Sumário. Química. Frente 1. Frente 2. Capítulo 2: Separação de misturas, fenômenos físicos e químicos 88. Capítulo 4: A Tabela Periódica 96

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1 Sumário Química Frente 1 Capítulo 2: Separação de misturas, fenômenos físicos e químicos 88 Frente 2 Capítulo 4: A Tabela Periódica 96

2 QUÍMICA frente 1 ARTHUR HSIEH DREAMSTIME.COM Separação de misturas, fenômenos físicos e químicos 88

3 Capítulo 2 Separação de misturas, fenômenos físicos e químicos 1. Separação de misturas com duas ou mais fases (misturas heterogêneas) Como é possível realizar o tratamento de água? ANTIKAINEN DREAMSTIME.COM Tanque de decantação. O tratamento de água consiste em uma série de processos físicos e químicos que visam torná-la potável. Uma das etapas do tratamento é a decantação, na qual os flocos de sujeira depositam-se no fundo do tanque e são separados da água. Esse é um dos tipos de separação de misturas heterogêneas que veremos a seguir. Em diversas ocasiões da nossa vida, realizamos a separação de misturas por exemplo, ao preparar um café passando a água pelo coador ou ao escolher o feijão antes de cozinhá-lo. As indústrias que nos fornecem produtos fazem essas separações diariamente: a extração de enxofre e a obtenção dos derivados do petróleo (como a gasolina) são apenas dois exemplos. O método a ser utilizado para a separação dependerá do tipo de mistura a ser separada: se ela é heterogênea ou homogênea e quais as propriedades físicas de seus componentes (estado físico, densidade, solubilidade etc.). Iniciaremos nosso estudo pelos principais métodos de separação de misturas heterogêneas sólido-sólido Separação por densidades Quando as partículas possuem diferentes densidades, como no exemplo (a areia é mais densa que a serragem), é comum adicionar um líquido de densidade intermediária (por exemplo, a água, que possui densidade menor que a da areia e maior que a da serragem), então o componente mais denso se deposita no fundo do recipiente e o menos denso flutua. Observe a imagem: O líquido adicionado fica entre os componentes. 89

4 1.2. Dissolução fracionada A dissolução fracionada é indicada quando um dos sólidos é solúvel em determinado solvente e o outro, não. Neste exemplo, o sal dissolve-se na água, mas a areia não. Essa mistura pode, a seguir, ser filtrada para separar a areia e, depois, pode-se destilar a solução de água com sal para recuperar o sal. Filtração e destilação são outros métodos de separação de misturas que estudaremos logo mais, neste capítulo. Areia e sal 1.3. Fusão fracionada Adição de água Salmoura Areia Um importante método para obter enxofre é esse, desenvolvido por Frasch. O enxofre é encontrado muitas vezes misturado à terra ou à areia e é preciso separá-lo. Para isso, injeta-se vapor superaquecido no solo, para que apenas o enxofre derreta, e a areia não. Esse processo, chamado de fusão fracionada, é indicado para separar sólidos que possuam pontos de fusão muito diferentes. Depois disso, o ar comprimido empurra o enxofre líquido para a superfície. Ar Comprimido 1.4. Cristalização fracionada Quando temos dois compostos e um é mais solúvel em determinado solvente do que o outro, podemos usar a cristalização fracionada para separá-los. Para isso, basta dissolver os dois compostos e resfriar a solução. A B A e B Sólidos dissolvidos resfriamento Água A B A: Sólido dissolvido B: Sólido cristalizado (corpo de chão) O composto que possui menor solubilidade na nova temperatura irá se cristalizar, enquanto o mais solúvel continuará na forma aquosa. Depois disso, pode-se fazer uma filtração para separar o sólido da solução. Este método pode ser feito por evaporação do líquido. 2. Métodos de separação de misturas heterogêneas do tipo sólido-líquido Preparando um cafezinho Parte 1 ARTHUR HSIEH DREAMSTIME.COM Enxofre líquido Enxofre petrificado Água superaquecida Enxofre líquido O preparo do café é um processo de filtração. Normalmente, usa-se um filtro de papel. Após acomodá-lo no coador, é só adicionar o pó e despejar lentamente a água quente. A água extrai do pó as substâncias que tanto apreciamos no cafezinho. A filtração, assim como a decantação, é um processo de separação de misturas heterogêneas (sólido-líquido). 90

5 2.1. Filtração A filtração serve para separar misturas heterogêneas, em que um sólido está misturado a um líquido (por exemplo, o café) ou a um gás (por exemplo, a poeira no ar). Essas partículas sólidas são retidas mecanicamente em filtros dotados de pequenas aberturas, que permitem que passe o líquido (ou o gás), mas não a fase sólida. Bagueta Mistura (sólido + líquido) Funil com papel de filtro Sólido separado (resíduo) Béquer Líquido separado (filtrado) Suporte universal Na representação de um filtro acima (à direita), note que as bolinhas maiores (que representam o sólido) são retidas, por não conseguirem passar pelos poros. Já as bolinhas pequenas (que representam o líquido ou o gás) os atravessam. Assim, os filtros separam esses tipos de misturas Filtração a vácuo Para acelerar o processo de filtração, podemos utilizar a filtração a vácuo. Neste método, o vácuo na parte de baixo faz com que o líquido atravesse a membrana filtrante com mais velocidade. sólido separado ácuo suporte universal funil de Buchner A centrifugação é uma maneira de acelerar a decantação, fazendo girar em alta velocidade os tubos de ensaio contendo as misturas: Sólido Líquido uido parado kitassato Centrífuga 2.3. Decantação Decantação é a separação de misturas que ocorre naturalmente, devido às diferenças de densidade entre as substâncias da mistura: o componente mais denso desce até o fundo do recipiente e o menos denso fica na superfície. Podemos também usar a decantação para separar líquidos imiscíveis. Em laboratórios, isso é feito utilizando-se um funil de decantação (ou funil de bromo). Na imagem ao lado, pode-se observar um óleo (parte superior) separado de uma solução aquosa azul (parte inferior): 91

6 3. Separação de misturas com uma fase (misturas homogêneas) 3.1. Extração Preparando um cafezinho Parte 2 ARTHUR HSIEH DREAMSTIME.COM Já falamos de como a filtração é utilizada para coar o café; mas antes de prepará-lo, o seu pó é uma mistura homogênea. Ao adicionarmos água quente a essa mistura, a água consegue dissolver algumas substâncias do pó, enquanto outras permanecem no estado sólido. Esta separação de substâncias é chamada de extração. A extração é um dos métodos de separação de misturas homogêneas Destilação simples A destilação simples é um método de separação de misturas homogêneas compostas por líquido e sólido por exemplo, água com açúcar ou água com sal. A destilação consiste em duas transformações físicas: primeiro a ebulição, que faz com que o solvente passe para a forma gasosa, e a seguir a condensação, que devolve o solvente para a fase líquida, permitindo assim que possamos recuperá- -lo. Um esquema de aparelhagem para destilação é mostrado abaixo: Fonte de aquecimento 2. Balão contendo a mistura 3. Termômetro 4. Condensador 5. Entrada de água para refriamento do condensador 6. Saída de água 7. Erlenmeyer para recolher o destilado 92

7 3.3. Destilação fracionada A destilação fracionada é um método de separação de misturas homogêneas compostas por líquido e líquido por exemplo, água com álcool ou o petróleo. Possui o mesmo princípio da destilação simples, porém utiliza uma coluna de fracionamento; ao longo desta, diversos pratos internos fazem com que a parte do líquido de menor temperatura de ebulição se condense, separando-o pouco a pouco do líquido de maior temperatura de ebulição. Balão de destilação Termômetro Saída da água de resfriamento Coluna de fracionamento Mistura homogênea líquido-líquido Condensador Entrada da água de resfriamento Saída Manta elétrica Béquer com primeiro líquido recolhido Um importante exemplo desse método de separação é a destilação fracionada do petróleo, a qual permite a obtenção das diversas porções do petróleo, como gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrificante e outros componentes. C 1 a C 4 gases 20 C GPL Nafta 70 C C 5 a C 9 Fábrica de produtos químicos Petróleo Frações com densidade, massa molecular e temperatura de ebulição decrescente C 5 a C 10 Gasolina 120 C C 10 a C 16 Querosene 170 C C 14 a C 20 Óleo diesel 270 C C 20 a C 50 Óleo lubrificante C 20 a C 70 Óleo combustível 600 C > C 70 resíduo/alcatrão Gasolina para veículos Diesel Combustível para aviões, aquecimento e energia Óleos lubrificantes Combustível para barcos e indústria Alcatrão 93

8 4. Fenômenos físicos e químicos Fenômeno físico É a transformação que ocorre com o material, mas que não altera sua composição (ou fórmula). Exemplo: evaporação da água Evaporação Nesse fenômeno, a água no estado líquido recebe calor e passa para o estado de vapor (gasoso): H 2 O (l) i H 2 O (g) OBS.: todas as mudanças de estado físico são fenômenos físicos. Fenômeno químico É a transformação que ocorre com uma mudança na composição (ou fórmula) do material. Exemplo: reações de combustão (os produtos gerados na transformação são diferentes dos reagentes iniciais). A tabela abaixo mostra mais alguns exemplos de fenômenos químicos e físicos: Fenômeno Queima do Ebulição da Imantação do Enferrujamento Destilação do papel água ferro de um prego petróleo Classificação Químico Físico Físico Químico Físico Os fenômenos químicos ou reações químicas são representados pelo que chamamos de equação química. Na equação química, representam-se as fórmulas dos reagentes do lado esquerdo e as dos produtos, do lado direito. Veja o exemplo da combustão do etanol: C 2 H 6 O + 3 O 2 2 CO H 2 O + + Reagentes 2 átomos de C 6 átomos de H 7 átomos de O Produtos 2 átomos de C 6 átomos de H 7 átomos de O Note que o número de átomos dos reagentes é igual ao número de átomos dos produtos! Veja abaixo mais alguns exemplos de fenômenos físicos e químicos: SAEID SHAHIN KIYA DREAMSTIME.COM 94

9 Fenômenos físicos Fenômenos químicos EMIN OZKAN DREAMSTIME.COM OGUZARAL DREAMSTIME.COM Lata sendo amassada Digestão de alimentos. CELSO PUPO RODRIGUES DREAMSTIME.COM Fusão do gelo Preparo de um bolo. MARIO BONOTTO DREAMSTIME.COM DAVID KOSCHECK DREAMSTIME.COM ANDREY ARMYAGOV DREAMSTIME.COM Dissolução do açúcar. Dissolução de comprimido efervescente 95