ciências da natureza e suas tecnologias - química...separadas por sublimação: iodo, enxofre e...

QUÍMICA - 1° Ano Processos de separação de misturas

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Fundamental- Professor: Bismarck

PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS


Substância Pura Substância pura é todo material com as seguintes características:

1. unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si;

2. composição fixa de que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.

CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de substância e mistura classificadas de acordo com suas características


Substância Pura 3. A temperatura se mantém inalterada do o início ao fim de todas as mudanças de estado físico (fusão, vaporização, solidificação, etc.).

4. Pode ser representada por um fórmula porque tem composição fixa.

Ex.: Água (H2O), Gás Oxigênio (NaCl), Sal de cozinha (NaCl), Ouro (Au), Prata (Ag), Ácido sulfúrico (H2SO4), etc.



SUBSTÂNCIA SIMPLES SUBSTÂNCIA COMPOSTA

H2O

É constituída por um único tipo de elemento químico.

É constituída por mais de um tipo de elemento químico.

Substâncias Simples e Compostas

Ex.: Gás Oxigênio (O2) Ex.: Água Pura (H2O)

O2



Misturas que possuem apenas um único aspecto, isto é, as mesmas propriedades químicas em toda a sua extensão.

Misturas que apresentam mais de um aspecto, isto é, têm propriedades distintas em sua extensão.

Misturas Homogêneas

Misturas Heterogêneas

Exemplo:

Exemplo:

água + açúcar dissolvido

água

óleo

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Cada aspecto homogêneo de uma mistura chama-se FASE.

Fases

As fases também aparecem quando temos uma substância pura em equilíbrio de fases.

Água

Areia

Mistura de 2 fases

(bifásico)

Água

Óleo

Areia

Mistura de 3 fases

(trifásico)

Água

Gelo

Limalha de ferro

Sistema trifásico constituído por

dois componentes



O aspecto visual de uma mistura não se restringe apenas à simples percepção a olho nu, mas também à utilização de aparelhos ópticos comuns: os microscópios. Veja a figura.

Observando a imagem, vista ao microscópio, nota-se que o leite não é considerado uma mistura homogênea, e sim uma mistura heterogênea.

Propriedades Microscópicas das Misturas

Aspecto

homogêneo ao

olho nu

Aspecto

heterogêneo ao

microscópio

Copo de leite Líquido branco com gotículas

de gordura (amarela)

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Temperatura (°C) a 1 atm

Tempo Sólido

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor Vapor

PF= 0°C

PE=100°C

Líquido

– 10°C

Diagrama de Mudança de Estado Físico




Tempo Sólido

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor

∆TE

–15°C

∆TF


Vapor

Líquido




Tempo

Sólido

+

Líquido

Líquido

+

Vapor

∆TE

– 15°C

TF


Sólido

Vapor

Líquido

Misturas Eutéticas são

misturas que mantêm

sua temperatura

constante durante a

fusão/solidificação.




Tempo

Sólido

e

Líquido

Líquido

+

Gasoso

TE

–15°C

∆TF


Sólido

Vapor

Líquido

Misturas azeotrópicas são

misturas que mantêm sua

temperatura constante

durante a

vaporização/condensação.



Conceitos iniciais

• Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Em função disso, é necessário usarmos métodos de separação para obtermos determinada substância.

• Na separação dos componentes de uma mistura (obtenção separada de cada uma das substâncias puras que deram origem à mistura) usa-se um conjunto de processos físicos denominados análise imediata.

• Esses processos não alteram a composição das substâncias que formam a mistura.

• Nem sempre apenas um método de separação é suficiente para separar todos os componentes de uma mistura (1).

Separação de misturas

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Conceitos iniciais

• A escolha dos melhores métodos para a separação de misturas exige um conhecimento anterior de algumas das propriedades das substâncias presentes.

• Assim, se tivermos uma mistura de açúcar com areia, é útil sabermos que o açúcar se dissolve na água, enquanto a areia não.

• Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, será necessário usar vários processos diferentes em uma sequência baseada nas propriedades das substâncias presentes na mistura (2).

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http://www.algosobre.com.br/quimica/separacao-de-misturas.html


Conceitos iniciais

• Alguns dos métodos de separação são tão comuns que nem pensamos neles como processos de separação.

• Alguns exemplos: – Escolha dos grãos de feijão

para uma feijoada do domingo (catação);

– Remoção da casca do amendoim torrado por sopro (ventilação);

– Separação das moedas em função de seus tamanhos nas máquinas dos bancos (tamisação/peneiração).

• Vamos estudar agora alguns desses principais processos de separação (3).

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Métodos de separação de misturas heterogêneas

• SÓLIDO – SÓLIDO: – Catação

– Ventilação

– Levigação

– Separação magnética

– Cristalização fracionada

– Dissolução fracionada

– Peneiração

– Fusão fracionada

– Sublimação

• SÓLIDO – LÍQUIDO: – Decantação

– Centrifugação

– Filtração simples

– Filtração à vácuo

• LÍQUIDO – LÍQUIDO: – Decantação

• GÁS – SÓLIDO: – Decantação

– Filtração

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Métodos de separação de misturas homogêneas

• SÓLIDO – LÍQUIDO: – Evaporação

– Destilação simples

• LÍQUIDO – LÍQUIDO: – Destilação fracionada

• GÁS – GÁS: – Liquefação fracionada

– Adsorção

• CROMATOGRAFIA (Análise Cromatográfica)

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Catação

• É um método de separação bastante rudimentar, usado para separação de sistemas sólido-sólido.

• Baseia-se na identificação visual dos componentes da mistura e na separação manual ou com o auxílio de uma pinça.

• É o método usado na limpeza do feijão antes do cozimento (4).

Imagem: David Monniaux / GNU Free Documentation License.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mistura


Tamisação (peneiração)

• Usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes através de peneiras.

• Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações.

Imagem: U.S. Air Force photo / Tech. Sgt. Shane A. Cuomo / Public Domain.


Ventilação

• Método de separação para sistemas sólido-sólido, no qual o sólido menos denso é arrastado por uma corrente de ar.

• Um bom exemplo é a separação das cascas de grãos de arroz, amendoim torrado, etc. (5)

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http://pt.wikipedia.org/wiki/Mistura


Levigação

• A água corrente arrasta o componente menos denso e o mais denso deposita-se no fundo do recipiente.

• É usada, por exemplo, para separar areia e ouro: a areia é menos densa e, por isso, é arrastada pela água corrente; o ouro, por ser mais denso, permanece no fundo da bateia (6).

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http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=8&idSubSecao=&idTexto=165


Decantação

• Permite a separação de líquidos imiscíveis (que não se misturam) ou de um sólido precipitado num líquido.

• A fase mais densa deposita-se no fundo do recipiente.

• Pode ser feita de duas formas:

– Verte-se lentamente a mistura em outro frasco;

– Com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase menos densa para outro frasco (sifonação) (7).

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http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idSecao=8&idSubSecao=&idTexto=165


Decantação

• No laboratório, para misturas de líquidos imiscíveis, usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação ou funil de separação).

• Num sistema formado por água e óleo, por exemplo, a água, por ser mais densa, localiza-se na parte inferior do funil e é escoada abrindo-se a torneira de modo controlado.

• Pode-se ainda usar-se do princípio da decantação para a separação de misturas sólido-gás (câmara de poeira).

• A mistura sólido-gás atravessa um sistema em ziguezague. O pó, por ser mais denso, deposita-se durante o trajeto (8).

Imagem: Thomasione / Public Domain

Funil de separação

Imagem: Nickele/GNU Free Documentation License

http://pt.wikipedia.org/wiki/Decanta%C3%A7%C3%A3o


Filtração

• É um método de separação muito presente no laboratório químico e também no cotidiano.

• É usado para separar um sólido de um líquido ou sólido de um gás, mesmo que o sólido se apresente em suspensão.

• A mistura atravessa um filtro poroso, onde o material particulado fica retido.

• A preparação do café, o uso de o aspirador de pó são exemplos de filtração (9).

Imagem: Elke Wetzig / GNU Free

Documentation License.

Imagem: Julius Schorzman / Creative

Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

http://luizclaudionovaes.sites.uol.com.br/metsep.htm


Evaporação

• Método de separação de misturas sólido-líquido por evaporação do solvente, também conhecido como cristalização.

• Em recipiente aberto, simplesmente, permite-se que o solvente evapore, deixando-se o sólido.

• Nas salinas, o sal é obtido a partir da água do mar através desse processo (10).

Imagem: Batz sur Mer, Marais Saltants /

Harrieta171 / GNU Free Documentation License.

Imagem:Vidralta / GNU Free Documentation License.



Centrifugação • Usado para separação de mistura de sólidos e líquidos quando a dimensão das partículas sólidas é tão pequenas que provoca obstrução dos poros do filtro e faz com que sejam retidas pelo líquido.

• Tubos de ensaio contendo a mistura são colocados em uma centrífuga, que os faz girar em posição quase horizontal à grande velocidade, aumentando assim a rapidez de depósito do sólido no fundo do tubo.

Imagem: IUTABB / Free Art License. (Tradução Nossa).

Estado Inicial Estado Final

Centrifugação

Líquido Portador

Líquido Flutuante

Base

Constituinte (líquido ou

sólido)

Esquema do Princípio da Centrifugação


Sangue humano visto sob microscópio


Sublimação

• Usado quando apenas um dos sólidos sublima (passa para o estado gasoso) quando aquecido.

• São substâncias que podem ser separadas por sublimação: iodo, enxofre e naftaleno (naftalina).

• Mais recentemente, tal propriedade passou a ser usada na impressão de camisetas.

• Com uma impressora especial é preparado um desenho em uma folha de papel e, através de uma prensa térmica, a tinta sublima e se transfere para o tecido.

• Tem a vantagem de não desbotar, mantendo a tonalidade original (11).

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http://pt.wikipedia.org/wiki/Sublima%C3%A7%C3%A3o


Destilação Simples • Método usado quando se deseja separar a substância sólida dissolvida do solvente e não se deseja perder este último (como ocorre no processo de evaporação).

• Desta forma, o solvente é resfriado (condensado), sendo recolhido em outro frasco.

• Aquece-se a mistura até atingir o ponto de ebulição do solvente.

• Não existe necessidade de controle de temperatura, pois o ponto de ebulição do sólido é muito mais elevado que o do solvente (12).

Imagem: U.m / Public Domain.



Destilação Fracionada

• Método usado para separação de mistura de líquidos.

• Quanto mais distantes os pontos de ebulição dos componentes, mais eficiente será o processo de destilação.

• A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento, destilação ou retificação.

• A separação ocorre na ordem crescente dos pontos de ebulição (PE).

Imagem: U.m / Public Domain.


Diferença entre aparelhagem da destilação simples e fracionada.


Destilação Fracionada

• Esse processo é muito usado, principalmente em indústrias petroquímicas, para separação dos diferentes derivados do petróleo.

• Neste caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos.

• Esse processo também é muito usado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique) (13).

Imagem: Psarianos, Theresa knott/ GNU Free

Documentation License. (Tradução Nossa).

Petróleo

Bruto

Gás (Butano e

Propano)

Essência Leve

(nafta)

Essência Pesada

(grande)

Querosene

Combustível Diesel

Óleo para

aquecimento

Forno de

Destilação

Óleo

Pesado



Separação Magnética

• Também chamado de Imantação, nesse método de separação, um dos sólidos é atraído por um ímã.

• Esse processo é usado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas, como, por exemplo, separar do lixo objetos de metal que serão reciclados.

• Outro exemplo simples é a separação de linha e agulha através de um imã (14).

Imagem: Oguraclutch/ GNU Free Documentation License.

Imagem: Palmer, Alfred T. / Public Domain.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Separa%C3%A7%C3%A3o_de_misturas


Dissolução Fracionada

• Também é conhecido como extração por solvente, é usada quando apenas um dos componentes apresenta solubilidade num dado solvente.

• A mistura areia + sal é um bom exemplo de aplicação para este método.

• Adicionando-se água, obtém-se a solubilização do sal. • Após uma filtração, a areia é separada, bastando realizar uma

destilação simples ou evaporação para se separar o sal da água (15).

sal + areia

Adição

de água Filtração Vaporização

areia

água + sal sal



Exercícios

1. Uma maneira rápida e correta de separar uma mistura com ferro, sal de cozinha e areia é, na sequência:

a) Filtrar, aproximar um imã, adicionar água e destilar.

b) Adicionar água e destilar.

c) Aproximar um imã, adicionar água, filtrar e destilar.

d) Destilar, adicionar água, aproximar um imã.

e) Impossível de separá-la.

Imagem: (a)Thorsten Hartmann / GNU Free Documentation License, (b) Jlahorn / Creative Commons

Attribution-Share Alike 3.0 Unported e (c) Miansari66 / Public Domain.


Exercícios 2. Associe as atividades diárias

contidas na primeira coluna com as operações básicas de laboratório e fenômenos contidos na segunda coluna.

Os números da segunda coluna, lidos de cima para baixo, são: a) 3, 2, 5, 4, 1 b) 1, 3, 4, 5, 2 c) 4, 3, 2, 1, 5 d) 3, 2, 4, 5, 1 e) 4, 1, 5, 3, 2

(1) Preparar um refresco de cajá a partir do suco concentrado.

(2) Adoçar o leite. (3) Preparar chá de canela. (4) Usar naftalina na gaveta. (5) Coar a nata do leite.

( ) sublimação ( ) diluição ( ) filtração ( ) extração ( ) dissolução

4 1 5 3 2

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Exercícios

4. Têm-se os seguintes sistemas: I. areia e água II. álcool (etanol) e água III. sal de cozinha (NaCl)

dissolvido em água. Cada um desses sistemas foi

submetido a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se:

a) Qual sistema deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo?

b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?

a) Sistema I

A areia seria o resíduo sólido que seria retido pelo papel de filtro.

b) Sistema III

Após a evaporação da água, restaria apenas o NaCl no fundo de recipiente.

Imagem: Rob Lavinsky,Rocks.com / Creative Commons

Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Pedra de sal cristalizado


Até a próxima aula!

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