QUÍMICA - 1° Ano Processos de separação de misturas Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 1ª Série PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE

QUÍMICA - 1° AnoProcessos de separação de misturas

Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química

Ensino Médio, 1ª SériePROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS


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).


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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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.


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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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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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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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


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.


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


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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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.


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 paraaquecimento

Forno deDestilação

ÓleoPesado


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.


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


Cromatografia• Suponha você tenha uma

mistura de muitos compostos.• Seria possível separar uns dos

outros?• Você certamente não pode

catá-los à mão!• O método que os cientistas

usam para agrupar os diferentes componentes de uma mistura é conhecido como cromatografia (16).

• Assim, é possível separar algumas misturas em cerca de minutos com papel e água!

• Quando o papel é usado na separação de uma mistura, a técnica é conhecida como cromatografia em papel.

Imagem: Stéphane Mons/ GNU Free Documentation License.


Cromatografia (conceitos)

• Baseia-se na polaridade das moléculas, propriedade que gera atração mútua entre moléculas semelhantes.

• Uma molécula polar é aquela que possui uma região rica em elétrons e uma outra região que é pobre em elétrons.

• Essas regiões são representadas normalmente como sendo negativamente e positivamente carregadas, respectivamente.

Imagem: Armando-Martin / GNU Free Documentation License.


Cromatografia (conceitos)• Moléculas polares são unidas por

forças de atração entre cargas opostas de moléculas diferentes.

• As moléculas de água, por exemplo, possuem regiões ricas em elétrons (átomos de oxigênio) e regiões pobres em elétrons (átomos de hidrogênio).

• Desta forma, elas se organizam de maneira tal que a região de carga positiva de uma molécula é atraída pela região de carga negativa de outra (17).

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Cromatografia (conceitos)• Estas interações entre as

moléculas de água é tão forte que têm um nome especial: pontes de hidrogênio.

• São elas que explicam o elevado ponto de ebulição (PE) da água.

• Como a molécula de água (H20) é muito mais simples que a de etanol (H2C-H2C-OH), deveria possuir um PE menor.

• Contudo, a água tem um PE muito mais alto:– etanol = 46°C– água = 100°C

Ponte de Hidrogênio

Imagem: P.wormer/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Imagem: Autor desconhecido / Public Domain.


Cromatografia (histórico)• A técnica foi descoberta em 1906

pelo botânico italiano naturalizado russo Mikahail Tswett, mas só passou a ser amplamente usada a partir dos anos 30.

• Tswett separou pigmentos de plantas (clorofilas) usando um extrato de folhas verdes em éter de petróleo sobre uma coluna com carbonato de cálcio em pó em um tubo de vidro vertical.

• Enquanto a solução atravessava a coluna, os componentes individuais da mistura migraram para baixo em diferentes velocidades.

• Desta forma, a coluna apresentou-se marcada com um gradiente horizontal de cores. A esse gradiente deu-se o nome de cromatograma.

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Cromatografia (outros tipos)

• A Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC do inglês High Performance Liquid Chromatography), uma variável desta técnica que hoje tem uso bastante comum, promove a adsorção de líquidos em partículas extremamente pequenas e uniformes para promover alta sensibilidade (17).

• A cromatografia em coluna usa atualmente uma grande variedade de adsorventes sólidos, incluindo sílica, alumina e sílica gel.


Exercícios1. 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.


Exercícios2. 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, 1b) 1, 3, 4, 5, 2c) 4, 3, 2, 1, 5d) 3, 2, 4, 5, 1e) 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

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Exercícios4. Têm-se os seguintes sistemas:

I. areia e águaII. álcool (etanol) e águaIII. 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 IA areia seria o resíduo sólido que seria retido pelo papel de filtro.

b) Sistema IIIApós 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


Experimento: Cromatografia em papelObjetivo:• Separar uma mistura de tinturas

em tinta de caneta tinteiro.Materiais:1. Dois discos de papel de filtro

(diâmetros de 11 cm ou maior).2. Um recipiente de plástico

transparente.3. Várias canetas de ponta porosa

com tintas diferentes.

Procedimento:1. Num dos círculos faça um

orifício central de 1,5 cm de diâmetro.

2. Ao redor desse orifício pinte pequenos círculos coloridos.

3. Enrole o outro círculo na forma de cone (pode grampear na base para garantir que não desenrole).

4. Encaixe o círculo que contém as pintas coloridas sobre o cone de.

Disco com marcas coloridasDisco de papel de filtro Cone de papel de filtro Disco encaixado no cone


Experimento: Cromatografia em papel5. Coloque esse conjunto dentro do

recipiente de plástico e preencha o fundo desse recipiente com álcool (camada de cerca de 1 cm de altura) e feche o recipiente com sua tampa própria.

Resultados esperados• O álcool começará a encharcar o cone

a partir da base e migrará lentamente até o disco que contém as marcas coloridas.

• Ali chegando, começará a migrar em sentido à periferia do disco.

• Ao passar pelas marcas, irá dissolver a tinta, arrastando consigo os pigmentos para a borda do disco.

• Como cada componente da mistura da tinta percorre o disco com velocidade diferente (devido às diferentes composições químicas), ocorrerá a separação dos componentes da tinta.

• Assim, formar-se-ão trilhas coloridas radiais a partir de cada marca inicial.

álcool


Até a próxima aula!

QUÍMICA - 1° AnoProcessos de separação de misturasTabela de ImagensSlide Autoria / Licença Link da Fonte Data do

Acesso 3 Holger Casselmann/Creative

Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Garam_Masala_new_2008.JPG

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4a Rodrigo.Argenton/Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Milho.JPG 04/04/2012

4b Thamizhpparithi Maari/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:A_road_side_peanut_seller.JPG

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5a (a)Beatrice Murch/Creative Commons Attribution 2.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Museo_de_La_Plata_-_Granito_Rosa_del_Salto.jpg

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5b (b) Victor Blacus/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_and_ice.jpg

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5c (c)Victor Blacus/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_and_oil.jpg

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6 Shrout, Bill, Photographer / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EPA_GULF_BREEZE_LABORATORY,_CHEMISTRY_LAB._DENNIS_KNIGHT_PHYSICAL_SCIENCE_TECHNICIAN,_PREPARES_PESTICIDE_SEDIMENT..._-_NARA_-_546310.jpg

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7 David Monniaux / GNU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beans_dsc07814.jpg

04/04/2012


Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

8 U.S. Air Force photo/Tech. Sgt. Shane A. Cuomo /

Public Domain.http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Sifting_for_POW_remains,_Wake_Island.jpg

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9a Peanut/Benedikt.Seidl/Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peanut_three_in_one.jpg

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9b Sarphooka is a herb used in prostitis along with gul mundi and tulsi in equal weight. 6 g/day dose of this mixture . taken as liquid extract after boiling and cool/Miansari66 / Public Domain.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sarphooka.JPG

04/04/2012

10a Original uploader was The Evil Spartan at en.wikipedia/public domain

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Treasure_chest_color.png

04/04/2012

10b Un orpailleur à Madagascar/Lebelot/ Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic license.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Orpailleur_%C3%A0_Madagascar.JPG

04/04/2012

11 PRHaney / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Separatory_funnel_with_oil_and_colored_water.jpg

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12a Thomasione / Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Differentielle_zentrifugation.gif

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12b Nickele/GNU Free Documentation License. http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Ampoule_%C3%A0_brome.JPG

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13a Elke Wetzig / GNU Free Documentation License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Kaffeefilter.jpg

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Tabela de Imagens



13b Julius Schorzman / Creative

Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_small_cup_of_coffee.JPG

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14a Batz sur Mer, Marais Saltants / Harrieta171 / GNU Free Documentation License.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Batz-sur-Mer_Marais_Salants_(2).jpg

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14b Vidralta / GNU Free Documentation License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Evaporation.png

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15 IUTABB / Free Art License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Image1centri.JPG

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16a Nevit/Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Dry_ice_9669_Nevit.jpg

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16b Spidermancrd/ Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Samuraifinal1_Hizoku.jpg

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17 U.m/Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Destilacao-flash.gif

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18 U.m/Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Destilacao_fracionada.gif

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19 Psarianos, Theresa knott/ GNU Free Documentation License.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Crude_Oil_Distillation-fr.png

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20a Oguraclutch/ GNU Free Documentation License. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:A-1_horseshoe-magnet-red-silver-iron-filings-AHD.jpg

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20b Palmer, Alfred T. / Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Allegheny_Ludlum_Steel_Corp_Scrap_Piles.jpg

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Tabela de Imagens



22 Stéphane Mons/ GNU Free Documentation

License.http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:CCM_Exemple_1.png

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23 Armando-Martin/GNU Free Documentation License.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Potencial_de_union_liquida--liquid_joint_potential.png

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24a Autor desconhecido/Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 2.5 Genérica.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H2o_hq2_alpha.png?uselang=pt-br

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24b Biopresto/Public Domain. http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Legameidrogeno-h2o.jpg

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25a P.wormer/Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:H2O_dimer.png

04/04/2012

25b Autor desconhecido/Public Domain. http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Etanol.jpg 04/04/201226 Autor desconhecido/ Creative Commons

Attribution-Share Alike 2.5 Generic.http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Chromatography_of_chlorophyll_results.jpg

04/04/2012

28a (a)Thorsten Hartmann / GNU Free Documentation License.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Sand_Norderney.jpg

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28b (b)Jlahorn / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Iron_sand_attracted_to_a_magnet.jpg

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28c (c)Miansari66 / Public Domain. http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Salt_,_Lake_salt.JPG

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29 Agricultural Research Service /Public Domain. http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Orange_juice_1.jpg

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Tabela de Imagens



30 Rob Lavinsky,Rocks.com /Creative Commons

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04/04/2012

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QUÍMICA - 1° Ano Processos de separação de misturas Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química Ensino Médio, 1ª Série PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE