécies químicas produzidas por radiólise aquosa. Neste trabalho, avaliamos e quantificamos os desequilíbrios químicos gerados localmente pela radiólise aquosa e a possível contribuição destes para a emergência da vida, tendo como referência os estudos em ambientes de fontes hidrotermais alcalinas, consideradas promissores ambientes para esse evento. Também foram avaliados seus efeitos na habitabilidade de possíveis ambientes análogos na lua gelada Europa. Procuramos quantificar a diversidade química formada nessas condições e a associar aos desequilíbrios parâmetros termodinâmicos. As estimativas realizadas para ambientes radioativos na Terra primitiva apontaram para a similaridade entre o desequilíbrio causado por radiólise aquosa e o encontrado em fontes hidrotermais alcalinas. Confirmando e detalhando a análise preliminar que motivou o trabalho. Não obstante, considerando Europa, chegamos a valores de densidade de células do extremófilo Candidatus Desulforudis audaxviator que sobreviveriam em um conjunto de candidatos a análogos geológicos de possível ambiente radioativo na lua gelada. A partir deste estudo pudemos analisar o potencial para a emergência da vida e de protometabolismos nestes ambientes radioativos naturais na Terra primitiva, bem como levantar parâmetros mensuráveis para futuras missões espaciais que buscam vida ou habitabilidade em Europa. / Certain subterranean environments of the Earth has naturally accumulated compounds of longlived radionuclides, such as 238U, 232Th 40K, near the presence of liquid water. The same is estimated in wet planetary bodies in the Solar System. In these natural radioactive environments, water radiolysis produces chemical species and chemical disequilibria, which are important for life. Although the proposal of radioactive decay as an alternative source of energy for deep biospheres has existed for more than thirty years, this proved to be really feasible after the discovery of a peculiar ecosystem whose survivor is dependent on chemical species produced by water radiolysis. In this work, we evaluate and quantify the chemical disequilibria generated locally by water radiolysis and the possible contribution of these to the emergence of life, having as reference the studies alkaline hydrothermal vents, which is considered highly promising environment for this event. It is also evaluated their effects on the habitability of possible analogous environments on the Jupiter icy moon Europa. It was aimed to quantify the chemical diversity formed under these conditions and to calculate disequilibria using thermodynamic parameters. The estimates made for natural radioactive environments in early Earth pointed to the similarity between the disequilibrium caused by water radiolysis and those found in alkaline hydrothermal vents. What confirms and details the preliminary analysis that motivated this work. In addition, it was calculated values for cell density of the Candidatus Desulforudis audaxviator extremophile, that would survive in Europa comparable to the in situ analysis of some terrestrial radioactive environments, using a set of possible scenarios for possible local natural radioactive environments. From this study, we were able to analyze the potential for the emergence of life and protometabolisms in these natural radioactive environments in early Earth, as well as to provide measurable parameters for future space missions that seek for life or habitability in Europa.

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do DEMAR/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas Me-Si-B (Me = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental do sistema ternário Ta-Si-B em sua região rica em Ta e a modelagem termodinâmica dessa mesma região. A projeção liquidus e a seção isotérmica a 1900 ºC, ambas na região rica em Ta, de Ramos (2005), são as únicas informações experimentais para o sistema ternário Ta-Si-B encontradas na literatura. Ramos (2005) identifica em várias de suas amostras a presença de uma nova fase ternária, denominada φ, de estrutura ainda não determinada. A pesquisa de Ramos (2005) foi realizada sempre com amostras produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Ta, Si e B puros. Nessa condição de preparação das amostras, houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico, mesmo após tratamentos térmicos prolongados (1900 oC por 48 horas). Já, neste trabalho, as amostras foram, em sua maioria, produzidas por tratamento térmico de pastilhas prensadas a partir de pós de Ta, Ta5Si3 e TaB. Com essa mudança na forma de confeccionar os experimentos conseguiu-se maior facilidade na obtenção da condição de equilíbrio termodinâmico das amostras durante os tratamentos térmicos, embora ainda com resultados não totalmente satisfatórios. De uma forma geral, os resultados de Ramos (2005) são confirmados no presente trabalho. Uma proposta de relação de fases a 2000 ºC é apresentada para a região envolvendo as fases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 e TaB. A estabilidade da fase D88, proposta por Nowotny, Lux e Kudielka (1956), também é confirmada e os resultados sugerem que sua estequiometria seja Ta5Si3B. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. A otimização do sistema binário Ta-B é realizada por Kaufman (1991) e Chad (2003). A otimização do sistema binário Ta-Si é realizada por Vahlas, Chevalier e Blanquet (1989) e Kaufman (1991). A otimização do sistema binário Si-B é realizada por Fries e Lukas (1991), Zaitsev e Kodentsov (2001) e Fiorani e Coelho (2006). A única otimização adotada completamente é a de Fiorani e Coelho para o sistema binário Si-B. Para o sistema binário Ta-B é adotada a otimização de Chad (2003) com a inclusão de uma nova fase, denominada φ, de alta temperatura, a mesma do sistema ternário, que teria sua origem nesse sistema binário. Já, para o sistema binário Ta-Si é necessária uma nova otimização, por haver algumas inconsistências termodinâmicas nas otimizações anteriores, que poderiam levar a uma descrição inadequada das relações de fases no sistema ternário Ta-Si-B e em sistemas de ordem superior. Neste trabalho é apresentada uma proposta para a modelagem termodinâmica do sistema ternário, que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais disponíveis. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of DEMAR/EEL-USP is the study of phase stability in ternary Me-Si-B systems (Me = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. It includes the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. Giving continuity to this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the ternary Ta-Si-B system in the Ta-rich region and the thermodynamic modeling of this system. The liquidus projection and an isothermal section at 1900 ºC from Ramos (2005), both in the Ta-rich region, are the only experimental information found in literature. Ramos (2005) identifies in several of her samples the presence of a new ternary phase, named as φ, of structure not yet determined. The research of Ramos (2005) is carried out with samples produced from pure Ta, Si and B via arc melting. In this method of sample preparation, it is difficult to obtain thermodynamic equilibrium conditions during heat treatments at 1900 ºC for 48 h. In the present work, the majority of samples were produced via sintering of pressed pellets from Ta, Ta5Si3 and TaB powders. With this method of sample preparation, the attainment of equilibrium conditions was easier during the heat treatments, even though not completely satisfactory. In general, the results of Ramos (2005) were confirmed. A proposal for the phase relations at 2000 ºC is presented for the region involving the phases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 and TaB. The stability of the D88 phase, proposed by Nowotny, Lux and Kudielka (1956), is also confirmed and the results suggest that its stoichiometry is near Ta5Si3B.No thermodynamic modeling for this ternary system is found in literature. The optimization of the binary Ta-B system is carried out by Kaufman (1991) and Chad (2003). The optimization of the binary Ta-Si system is carried out by Vahlas, Chevalier and Blanquet (1989) and Kaufman (1991). The optimization of the Si-B binary system is carried out by Fries and Lukas (1991), Zaitsev and Kodentsov (2001) and Fiorani and Coelho (2006). In this work the thermodynamic data from Fiorani and Coelho (2006) is used for the Si-B system. For the binary Ta-B system it was adopted the optimization from Chad (2003) with the inclusion of the high temperature φ phase, the same one of the ternary system, which has its origin in this binary system. In addition, for the binary system Ta-Si a new optimization is necessary, since some thermodynamic inconsistencies in the previous optimizations would lead to an inadequate description of the phase relations in the Ta-Si-B and systems of higher order. Thus, in this work presents for the first time a thermodynamic modeling for the Ta-Si-B system, which reproduces the available experimental results satisfactorily.

O estudo de soluções proteicas visando à modelagem e à simulação de processos de recuperação e purificação de bioprodutos passa necessariamente pelo estudo da não idealidade, em sentido termodinâmico, destas soluções. Para sistemas em que a concentração de proteína seja baixa, situação comumente presente nestes processos, a principal maneira de avaliar experimentalmente a não idealidade é por meio da determinação da pressão osmótica gerada pela proteína. Deste modo, os objetivos deste trabalho foram: estudar a influência de co-solventes na pressão osmótica de soluções proteicas, verificar a integridade das estruturas secundária e terciária das proteínas nessas soluções, e modelar termodinamicamente os dados de pressão osmótica obtidos. A pressão osmótica foi determinada diretamente por osmometria de membrana, usando soluções de referência com mesma concentração de co-solvente e pH, mas isentas de proteínas. Obtiveram-se dados de pressão osmótica, em função da concentração proteica, de cinco diferentes proteínas (albumina de soro bovino, imunoglobulina G humana, ovalbumina, -lactoglobulina e lisozima) em soluções contendo co-solventes como o polietileno glicol (de diversos tamanhos de cadeia) e sais (sulfato de amônio, sulfato de sódio e cloreto de sódio). Cada conjunto de dados foi obtido em pH e concentração de co-solvente constantes. Observou-se que a presença de co-solventes altera a pressão osmótica, mas este efeito é dependente da proteína, do co-solvente e sua concentração, e do pH da solução. Medidas de fluorescência e de dicroísmo circular das mesmas proteínas permitiram confirmar que elas mantêm sua integridade estrutural nesses meios, o que justifica o uso de equações volumétricas de estado com parâmetros constantes. Os dados de pressão osmótica em função da concentração proteica foram correlacionados por meio de uma equação volumétrica de estado, que combina um termo de esferas rígidas adesivas e um termo de perturbação de ordem zero (aproximação aleatória). O modelo proposto, embora simples, foi suficiente para correlacionar adequadamente o comportamento experimental. / The study of protein solutions aiming at the modeling and simulation of downstream processes entails the study of non-ideality (in thermodynamic sense) of these solutions. For systems wherein the protein concentration is low a situation often encountered in these processes the most important technique to experimentally evaluate this non-ideality is the determination of the osmotic pressure generated by the protein in solution. Thus, the objectives of this work were: to study the influence of co-solvents on the osmotic pressure of protein solutions, to verify the absence of change in the secondary and tertiary structure of proteins in these solutions, and to thermodynamically model the obtained osmotic pressure data. The osmotic pressure was directly measured through membrane osmometry, using protein-free reference solutions with the same pH and co-solvent concentration. The data of osmotic pressure were obtained as a function of protein concentration for five different proteins (bovine serum albumin, human immunoglobulin G, ovalbumin, - lactoglobulin and lysozyme) in solution with co-solvents such as polyethylene glycol (of various chain sizes) and salts (ammonium sulfate, sodium sulfate and sodium chloride). Each data set was obtained at constant pH and co-solvent concentration. It was observed that the presence of co-solvents do shift the osmotic pressure, but this effect is dependent on the protein, the co-solvent and its concentration, and the solution pH. Measurements of fluorescence and circular dichroism of these proteins confirmed that they maintain their structure unchanged in the media, which corroborates the use of volumetric equations of state with constant parameters. The osmotic pressure data as a function of protein concentration were correlated using a osmotic equation of state comprising a repulsive term of adhesive hard spheres and a zero-order perturbation term (random approximation). The proposed model, though simple, was sufficient to properly correlate the experimental behavior.

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do LOM/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas MR-Si-B (MR = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental de pontos críticos do sistema Cr-Si-B na região rica em Cr e a modelagem termodinâmica completa do sistema. Foram utilizadas informações da projeção liquidus de Chad (2008) e realizadas medidas experimentais para a determinação das composições das fases em diversas relações de equilíbrio a 1200 ºC, ambas na região rica em Cr. As amostras foram produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Cr, Si e B de alta pureza; tratadas termicamente a 1200oC por 200 horas e caracterizadas via difração de raios X e MEV/Microssonda eletrônica. Nessa condição de preparação das amostras, não houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico. De uma forma geral, as relações de fases a 1200oC de Chad (2008) são confirmadas no presente trabalho. Não foi verificada através de medida por análise térmica diferencial até a temperatura de 1550oC a transformação polimórfica ?Cr5Si3 _ ?Cr5Si3, que segundo Chang (1968) ocorre a 1505oC. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. Para a otimização do sistema ternário foram utilizados os coeficientes de Coughanowr, Ansara e Lukas (1998) para o binário Cr-Si; os coeficientes de Campbell e Kattner (2002) para o binário Cr-B e os coeficientes de Fries e Lukas (1998) para o binário Si-B. Foram usados dois modelos para as fases T1 e T2 para descrever suas solubilidades de B e Si, respectivamente. O modelo adotado para a fase ?Cr5Si3 (T1) foi o de solução com três sub-redes (Cr)4(Cr)1(Si,B)3 e o modelo adotado para a fase Cr5B3 (T2) foi o de solução com três sub-redes (Cr)5(B,Si)2(B)1. Estes dois modelos estão compatíveis com aqueles adotados para outros sistemas MR-Si e MR-Si-B. Para a fase CrSS (BCC_A2), o modelo escolhido para permitir a solubilidade de B e/ou Si foi o substitucional para o Si e o intersticial para o B, resultando em uma descrição com duas sub-redes (Cr,Si)1(B,Va)3. A adoção destes modelos compatíveis com otimizações já desenvolvidas e publicadas é importante para permitir o desenvolvimento de uma base de dados multicomponentes MRSi- B que possibilitará previsões confiáveis para as relações de fases em sistemas de ordem superior. A otimização atual reproduziu bem a seção isotérmica a 1200oC e a projeção liquidus do sistema Cr-Si-B na região rica em Cr. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of LOM/EEL-USP is the study of phase stability in MR-Si- B ternary systems (MR = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. These research activities include the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. In a continuation of this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the Cr-Si-B ternary system in the Cr-rich region and the thermodynamic modeling of the complete system. Experimental data from the liquidus projection of Chad (2008) were used and experimental measurements were performed to determine the compositions of various phases in equilibrium at 1200°C, both in the Cr-rich region. The samples were produced by arcmelting high-purity pieces of Cr, Si and B, followed by heat treatment at 1200oC for 200 hours. The samples were characterized by X-ray diffraction and SEM/WDS microanalysis. With this preparation procedure, no difficulty was found to bring the samples to the thermodynamic equilibrium condition. In general, the phase relations at 1200oC proposed by Chad (2008) were confirmed in this study. The polymorphic transformation ?Cr5Si3 _ ?Cr5Si3, which according to Chang (1968) occurs at 1505oC, has not been verified by differential thermal analysis experiments performed until 1550oC. No thermodynamic modeling for this ternary system was found in the literature. The binary coefficients of Coughanowr, Ansara and Lukas (1998) for the Cr-Si, Campbell and Kattner (2002) for the Cr-B and Fries and Lukas (1998) for the Si-B were used in the optimization of the ternary system. Two models for T1 and T2 phases were used to describe their B and Si solubilities, respectively. The model adopted for ?Cr5Si3 (T1) was the solution with three sublattices (Cr)4(Cr)1(Si,B)3 and for Cr5B3 (T2) was the solution with three sublattices (Cr)5(B,Si)2(B)1. These two models were consistent with those adopted in other RM-Si and RM-Si-B systems. For the phase CrSS, the substitutional and interstitial models were used to describe the solubility of Si and B in the BCC structure, respectively, resulting in a solution with two sublattices (Cr,Si)1(B,Va)3. These models are compatible with other previously published optimizations. This is important to enable the development of a multicomponent MR-Si-B database, which will enable reliable predictions for the phase relations in higher-order systems. The Cr-rich region of the isothermal section at 1200oC and of the liquidus projection are well reproduced by the coefficients of the present optimization.

Thesis advisor: Ethan F. Baxter / Samarium/Neodymium (Sm-Nd) garnet geochronology of eclogites from Syros, Greece provides constraints on timing of peak metamorphism while thermodynamic modeling of the same samples allows a comparison of pressure-temperature (P-T) paths. Sm-Nd geochronology of four eclogite samples give ages of 48.8 ± 3.2 Ma (high 147Sm/144Nd = 0.49, n = 6, MSWD = 0.67), 48.1 ± 2.3 Ma (high 147Sm/144Nd = 1.22, n = 4, MSWD = 2.4), 44.7 ± 1.0 Ma (high 147Sm/144Nd = 3.9, n = 6, MSWD = 1.4), and 43.6 ± 1.6 Ma (high 147Sm/144Nd = 1.39, n = 6,MSWD = 2). These garnet growth ages span several million years and are younger than the only other published garnet eclogite ages from the island which use Lutetium/ Hafnium (Lu-Hf) garnet geochronology to place peak metamorphism at ~52 Ma (Lagos et al, 2007). Another eclogite sample dated less precisely yielded an age of 57.7 ± 6.3 Ma (high 147Sm/144Nd = 0.40, n = 10, MSWD = 1.9), significantly older than the other garnets dated in this study. The garnet ages from eclogites presented here suggest that high pressure-low temperature metamorphism, and related garnet growth and dehydration, on Syros lasted ~9 myr, similar to what has been reported for nearby Sifnos Island (Dragovic et al., 2015). Thermodynamic modeling of three samples reveals similar prograde P-T paths despite differences in tectonic setting and chemistry between samples. Water loss from mineral breakdown during the span of subduction zone garnet growth varies between samples from 1.09 to 5.13 weight percent but is greatest for the most ultramafic sample due to chlorite stability permitting greater capacity for water to be carried to depth. P-T paths reach greater maximum pressures (up to 2.42 GPa) than what is reported for Sifnos island (Dragovic et al., 2015) and greater than most previously published pressure estimates for Syros (ie. Okrusch and Bröcker, 1990; Putlitz et al., 2005). / Thesis (MS) — Boston College, 2016. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Earth and Environmental Sciences.

The equilibrium diagrams are the starting point and the guideline to predict and control the microstructure that will form during processing materials. Despite experiments being necessary in binaries and ternaries systems, it is difficult to experimentally determine phase diagrams of higher orders systems over wide ranges of compositions and temperature. The CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) method was developed in order to solve this problem. The essence is to optimize the parameters of thermodynamic models that describe the Gibbs free energies of each phase aiming to reproduce the experimental and estimated (abinitio) data. The compound energy formalism (CEF) is widely used in order to describe phases which present several sublattices. It allows the modeling of a large variety of phases and numerous methods have been developed to treat different situations. The activities in this work developed a new approach of the CEF (NACEF) based on a mathematic analysis of the parameters which leads to a new formulation of the Gibbs free energy function evolving new independent parameters in which new independent parameters are obtained to express the Gibbs free energy. This approach was used in this work to describe the intermetallic phases with two-sublattice in which the only defect type is anti-sites (A,B)a(A,B)b. The Al-Fe-Nb system was chosen due to its importance for the manufacturing process of several families of alloys currently used, e.g. steels, light alloys, and also for the development of new materials for high temperatures application. The binaries Al-Nb and Fe-Nb were reassessed and the Al-Fe-Nb system was assessed for the first time using literature information and new experimental data. / Os diagramas de equilíbrio são o ponto de partida e a diretriz para prever e controlar a microestrutura ao final do processamento de um material. Apesar de experimentos serem necessários em sistemas binários e ternários, é muito difícil determinar experimentalmente diagramas de fase de sistemas de ordens superiores numa vasta amplitude de composições e temperatura. A fim de solucionar este problema, o método CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) foi desenvolvido. A essência consiste em aperfeiçoar os parâmetros de modelos termodinâmicos que descrevem as energias livres de Gibbs de cada fase de modo a reproduzir as informações experimentais ou estimadas (ab-initio). O compound energy formalism (CEF) é amplamente utilizado para descrever fases que apresentam várias sub-redes. Ele permite a modelagem de uma grande variedade de fases e vários métodos têm sido desenvolvidos para o tratamento de diferentes situações. As atividades deste trabalho ajudaram a desenvolver uma nova abordagem para o CEF (NACEF) com base em um estudo matemático dos seus parâmetros termodinâmicos que levou a uma nova formulação para função da energia livre de Gibbs envolvendo novos parâmetros independentes. Esta nova abordagem tem sido utilizado como parte do presente trabalho para modelar fases intermetálicas binárias constituídas de sub-redes cujo único defeito é do tipo anti-sítio (A,B)a(A,B)b. O sistema Al-Fe-Nb foi escolhido devido a sua importância para o processo de fabricação de diversas famílias de ligas usadas atualmente, e.g. aços, ligas leves e, além disto, é um sistema importante para o desenvolvimento de materiais para aplicações em altas temperaturas. Neste trabalho os binários Al-Nb e Fe-Nb foram reavaliados e o sistema Al-Fe-Nb foi modelado pela primeira vez utilizando as informações da literatura e novos dados experimentais.

Considerado a alternativa mais pesquisada para substituir o diesel, o biodiesel, oriundo da transesterificação, é cotado como a mais promissora opção de combustível obtido de fontes renováveis para o lugar dos ameaçados combustíveis de origem fóssil. A reação de transesterificação para produção do biodiesel pode ocorrer de forma catalítica, a mais utilizada atualmente, e não-catalítica, por meio de fluidos supercríticos. A grande diversidade de matérias-primas que pode ser usada na obtenção do biodiesel supercrítico é apenas um dos atrativos para sua produção, porém uma produção em larga escala esbarraria nos altos custos operacionais do processo. Devido ao potencial revelado nos processos supercríticos, o estudo do comportamento de fases dentro de um reator se mostra relevante ao domínio do processo, visto que pesquisas indicam que é possível balancear os custos de uma produção de biodiesel em condições supercríticas com os custos de uma produção de biodiesel com uso de catalisadores. Na termodinâmica, a modelagem é um método prático e rápido de se estimar o comportamento do equilíbrio líquido-vapor (ELV) do sistema e reduzir gastos com excessivos experimentos, através de um modelo termodinâmico apropriado. Para isso, os modelos testados foram obtidos pela equação de estado (EdE) de Peng-Robinson com as regras de misturas de van der Waals com um (vdW1) e dois (vdW2) parâmetros de interação binária em sistemas formados por componentes presentes na produção do biodiesel. Utilizando a abordagem phi-phi e o método de BOLHA P, sistemas binários em condições próximas ao ponto crítico e em condições supercríticas, encontrados na literatura, foram modelados. A modelagem termodinâmica foi realizada após a aplicação de um teste de consistência termodinâmica, uma vez que foram encontradas diferenças nas propriedades críticas de um mesmo composto em diferentes referências. A adequação dos modelos termodinâmicos variou de acordo com as condições do processo, o que fará necessária uma análise específica da situação de acordo com o caso em que estiver sendo empregada. Na simulação termodinâmica, as redes neurais artificiais foram utilizadas para o ajuste computacional dos dados experimentais, produzindo os melhores resultados com a introdução dos descritores moleculares, junto às variáveis independentes do processo (temperatura e composição na fase líquida), na primeira camada de neurônios nas diversas configurações analisadas dentre as arquiteturas utilizadas, demonstrando ser uma ferramenta interessante para o estudo do equilíbrio de fases. / Considered the most researched alternative to replace the diesel fuel, the biodiesel, from transesterification, is rated as the most promising fuel option from renewable sources for the place of threatened fossil fuels. The transesterification reaction for biodiesel production can occur catalytically, commonly used, and non-catalytic, through supercritical fluids. The diversity of raw materials that can be used to obtain supercritical biodiesel is only one of the attractions for its production, but a large-scale production would encounter obstacles in the high operating costs of the process. Due to the potential revealed in the supercritical processes, the study of phase behavior in a reactor is relevant for domaining the process, since researches indicates that it is possible to balance the costs of producing biodiesel in supercritical conditions with the costs of a production of biodiesel using catalysts. In thermodynamics, modeling is a quick and practical method of estimating the vapor-liquid equilibria (VLE) behavior of the system and reducing expenses with excessive experiments, using an appropriated thermodynamic model. For this, the models tested were obtained by the Peng-Robinson equation of state (EoS) with the mixture rules of van der Waals with one (vdW1) and two (vdW2) binary interaction parameters in systems formed by components present in the production of biodiesel. Using the phi-phi approach and the BOL P method, binary systems in conditions near to the critical point and under supercritical conditions, found in the literature, were modeled. The thermodynamic modeling was performed after the application of a thermodynamic consistency test, since differences were found in the critical properties of the same compound in different references. The suitability of the thermodynamic models varied according to the process conditions, which will require a specific analysis of the situation according to the case in which it is being used. In the thermodynamic simulation, the artificial neural networks were used for the computational adjustment of the experimental data, producing the best results when the molecular descriptors were used with the independent variables of the process (temperature and composition of the liquid phase) in the first layer of nodes in the different configurations analyzed among the architectures used, proving to be a tool of interest for the study of phase equilibria.