Separação de Misturas

Alexandre Oliveira

por:

sobre: Química

I - ANÁLISE IMEDIATA

Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Em função disso, é necessário utilizarmos métodos de separação se quisermos obter uma determinada substância.

Para a separação dos componentes de uma mistura,. Ou seja, para a obtenção separada de cada uma das suas substâncias puras que deram origem à mistura, utilizamos um conjunto de processos físicos denominados análise imediata. Esses processos não alteram a composição das substâncias que formam uma dada mistura.

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 e areia, devemos saber que o açúcar se dissolve na água, enquanto a areia não se dissolve.

Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, é necessário usar vários processos diferentes, numa sequência que se baseia nas propriedades das substâncias presentes na mistura.

Alguns dos métodos de separação são tão comuns que nem pensamos neles como processos de separação, por exemplo, a "escolha" dos grãos de feijão (catação) e a separação de amendoim torrado das suas cascas (ventilação), ou ainda as máquinas existentes em bancos, as quais separam as moedas em função de seus tamanhos (tamisação). Esse processo é também usado para separar laranjas em diferentes tamanhos ou quando usamos uma peneira.

Vamos estudar agora, alguns desses principais processos de separação.

01. SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE MISTURAS HETEROGÊNEAS

I - SÓLIDO - SÓLIDO

a) Catação: usando a mão ou uma pinça, separam-se os componentes sólidos.

b) Ventilação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de ar.

c) Levigação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de água. A levigação 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.

d) Separação magnética: um dos sólidos é atraído por um ímã. Esse processo é utilizado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas.

e) Cristalização fracionada: todos os componentes da mistura são dissolvidos em um líquido que, em seguida, sofre evaporação provocando a cristalização separada de cada componente. A cristalização fracionada é usada, por exemplo, nas salinas para a obtenção de sais a partir da água do mar. A evaporação da água permite a cristalização de diferentes sais, sendo que o último a ser obtido é o cloreto de sódio (NaCl), usado na alimentação.

f) Dissolução fracionada: um dos componentes sólidos da mistura é dissolvido em um líquido. Por exemplo, a mistura sal + areia. Colocando-se a mistura em um recipiente com água, o sal irá se dissolver e a areia se depositar no fundo do recipiente, podendo agora ser separados pelos seguintes processos: a filtração separa a areia (fase sólida) da água salgada (fase líquida) e com a evaporação da água obteremos o sal.

g) Peneiração: usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes. São usadas peneiras que tenham malhas diferentes. Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações.

h) Fusão fracionada: Serve para separar sólidos, tomando por base seus diferentes pontos de fusão. Baseia-se, portanto, num aquecimento da mistura com controle da temperatura.

i) Sublimação: é usada quando um dos sólidos, por aquecimento, se sublima (passa para vapor), e o outro permanece sólido. Exemplo: sal e iodo ou areia e iodo (o iodo se sublima por aquecimento).

Obs.: As principais substâncias que podem ser separadas por sublimação são: o iodo, o enxofre e a naftalina (naftaleno).

II- SÓLIDO - LÍQUIDO

a) Decantação: a fase sólida, por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposita-se no fundo do recipiente

Obs.: a separação das duas fases pode ser feita de duas maneiras:

  • vira-se lentamente a mistura em um outro frasco;

  • com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase líquida para um outro frasco (sifonação)

a) Centrifugação: é uma maneira de acelerar o processo de decantação, utilizando um aparelho denominado centrifuga. Na centrífuga, devido ao movimento de rotação, as partículas de maior densidade, por inércia , são arremessadas para o fundo do tubo.

b) Filtração simples: a fase sólida é separada com o auxílio de papéis de filtro. A preparação do café e o filtro de água são dois exemplos do uso da filtração no dia a dia.

c) Filtração à vácuo: O processo de filtração pode ser acelerado pela filtração à vácuo, onde uma trompa de vácuo "suga" o ar existente na parte interior do kitassato, o que permite um mais rápido escoamento do líquido. Observe o esquema ao lado.

III- LÍQUIDO - LÍQUIDO

Decantação: separam-se líquidos imiscíveis com densidades diferentes; o líquido mais denso acumula-se na parte inferior do sistema. Em laboratório usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação, ou ainda, 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 az torneira de modo controlado. A decantação pode ser feita de uma maneira mais rudimentar, utilizando-se um sifão (sifonação).

IV- GÁS - SÓLIDO

a) Decantação: a mistura passa através de obstáculos, em forma de zigue-zague, onde as partículas sólidas perdem velocidade e se depositam.

Industrialmente, esse processo é feito em equipamento denominado câmara de poeira ou chicana, conforme o esquema:

b) Filtração: A mistura passa através de um filtro, onde o sólido fica retido. Esse processo é muito utilizado nas indústrias, principalmente para evitar o lançamento de partículas sólidas na atmosfera. A filtração é também usada nos aspiradores de pó, onde o sólido é retido (poeira) à medida que o ar é aspirado.

02 . SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE MISTURA HOMOGÊNEA

I- SÓLIDO - LÍQUIDO

Nas misturas homogêneas sólido-líquido (soluções), o componente sólido encontra-se totalmente dissolvido no líquido, o que impede as sua separação por filtração. A maneira mais comum de separar os componentes desse tipo de mistura está relacionada com as diferenças nos seus pontos de ebulição (PE). Isto pode ser feito de duas maneiras:

a) Evaporação: a mistura é deixada em repouso ou é aquecida até o líquido (componente mais volátil) sofra evaporação. Esse processo apresenta um inconveniente: a perda do componente líquido.

b) Destilação simples: a mistura é aquecida em uma aparelhagem apropriada, de tal maneira que o componente líquido inicialmente evapora e, a seguir, sofre condensação, sendo recolhido em outro frasco. Veja como é feita a destilação em laboratório:

Obs.: A entrada de água corrente no condensador deve ser feita pela parte inferior do aparelho para permitir que seu tubo externo esteja sempre completamente preenchido por água fria, que irá sair pela parte superior.

II - LIQUIDO - LÍQUIDO

a)Destilação fracionada: consiste no aquecimento da mistura de líquidos miscíveis (solução), cujos pontos de ebulição (PE) não sejam muito próximos. Os, líquidos são separados na medida em que cada um dos seus pontos de ebulição é atingido. Inicialmente, é separado o líquido com menor PE; depois, com PE intermediário e assim sucessivamente até o líquido de maior PE. A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento ou retificação. Um dos tipos mais comuns de coluna de fracionamento apresenta no seu interior um grande número de bolinhas de vidro, em cuja superfície ocorre condensação dos vapores do líquido menos volátil, ou seja, de maior ponto de ebulição, que voltam para o balão. Enquanto isso, os vapores do líquido mais volátil atravessam a coluna e sofrem condensação fora dela, no próprio condensador, sendo recolhidos no frasco. Só depois de todo o líquido mais volátil ter sido recolhido é que o líquido menos volátil passará por evaporação e condensação.

Obs.: Esse processo é muito utilizado, principalmente em indústrias petroquímicas, na separação dos diferentes derivados do petróleo. Nesse caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos. Esse processo também é muito utilizado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique).

Existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não podem ser separadas por processos físicos como, por exemplo a destilação. Isso porque tais misturas destilam em proporções fixas e constantes, como se fossem uma substância pura. Essas misturas são denominadas misturas azeotrópicas. Assim, o álcool etílico forma com a água uma mistura azeotrópica (95,5% de álcool e 4,5% de água) que destila à temperatura de 78,1° C.

Então, para obtermos o álcool anidrido ou álcool absoluto (álcool puro) utilizamos processos químicos. Adicionamos à mistura azeotrópica água e álcool, por exemplo, óxido de cálcio (CaO), que reage com a água produzindo hidróxido de cálcio Ca(OH)2. A seguir, submetemos a mistura a uma destilação, pois agora somente o álcool destila, sendo portanto, recolhido puro no béquer.

Observe na tabela abaixo, alguns casos de misturas azeotrópicas:

MISTURA AZEOTRÓPICA

PONTO DE EBULIÇÃO

álcool etílico (95,5%) + água (4,5%)

78,1° C

acetona (86,5%) + metanol (13,5%)

56° C

álcool etílico (7%) + clorofórmio (93%)

60° C

ácido fórmico (77,5%) + água (22,5%)

107,3° C

III - GÁS - GÁS

a) Liquefação fracionada: a mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada.

Obs.: Uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico: N2 e O2. Após a liquefação do ar, a mistura líquida é destilada e o primeiro componente a ser obtido é o N2, pois apresenta menor PE (-195,8 ° C); posteriormente, obtém-se o O2, que possui maior PE (-183 ° C).

b) Adsorção: Consiste na retenção superficial de gases.

Alguma substâncias, tais como o carvão ativo, têm a propriedade de reter, na sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos.

II - ANÁLISE CROMATOGRÁFICA OU CROMATOGRAFIA

Esse método, utilizado para a separação e identificação dos componentes de uma mistura, é relativamente recente. Na maioria das cromatografias, os componentes separados são identificados pela sua cor (cromos = cor). A cromatografia tem a vantagem de permitir até mesmo a separação de componentes em quantidades muito pequenas. Existem atualmente vários tipos de cromatografia, sendo que a primeira a ser utilizada foi a cromatografia em papel.

Adiciona-se uma gota da mistura a ser analisada em uma tira de papel de filtro, próximo a uma das extremidades. Depois que a gota da mistura seca, a tira de papel é colocada em um frasco contendo um solvente apropriado, de tal modo que o nível do solvente fique abaixo da gota.

O solvente é absorvido gradativamente pela tira de papel e, devido às diferentes solubilidades e aos diferentes tamanhos das moléculas, os componentes da mistura "sobem" com diferentes velocidades. Com isso, os componentes se separam em diferentes regiões da tira de papel.

Esse processo, além de permitir a determinação do número de componentes presentes na mistura, permite também a identificação das substâncias . Para se conseguir essa identificação, comparam-se os resultados obtidos na cromatografia da mistura com outros resultados obtidos em experiências anteriores, feitas com substâncias puras.

III - TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA

Qualquer transformação sofrida pela matéria é considerada fenômeno, ou ainda qualquer acontecimento na natureza que podem ser classificados em:

  • Fenômenos físicos;

  • Fenômenos químicos.

a) FENÔMENOS FÍSICOS

São aqueles que não alteram a natureza da matéria, isto é, a sua composição. Ou ainda:

Fenômeno físico é toda e qualquer transformação sofrida por um material sem que haja alteração de sua constituição íntima, sendo possível a sua recuperação por métodos elementares.

Ex.: mudanças de estado físico da matéria (estado de agregação); dissolução do açúcar em água; cortar uma árvore; acender uma lâmpada; uma fruta caindo da árvore, etc.

b) FENÔMENOS QUÍMICOS

São aqueles que alteram a composição da matéria, ou seja, a sua composição. Ou ainda:

Fenômeno químico é toda e qualquer transformação sofrida por um material de modo que haja alteração de sua constituição íntima, não sendo possível a sua recuperação por métodos elementares.

Ex.: a queima do álcool ou da gasolina, riscar um palito de fósforo (reações de combustão); formação da ferrugem (reações de oxidação); digestão dos alimentos, etc.

Quando ocorre um fenômeno químico, uma ou mais substâncias se transformam e dão origem a novas substâncias. Então, dizemos que ocorreu uma reação química.

VISUALIZAÇÃO DE UM FENÔMENO QUÍMICO OU REAÇÃO QUÍMICA

Uma maneira bem simples de reconhecermos a ocorrência de um fenômeno químico é a observação visual de alterações que ocorrem no sistema. A formação de uma nova substância está associada a:

1. Mudança de cor. Exemplos: queima de papel; cândida ou água sanitária em tecido colorido; queima de fogos de artifício.

2. Liberação de um gás (efervescência). Exemplos: antiácido estomacal em água; bicarbonato de sódio (fermento de bolo) em vinagre.

Às vezes, uma única substância, ao ser aquecida, transforma-se em outras, antes de atingir uma temperatura que possibilite sua mudança de estado. Assim, o aquecimento do carbonato de cálcio, existentes nas rochas calcárias, não leva à fusão, mas à sua decomposição, na qual se obtém um gás:

CaCO3

---------------->

CaO +

CO2

carbonato de cálcio

 

óxido de cálcio ou cal

gás carbônico

(sólido)

 

(sólido)

(gás)

 

3. Formação de um sólido (formação de precipitado). Ao misturar dois sistemas líquidos ou um sistema líquido e um gás, poderá ocorrer a formação de uma nova substância sólida, que chamamos de precipitado. Com o tempo o sólido formado se deposita no fundo do recipiente, isto é, sofre decantação. Exemplos: líquido de bateria de automóvel + cal de pedreiro dissolvida em água; água de cal + ar expirado pelo pulmão (gás carbônico).

4. Uma outra forma de reconhecermos se ocorreu uma reação química é a alteração da quantidade de energia na reação.

Quando colocamos magnésio metálico em ácido clorídrico, além de observarmos a saída de gases, notamos que o recipiente em que eles foram misturados fica aquecido, isto é, há liberação de calor para o ambiente. As combustões são reações que liberam calor.

Efeitos térmico acompanham as reações químicas; quanto a eles as reações podem ser:

  • Exotérmicas: liberam calor para o ambiente.
  • Endotérmicas: absorvem calor do ambiente.


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