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Licenciatura em cincias USP/ Univesp

3.1 Introduo3.2 Formas de apresentao da matria3.3 Misturas3.4 Processos de separao de misturas3.5 Misturas azeotrpicas3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumicaReferncias

3Guilherme A. Marson

Ana Cludia Kasseboehmer

ObtenO de SubStnCIAS Qu

mic

a

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Qumica

Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

3.1 IntroduoDada a importncia dos processos de obteno de misturas para o conhecimento qumico,

esta aula destinada a diferenciar os conceitos de materiais e substncia, misturas homogneas

e heterogneas e apresentar os conceitos de fase, misturas azeotrpicas e os diversos processos

de separao de misturas.

3.2 Formas de apresentao da matriaComo foi visto na aula Introduo aos Estudos de Qumica, o mundo macroscpico, isto ,

aquilo que observvel a olho nu pode ser dividido da seguinte forma, como consta na Figura 3.1:

Para exemplificar, tomemos uma garrafa de gua mineral:

Na Figura 3.2, a garrafa dgua representa um exemplo de matria, pois

tem uma determinada massa e ocupa lugar no espao. A garrafa dgua ento

constituda por pelo menos dois tipos de materiais: o plstico da garrafa e a gua

contida dentro dela.

A gua mineral que ingerimos tambm um material e constituda por

diversas substncias qumicas, entre as quais gua (H2O), sulfato de clcio

(CaSO4), cloreto de sdio (NaCl) etc. Observe o rtulo de uma garrafa de

gua mineral comercial, no qual podemos encontrar a relao das diferentes

substncias qumicas que constituem esse material (Figura 3.3).

Figura 3.1: Formas de apresentao da matria

Matria: tudo o que tem massa e ocupa lugar no espao

encontrada na forma de

so constitudos por diferentes

Materiais: pores de matria com propriedades especficas. Ex.: madeira, metal etc.

Substncias: conceito fundamental da Qumica; pode ser atribuda uma frmula. Ex.: gua (H2O); Ferro (Fe)

Figura 3.2: Garrafa de gua mineral. / Fonte: Thinkstock

http://http://www.thinkstockphotos.com/

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3 Obteno de Substncias


Para tornar mais clara essa diferenciao entre material e substncia, observe os desenhos da

Figura 3.4, que representam a substncia gua e o material gua. esquerda, h apenas

molculas de gua; ento, o desenho a representao submicroscpica da substncia gua e

podemos atribuir a ela a frmula H2O.

direita, alm das molculas de gua

existem outros elementos qumicos, re-

presentados pelas bolinhas verde e cinza,

que simbolizam os sais minerais dissol-

vidos na gua. Este ento o desenho

de um material gua e no possvel

atribuir uma frmula a ele.

Na natureza possvel encontrar substncias em sua forma pura como, por exemplo, o

diamante e o enxofre. Entretanto, grande parte dos objetos se apresenta na forma de material

como o ar atmosfrico, os alimentos, os minrios etc.

Por isso, em Qumica, importante conhecer os processos de separao de misturas para

obteno das substncias qumicas. Nesses casos, dizemos que os componentes da mistura foram

purificados. Geralmente, os processos de separao precisam ser repetidos ou diferentes pro-

cessos precisam ser combinados para que as substncias obtidas se tornem cada vez mais puras.

Entretanto, uma substncia completamente pura, ou seja, composta por exclusivamente um

gua mineral natural

Composio qumica provvel em mg/L:

Sulfato de estrncio . . . . . . . . . . . . . . . 0,04Sulfato de clcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,29Sulfato de potssio . . . . . . . . . . . . . . . . 2,16Sulfato de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65,71Carbonato de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . 143,68Bicarbonato de sdio . . . . . . . . . . . . . . 42,20Cloreto de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,07Fluoreto de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,24Vendio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,07

Caractersticas fsico-qumicas:

pH a 25 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,00Temperatura da gua na fonte . . . . . . . 24 CCondutividade eltrica . . . . . . . . . . . . . 4,40 104 ohms/cmResduo de evaporao a 180 C . . . . . 288,00 mg/L

Classificao:

ALCALINO-BICARBONATADA, FLUORETADA, VANDICA

Figura 3.3: Rtulo de uma garrafa de gua mineral comercial.

Figura 3.4: Representao submicroscpica da substncia gua e do material gua. / Fonte: modificado de Banco de Imagens LENAQ/UFSCar.

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Qumica


tipo de partcula uma idealizao. Retomando a aula Introduo aos Estudos de Qumica,

Maldaner (2003) explica que substncias puras so objetos tericos utilizados para construir

conhecimento intelectual sobre os objetos concretos. Nesse mesmo sentido, veremos adiante

conceitos importantes como grau de pureza, rendimento de reao etc.

3.3 MisturasSeguindo na anlise macroscpica da organizao da matria, preciso que alguns termos

sejam conceituados:

Os materiais podem ser tambm chamados de misturas, pois so constitudos da unio de duas ou mais substncias.

As misturas, por sua vez, podem ser diferenciadas em homogneas e heterogneas. Elas so distinguidas de acordo com o nmero de fases que apresentam.

Fase representa qualquer forma (slida, lquida, gasosa, plasma) em que a matria pode existir, dependendo da temperatura e da presso. necessrio destacar que fase no

sinnimo de substncia. Observe a Figura 3.5.

No exemplo da Figura 3.5, temos: (a) uma substncia (gua) e duas fases (gua lquida

e gelo); em (b), h uma mistura de duas substncias (gua e lcool), que, por ser homognea,

constitui uma fase; (c) mistura de gua e ter, que heterognea com duas substncias e duas

fases, ainda que a mistura toda seja incolor (existe um limite discreto de separao entre as

substncias); o ltimo exemplo (d) uma mistura de trs substncias (sal, gua e leo) e duas

fases, j que a gua e o sal constituem uma fase apenas.

Figura 3.5: Exemplos de misturas: (a) gua e gelo; (b) gua e lcool; (c) gua e ter; (d) gua, sal e leo. / Fonte: modificado de Banco de Imagens LENAQ/UFSCar.

a b c d

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importante destacar que a diviso em fases no apenas visual. Geralmente, misturas como

sangue e leite so tomadas como misturas homogneas porque aparentemente apresentam

apenas uma fase. Observe a Figura 3.7, que so imagens desses dois materiais vistos a partir

de um microscpio. Nesses casos, possvel reconhecer mais de uma fase e, portanto, eles so

classificados como materiais.

A seguir, veremos alguns processos de separao de misturas mais utilizados.

Figura 3.6: Mapa Conceitual de Misturas

Mistura homognea ou soluo a unio de duas ou mais substncias que constituem uma s fase. At mesmo sob um microscpio no possvel diferenciar as substncias que a constituem, o que ocorre apenas em nvel submicroscpico. Por exemplo, gua e sal.

Mistura heterognea mistura de duas ou mais substncias que visualmente ou sob microscpio constitui mais de uma fase. Por exemplo, gua e leo.

Misturas

a b

Figura 3.7: Leite (a) e sangue (b) vistos de um microscpio. / Fonte: Extrado de Lacerda et al., 2012, p. 78.

Esses casos particulares de misturas heterogneas so bastantes presentes em nosso dia a dia e, por isso, h uma leitura complementar sobre Colides em nosso ambiente virtual. Aproveite e leia!

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Qumica


3.4 Processos de separao de misturasInicialmente, precisamos decidir qual processo o mais indicado para a mistura do nosso

sistema. Por isso, observe a sequncia de perguntas na Figura 3.8, que pode conduzir aos

diferentes processos de separao.

Na Figura 3.8 constam as diferentes opes para separar misturas dependendo das proprie-

dades do material escolhido.

Figura 3.8: Mtodos de separao de diferentes misturas

slido gasososlido

+gs

slido

+lquido

slido

+slido

lquido

+lquido

uma

sim

mais de uma

no

Qual o estado fsico das fases?

uma soluo?

CataoSeparao magnticaPeneiraoVentilaoLevigao

DecantaoCentrifugaoDestilao

DecantaoFiltraoCentrifugaoDestilaoEvaporao

DecantaoFiltrao

Fuso fracionada

Destilao fracionadaPeneiras moleculares

Destilao cromatografia

lquido

Qual o estado fsico da fase?

Quantas fases?

A animao apresenta a descrio de alguns dos processos de separao de misturas. Clique no cone para acess-la e clique

em cada um dos processos de separao para conhec-los melhor.

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3.5 Misturas azeotrpicasObserve a Figura 3.9, que apresenta grficos de temperatura pelo tempo para substncias

puras e misturas. uma caracterstica das substncias apresentar pontos de fuso e de ebulio

constantes, ou seja, enquanto coexistirem as fases slida e lquida (no processo de fuso) ou as

fases lquida e gasosa (no processo de ebulio), a temperatura permanecer a mesma.

Misturas comuns no tm ponto de ebulio constante, mas sim uma faixa de temperaturas

na qual ocorre a mudana de fase. Durante uma destilao, o ponto de ebulio da mistura varia

segundo a composio do sistema. medida que a destilao avana, a composio do sistema

em ebulio fica prxima do componente de maior ponto de ebulio, que permanece no balo

de destilao. Devemos esperar, ento, que a temperatura mnima de ebulio seja a do compo-

nente de menor ponto de ebulio e a mxima, a do componente de maior ponto de ebulio.

Dependendo, porm, da interao entre os componentes da mistura, o sistema em destilao

no se comporta dessa forma. Uma mistura que no se comporta assim denominada mistura

azeotrpica, e pode apresentar um ponto de ebulio bem determinado a uma temperatura

inferior, intermediria ou superior s temperaturas dos componentes individuais da mistura.

Quando inferior, chama-se azetropo de mnimo ponto de ebulio ou azetropo negativo;

e, quando superior, azetropo de mximo ponto de ebulio ou azetropo positivo.

Figura 3.9: Substncias puras (a) apresentam temperaturas de fuso e ebulio bem definidas. Se acompanharmos a variao de temperatura em funo do tempo durante o resfriamento ou aquecimento de uma substncia pura, observamos que, durante as mudanas de estado de agregao, a temperatura permanece constante. No caso das misturas (b), as mudanas no estado de agregao ocorrem em intervalos de temperatura (zonas azuis no grfico b).

a b

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Qumica


Os grficos da Figura 3.10 mostram a variao de temperatura de misturas lquidas em

ebulio em funo da composio do sistema. O grfico obtido destilando-se uma mistura

e medindo a temperatura no lquido em ebulio e no vapor. A linha tracejada a temperatura

do vapor, e a linha contnua, a temperatura do lquido em ebulio. A primeira curva mostra o

comportamento de uma mistura comum. Os casos de misturas azeotrpicas so mostrados no

segundo e no terceiro grfico. Observe que medida que a destilao prossegue, ao atingirmos

a composio do azetropo, a temperatura se estabiliza e as linhas se cruzam, ou seja, nesta

temperatura a composio do lquido e do vapor a mesma; portanto, estaremos destilando

uma mistura e no os componentes individuais.

3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumica

Os conhecimentos envolvidos nos processos de obteno de substncias a partir de misturas so

bastante aproveitados na indstria. Alm do ramo farmacutico que extrai diversas substncias

Figura 3.10: Misturas azeotrpicas: (a) mistura ideal (b) mistura com azetropo de mnimo (c) mistura com azetropo de mximo. / Fonte: modificado de Wikipedia

a b c

Ento, no possvel separar os componentes de uma mistura azeotrpica por destilao simples, uma vez que o que se destila uma mistura dos componentes, destilada na temperatura do azetropo.

http://http://www.wikipedia.org/

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da natureza com finalidade cosmtica e medicinal, h tambm a indstria de alimentos que

utiliza esses processos para obter substncias e transform-las em produtos comerciais. A leitura

complementar exemplifica essas aplicaes trabalhando as estratgias de obteno de leos

vegetais. Aproveite a leitura.

RefernciasAtkins, P. W.; Jones, L. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio

ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

BrAdy, J. e., russel, J. W. & Holum, J. r. Qumica: a matria e suas transformaes. 3. ed.

Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos, 2002.

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So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

kotz, J. C.; treiCHel, P. m.; WeAver, g.C. Qumica geral e reaes qumicas. 6. ed.

So Paulo: Cengage Learning, 2010.

lACerdA, C. C.; CAmPos, A. F.; mArCelino-Jr, C. A. C. Abordagem dos Conceitos Mistura,

Substncia Simples, Substncia Composta e Elemento Qumico numa Perspectiva de Ensino

por Situao-Problema. Qumica Nova na Escola, v. 34, n. 2, p. 75-82, 2012.

mAHAn, B. m.; myers, J. r. Qumica: um curso universitrio. So Paulo: Edgard Blcher, 1995.

mAldAner, o. A. A formao inicial e continuada de professores de qumica: professores/

pesquisadores. 2. ed. Iju: Uniju, 2003. 424p. (Coleo educao em qumica).

sHriver, d. F.; Atkins, P. W. Qumica inorgnica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.

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College Pub., 1997.

3.1 Introduo3.2 Formas de apresentao da matria3.3 Misturas3.4 Processos de separao de misturas3.5 Misturas azeotrpicas3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumicaReferncias

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