Aula 2. # Relembrando alguns conceitos da aula anterior. - Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e tem massa

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1 Aula 2 # Relembrando alguns conceitos da aula anterior - Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e tem massa - Estados físicos da matéria e suas transformações - Transformações (químicas e físicas; espontâneas e não-espontâneas) - Tipos de substâncias (simples e compostas) - Fase: porção homogênea do sistema Oxigênio (O 2) Água (H 2O) - Tipos de misturas (homogênea e heterogênea) 1

2 Diagramas de mudanças de estados físicos Substâncias puras. Ex.: água Misturas. Ex.: água + açúcar Mistura eutética. Ex.: gelo + sal, solda (63% estanho + 37% chumbo) Mistura azeotrópica. Ex.: 96% álcool + 4% água 2

3 - Processos de separação de misturas - Separação de misturas heterogêneas # Começando a aula 2 - Misturas sólido sólido - Catação e peneiração: usando a mão ou uma peneira, separa-se os componentes sólidos. Exemplo: separar os grãos do feijão. - Ventilação: o sólido menos denso (mais leve) é separado da mistura através de uma corrente de ar. Exemplo: remoção das cascas de amendoim. - Levigação: o sólido menos denso (mais leve) é separado da mistura através de uma corrente de água que carrega consigo o sólido mais leve. Exemplo: separação de areia e ouro no processo de mineração. - Separação magnética: um dos sólidos é atraído por um imã e separado da mistura. Exemplo: separação do minério de ferro de outras impurezas durante a mineração. - Dissolução fracionada: um dos componentes sólidos é dissolvido em um líquido. A solução resultante é separada do sólido insolúvel por filtração. Exemplo: separação da mistura areia + sal usando água. O sólido dissolvido no líquido é recuperado pela vaporização do mesmo. - Misturas sólido líquido - Decantação ou sedimentação: a fase sólida, por ser mais densa, sedimenta-se (deposita-se) no fundo do recipiente. O líquido sobrenadante pode ser removido vertendo-se o recipiente com cuidado. Exemplo: separação da mistura de água + barro. - Filtração simples: a fase sólida é separada da líquida através de um filtro de papel. Exemplo: coando café; separação da mistura de água + barro. 3

4 - Misturas líquido líquido - Decantação: separam-se líquidos imiscíveis com densidades diferentes. O mais pesado (mais denso) acumula-se na parte inferior do recipiente e o mais leve (menos denso) fica no topo. Para fazer esse tipo de separação em um laboratório, usa-se o funil de separação (ou funil de decantação). Exemplo: separação da mistura água + óleo. - Separação de misturas homogêneas - Misturas sólido líquido - Evaporação: a mistura é aquecida até que o líquido sofra evaporação (em uma temperatura acima do seu ponto de ebulição). Nesse caso, o líquido é perdido. Exemplo: separação da mistura água + sal. - Destilação simples: a mistura é aquecida em uma aparelhagem apropriada de tal forma que o componente líquido seja evaporado e, a seguir, sofra condensação, sendo recolhido em outro frasco. Exemplo: separação de água + sal. Nesse caso, tanto o líquido quanto o sólido são recuperados. A aparelhagem necessária para uma destilação simples é mostrada na figura a seguir. 4

5 - Misturas líquido líquido - Destilação fracionada: consiste no aquecimento da mistura de líquidos miscíveis, cujos pontos de ebulição (PE) são diferentes. Os líquidos são separados a medida em que cada um dos seus pontos de ebulição é atingido. Inicialmente, é separado o líquido de menor PE, depois, o líquido com PE intermediário e assim por diante. A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento, conforme representado na figura a seguir. Exemplo: separação da mistura água + álcool. - Misturas gás gás - Liquefação fracionada: a mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada. Uma aplicação prática desse processo é a separação dos dois principais componentes do ar atmosférico: os gases oxigênio (O 2) e nitrogênio (N 2). A tabela a seguir resume os principais tipos de separação de misturas homogêneas e heterogêneas: Método Tipo de Tipo da mistura Exemplos mistura Filtração Heterogênea Sólido-líquido Areia + água Decantação Heterogênea Sólido-líquido Líquido-líquido Areia + água Óleo + água Dissolução fracionada Heterogênea Sólido-sólido Sal + areia Destilação simples Homogênea Sólido-líquido Sal + água Destilação fracionada Homogênea Líquido-líquido Água + álcool Liquefação fracionada Homogênea Gás-gás Componentes do ar # Estudos de caso - O petróleo é a matéria-prima usada na obtenção de vários tipos produtos de interesse como combustíveis (óleos, gasolina, gases), lubrificantes, ceras, asfalto, etc. Todos esses produtos são obtidos a partir da destilação fracionada do petróleo bruto nas indústrias petroquímicas. Nesse 5

6 caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos. Os componentes do petróleo também são separados de acordo com seus respectivos pontos de ebulição. As figuras a seguir mostram o esquema e uma imagem real de uma torre de destilação fracionada usada na separação dos componentes do petróleo. - O tratamento de água para abastecimento envolve várias etapas, dentre as quais, métodos físicos de separação de misturas. Primeiramente, a água recebe um agente coagulante, como sulfato de ferro - Fe 2(SO 4) 3 ou sulfato de alumínio - Al 2(SO 4) 3, que atua como um aglomerante de pequenas partículas (areia, barro) suspensas na água, formando flocos maiores. Depois, a água permanece em repouso para que os flocos possam se depositar no fundo dos tanques (decantação). Após essa etapa, a água é filtrada para remover as partículas restantes que não foram removidas por decantação. Em seguida, a água passa por um processo de desinfecção (cloração) e fluoretação. A água, então, segue para os reservatórios, de onde é encaminhada para residências e indústrias, por meio de tubulações. A figura a seguir resume todas essas etapas. 6

7 # Exercícios de fixação 1) (ESPM-SP) Em um erlenmeyer, colocam-se 3 moedas, álcool, água e óleo de cozinha. Quantas fases possuem essa mistura? 2) (MACK-SP) O número de substâncias simples entre as substâncias de fórmula: O 3, H 2O, Na, P 4, CH 4, CO 2 e Co é: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 7 b) A temperatura de fusão da espécie é menor que a da água pura. c) O tempo gasto para se fundir a espécie química é o mesmo gasto na ebulição. d) Abaixo de 0 o C, a espécie química está totalmente na fase líquida. e) No intervalo de tempo entre 15 e 20 s, a espécie química está no estado líquido. 5) (MACK-SP) No gráfico adiante, de mudanças de fase de agregação de uma substância provocada pelo aumento de temperatura, o nome correto das transformações ocorridas nos intervalos X e Y são, respectivamente: 3) (MACK-SP) Qual das misturas a seguir é sempre um sistema homogêneo nas condições ambiente: a) água e óleo b) oxigênio e nitrogênio c) água e gasolina d) álcool e areia e) água e serragem. 4) (UFRGS) A amostra de uma espécie química foi analisada em um laboratório e, como resultado, obteve-se o seguinte gráfico: a) solidificação e condensação. b) fusão e ebulição. c) liquefação e vaporização. d) sublimação e sublimação. e) fusão e liquefação 6) (UFPA) O gráfico a seguir representa a curva de resfriamento da água pura à pressão constante de 1 atm. Dentre as seguintes alternativas, assinale aquela que não está correta em relação ao gráfico: a) O gráfico representa a mudança de fase de uma espécie química pura. 7

8 Julgue se são verdadeiras ou falsas as afirmações a seguir: a) O fenômeno que ocorre na região B da curva é a solidificação e há duas fases em equilíbrio. b) Na região C da curva, há somente a fase sólida. c) Nas regiões B e D da curva, a temperatura permanece constante. d) Na região D da curva, coexistem as fases sólida e líquida. 7) (VUNESP) O gráfico a seguir mostra a curva de mudanças de estado quando o chumbo metálico é aquecido: 10) (UFV-MG) Duas amostras de uma solução aquosa do sal sulfato de cobre (CuSO 4), de coloração azul, foram submetidas às seguintes operações: I Filtração simples. II Destilação simples. a) Qual a coloração do filtrado na operação I? b) Qual a coloração do destilado na operação II? c) Classifique o sistema obtido no filtrado na operação I. d) Classifique o sistema obtido no destilado na operação II. Questões 11 a 13) (UFBA) Considere a tabela a seguir: I II III IV Água e gasolina Álcool Hidrogênio Água e álcool a) Qual o estado físico que o chumbo se encontra após 15 minutos de aquecimento? b) Durante quanto tempo o chumbo permanece totalmente no estado líquido? c) Qual o estado físico do chumbo a 1760º C? d) Em quais intervalos de tempo o chumbo coexiste em dois estados físicos? 8) (UNICAMP) Em um acampamento, um estudante deixou cair na areia todo o sal de cozinha disponível. Entretanto, tendo conhecimento sobre separação de misturas, conseguiu recuperar praticamente todo o sal. Quais operações este estudante pode ter realizado? 9) (UNICAMP) Em uma república estudantil, um dos moradores deixou cair óleo no recipiente que continha sal de cozinha. Considerando que o sal não é solúvel no óleo, mas solúvel em água, como será possível recuperar o sal e o óleo, deixando-os em condições de uso novamente? 11) Os sistemas I, II, III e IV são, respectivamente: a) solução (mistura homogênea), mistura heterogênea, substância composta, substância simples b) solução (mistura homogênea), mistura heterogênea, substância simples, substância composta c) substância simples, substância composta, solução (mistura homogênea), mistura heterogênea d) substância composta, substância simples, mistura heterogênea, solução (mistura homogênea) e) mistura heterogênea, substância composta, substância simples, solução (mistura homogênea) 12) Para separar os componentes do sistema I, deve-se usar o processo de: a) decantação b) filtração 8

9 c) destilação simples d) destilação fracionada e) evaporação 13) O sistema IV pode ser separado por: a) evaporação b) filtração c) fusão d) destilação fracionada e) sublimação 14) (FUVEST SP) Explique o que é a destilação fracionada do petróleo e indique três produtos que podem ser obtidos através desse método de separação. 15) (UFV MG) O equipamento esquematizado abaixo pode ser utilizado para separar componentes de: a) um sistema homogêneo líquido/líquido b) qualquer sistema heterogêneo c) uma mistura de álcool e água d) uma mistura de pó de ferro e areia e) um sistema heterogêneo sólido/líquido 16) (CESGRANRIO RJ) Numa das etapas de tratamento de água para consumo, a água é mantida durante um certo tempo em tanques para que os sólidos em suspensão se depositem no fundo. Essa operação é denominada: a) filtração b) sifonação c) cristalização d) sedimentação e) centrifugação 17) (PUC Campinas) Pode-se separar, industrialmente, o nitrogênio e o oxigênio existentes no ar atmosférico mediante: a) liquefação e filtração b) liquefação e fusão fracionada c) destilação fracionada e filtração d) destilação fracionada e sifonação e) liquefação e destilação fracionada 18) (PUC MG) Para a separação das misturas gasolina/álcool e enxofre (sólido)/água, os processos mais adequados, respectivamente, são: a) decantação e filtração b) destilação fracionada e filtração c) destilação simples e decantação d) liquefação e decantação e) sedimentação e evaporação 19) (ENEM) Em visita a uma usina sucroalcooleira, um grupo de alunos pôde observar a série de processos de beneficiamento da cana-de-açúcar, entre os quais se destacam: 1. A cana chega cortada da lavoura por meio de caminhões e é despejada em mesas alimentadoras que a conduzem para as moendas. Antes de ser esmagada para a retirada do caldo açucarado, toda a cana é transportada por esteiras e passada por um eletroímã para a retirada de materiais metálicos. 2. Antes de se esmagar a cana para se obter o caldo, a mesma é lavada em tanques de água e deixada em repouso para separar folhas e cascas que flutuam, por serem menos densos que a cana. 3. O caldo primário, resultante do esmagamento, é passado por filtros e sofre tratamento para transformar-se em açúcar refinado e etanol. 9

10 Com base nos destaques da observação dos alunos, quais operações físicas de separação de materiais foram realizadas nas etapas de beneficiamento da cana-de-açúcar? a) Separação mecânica, extração, decantação. b) Separação magnética, combustão, filtração. c) Separação magnética, decantação, filtração. d) Imantação, combustão, peneiração. e) Imantação, destilação, filtração. 20) (UNICAMP) Têm-se as seguintes misturas: I areia e água. II álcool (etanol) e água. III sal de cozinha (NaCl) e água, neste caso, uma mistura homogênea. Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Perguntase: a) Qual mistura 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? 21) (UNICAMP) Os gases nitrogênio, oxigênio e argônio, principais componentes do ar, são obtidos industrialmente por meio da destilação fracionada do ar liquefeito. Indique a sequência de obtenção dessas substâncias neste processo de destilação fracionada. Justifique sua resposta. (Dados: Temperaturas de ebulição a 1,0 atm.) Substância PE/ o C Argônio (Ar) -186 Nitrogênio (N 2) -196 Oxigênio (O 2) ) (ENEM) Seguem a seguir alguns trechos de uma matéria da revista Superinteressante, que descreve hábitos de um morador de Barcelona (Espanha), relacionando-os com o consumo de energia e efeitos sobre o ambiente. I. Apenas no banho matinal, por exemplo, um cidadão utiliza cerca de 50 litros de água, que depois terá que ser tratada. Além disso, a água é aquecida consumindo 1,5 quilowatthora (cerca de 1,3 milhões de calorias), e para gerar essa energia foi preciso perturbar o ambiente de alguma maneira II. Na hora de ir para o trabalho, o percurso médio dos moradores de Barcelona mostra que o carro libera 90 gramas do venenoso monóxido de carbono e 25 gramas de óxidos de nitrogênio Ao mesmo tempo, o carro consome combustível equivalente a 8,9kwh. III. Na hora de recolher o lixo doméstico quase 1kg por dia. Em cada quilo há aproximadamente 240 gramas de papel, papelão e embalagens; 80 gramas de plástico; 55 gramas de metal, 40 gramas de material biodegradável e 80 gramas de vidro. No trecho I, a matéria faz referência ao tratamento necessário à água resultante de um banho. As afirmações a seguir dizem respeito a tratamentos e destinos dessa água. Entre elas, a mais plausível é a de que a água: a) passa por peneiração, cloração, floculação, filtração e pós-cloração, e é canalizada para os rios. b) passa por cloração e destilação, sendo devolvida aos consumidores em condições adequadas para ser ingerida. c) é fervida e clorada em reservatórios, onde fica armazenada por algum tempo antes de retornar aos consumidores. d) passa por decantação, filtração, cloração e, em alguns casos, por fluoretação, retomando aos consumidores. e) não pode ser tratada devido à presença do sabão, por isso é canalizada e despejada em rios. 23) (UFSM) Quando chega às refinarias, o petróleo passa por processo que resulta na separação de seus diversos hidrocarbonetos, 10

11 como gasolina, querosene e óleo diesel. Assinale a alternativa que apresenta o nome do processo utilizado nas refinarias. a) Flotação. b) Filtração. c) Destilação fracionada. d) Extração por solvente. e) Extração com água 24) (UESC BA) Uma mistura é composta por três gases diferentes: dióxido de nitrogênio (NO 2), dióxido de enxofre (SO 2) e monóxido de carbono (CO). Assinale o método mais apropriado para a separação dos três componentes dessa mistura: a) cristalização fracionada b) destilação fracionada c) filtração d) liquefação fracionada e) sublimação 25) (PUC Campinas) A obtenção do álcool etílico hidratado, a partir da cana-deaçúcar, pode ser representada pelo esquema a seguir: c) filtração e decantação d) destilação e filtração e) decantação e decantação 26) (UNITAU - SP) Uma maneira rápida e correta de separar uma mistura com ferro, sal de cozinha e arroz, 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 27) (IFSP) Separação de misturas é uma operação muito comum no setor de petróleo e combustíveis. Diversos métodos são aplicados para atender a essa necessidade. Sabendo-se que a água e o álcool são miscíveis e o óleo imiscível nestes e que o álcool tem o menor e o óleo o maior ponto de ebulição, o método adequado para separar essas três substâncias é: a) decantação e filtração. b) filtração e fusão fracionada. c) decantação e centrifugação. d) filtração simples e evaporação. e) decantação e destilação fracionada 28) (MACK SP) Durante a realização de uma aula prática, a respeito da separação de misturas, o professor trouxe aos alunos três frascos A, B e C, contendo as seguintes misturas binárias: A: Líquida homogênea, cujos pontos de ebulição diferem em 25º C. B: Sólida heterogênea, composta por naftalina (naftaleno) moída e areia. C: Sólido-líquida homogênea, composta por NaCl e água. Em I e IV, que envolvem processos de fracionamento, são realizadas, respectivamente, a) filtração e destilação b) destilação e decantação Assinale a alternativa que contém, respectivamente, os processos utilizados para a separação dos componentes das misturas A, B e C: a) destilação simples, sublimação e filtração. b) evaporação, catação e destilação fracionada. 11

12 c) destilação fracionada, separação magnética e destilação simples. d) destilação fracionada, sublimação e destilação simples. e) destilação simples, evaporação e destilação fracionada 29) (UECE) Dadas as afirmativas: I. Num sistema constituído de NaCl dissolvido na água, areia, vapor d'água e oxigênio gasoso, nós temos um sistema heterogêneo, com três fases e quatro componentes. II. A ebulição da água é um fenômeno físico. III. Na estocagem de gasolina, é comum injetar gás hidrogênio para que ocupando, o lugar do ar, impeça a formação da mistura (gasolina + oxigênio). Dentro do tanque temos um sistema bifásico. IV. O fracionamento do petróleo é uma transformação química. V. Balão de fundo redondo, termômetro, mangueira de látex e condensador, são materiais usados para a montagem de um sistema de destilação simples em laboratório. São verdadeiras: a) I, II, III e IV b) II, III, IV e V c) I, II, III e V d) I, II, IV e V 30) (VUNESP) A água potável é um recurso natural considerado escasso em diversas regiões do nosso planeta. Mesmo em locais onde a água é relativamente abundante, às vezes é necessário submetê-la a algum tipo de tratamento antes de distribuí-la para consumo humano. O tratamento pode, além de outros processos, envolver as seguintes etapas: I. manter a água em repouso por um tempo adequado, para a deposição, no fundo do recipiente, do material em suspensão. II. remoção das partículas menores, em suspensão, não separáveis pelo processo descrito na etapa I. III. evaporação e condensação da água, para diminuição da concentração de sais (no caso de água salobra ou do mar). Neste caso, pode ser necessária a adição de quantidade conveniente de sais minerais após o processo. As etapas I, II e III correspondem, respectivamente, os processos de separação denominados a) filtração, decantação e dissolução b) destilação, filtração e decantação c) decantação, filtração e dissolução d) decantação, filtração e destilação e) filtração, destilação e dissolução 31) (UFSE) Considere amostras de: I. petróleo II. água potável III. ar liquefeito IV. latão Destilação fracionada é o processo apropriado para separar os componentes de: a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV 32) (UFES) Quantas fases estão presentes no sistema areia + sal + açúcar + água + gasolina? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 33) (IFRJ) O petróleo é uma: a) substância simples b) substância composta c) mistura homogênea d) mistura heterogênea e) variedade alotrópica do carbono 34) (UFG) Esquematize a aparelhagem necessária para se realizar uma destilação fracionada, indicando o nome dos principais componentes. Dê um exemplo de mistura que possa ser separada empregando-se essa técnica e justifique sua resposta. O gabarito será divulgado na próxima lista de exercícios! 12