Química PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS. Ramon Lorenzo

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1 Química PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS Ramon Lorenzo

2 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) usase 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

3 Imagem:Holger Casselmann / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic. 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

4 Imagem: Thamizhpparithi Maari / Creative Commons Attribution- Share Alike 3.0 Unported. Imagem:Rodrigo.Argentonb / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada. 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 Conceitos iniciais Vamos estudar agora alguns desses principais processos de separação

5 Imagem: (a) Beatrice Murch / Creative Commons Attribution 2.0 Generic, (b) Victor Blacus / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic e (c) Victor Blacus / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic. 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

6 Imagem: Shrout, Bill, Photographer / Public Domain. Métodos de separação de misturas homogêneas SÓLIDO LÍQUIDO: Evaporação Destilação simples CROMATOGRAFIA (Análise Cromatográfica) LÍQUIDO LÍQUIDO: Destilação fracionada GÁS GÁS: Liquefação fracionada Adsorção

7 Catação Imagem: David Monniaux / GNU Free Documentation License. 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

8 Ventilação Imagem :Miansari66 / Public Domain. Imagem: Peanut / Benedikt.Seidl / Public Domain. 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.

9 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. Tamisação (peneiração) Imagem: U.S. Air Force photo / Tech. Sgt. Shane A. Cuomo / Public Domain.

10 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 Imagem: Oguraclutch/ GNU Free Documentation License. Imagem: Palmer, Alfred T. / Public Domain.

11 Imagem:Un orpailleur à Madagascar / Lebelot / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0 Generic License. Imagem:The Evil Spartan at en.wikipedia / Public Domain. 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

12 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). areia Adição de água Filtração Vaporização sal + areia água + sal sal

13 Imagem: Spidermancrd/ Public Domain. Imagem: Nevit / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada. 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

14 Imagem: PRHaney / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 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)

15 Decantação Imagem: Nickele/GNU Free Documentation License 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 Funil de separação Imagem: Thomasione / Public Domain

16 Estado Inicial Centrifugação Centrifugação Estado Final 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. Líquido Portador Líquido Flutuante Constituinte (líquido ou sólido) Base Esquema do Princípio da Centrifugação Imagem: IUTABB / Free Art License. (Tradução Nossa). 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.

17 Filtração Imagem: Elke Wetzig / GNU Free Documentation License. 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 Imagem: Julius Schorzman / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

18 Filtração à vácuo Acelera o processo de filtração. É utilizada para separar misturas de um líquido com um sólido muito fino que entope os filtros comuns. Neste processo o kitassato é ligado a uma trompa de vácuo por onde circula água corrente. A água corrente arrasta o ar do interior do kitassato provocando um vácuo parcial. A pressão do ar atmosférico empurra o líquido para dentro do recipiente. Imagem: Julius Schorzman / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

19 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 Imagem:Vidralta / GNU Free Documentation License. Imagem: Batz sur Mer, Marais Saltants / Harrieta171 / GNU Free Documentation License.

20 Flotação Método de separação de sólidos de diferentes densidades em um determinado solvente. Em recipiente aberto, com uma mistura de dois sólidos, adiciona-se um líquido de densidade intermediária. O sólido menos denso flutuará e o mais denso permanecerá no fundo do recipiente, facilitando a separação do processo. Imagem: Batz sur Mer, Marais Saltants / Harrieta171 / GNU Free Documentation License.

21 Floculação Método de separação de misturas utilizado para separar coloides e misturas sólido-líquido em que o soluto não sedimenta nem flutua. Nesse processo adiciona-se uma substância química capaz de juntar as partículas do sólido, formando grandes flocos que podem ser separados por filtração. A floculação também é chamada de coagulação e é a primeira etapa no tratamento de água. Imagem: Batz sur Mer, Marais Saltants / Harrieta171 / GNU Free Documentation License.

22 Caiu no ENEM (Enem 2015) Um grupo de pesquisadores desenvolveu um método simples, barato e eficaz de remoção de petróleo contaminante na água, que utiliza um plástico produzido a partir do líquido da castanha de caju (LCC). A composição química do LCC é muito parecida com a do petróleo e suas moléculas, por suas características, interagem formando agregados com o petróleo. Para retirar os agrega dos da água, os pesquisadores misturam ao LCC nanopartículas magnéticas. KIFFER, D. Novo método para remoção de petróleo usa óleo de mamona e castanha de caju. Disponível em: 31 jul (adaptado). Essa técnica considera dois processos de separação de misturas, sendo eles, respectivamente, a) flotação e decantação. b) decomposição e centrifugação. c) floculação e separação magnética. d) destilação fracionada e peneiração. e) dissolução fracionada e magnetização.

23 Caiu no ENEM Entre as substâncias usadas para o tratamento de água está o sulfato de alumínio que, em meio alcalino, forma partículas em suspensão na água, às quais as impurezas presentes no meio aderem. O método de separação comumente usado para retirar o sulfato de alumínio com as impurezas aderidas é a a) flotação. b) levigação. c) ventilação. d) peneiração. e) centrifugação.

24 Imagem: U.m / Public Domain. 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

25 Método usado para separação de mistura de líquidos. Destilação Fracionada 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.

26 Petróleo Bruto Forno de Destilação Imagem: Psarianos, Theresa knott/ GNU Free Documentation License. (Tradução Nossa). Gás (Butano e Propano) Essência Leve (nafta) Essência Pesada (grande) Querosene Combustível Diesel Óleo para aquecimento Óleo Pesado 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)

27 Caiu no ENEM Para impedir a contaminação microbiana do suprimento de água, deve-se eliminar as emissões de efluentes e, quando necessário, tratá-lo com desinfetante. O ácido hipocloroso produzido pela reação entre cloro e água, é um dos compostos mais empregados como desinfetante. Contudo, ele não atua somente como oxidante, mas também como um ativo agente de cloração. A presença de matéria orgânica dissolvida no suprimento de água clorada pode levar à formação de clorofórmio e outras espécies orgânicas cloradas tóxicas. SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Química ambiental. São Paulo: Pearson (adaptado). Visando eliminar da água o clorofórmio e outras moléculas orgânicas, o tratamento adequado é a a) filtração, com o uso de filtros de carvão ativo. b) fluoretacão, pela adição de fluoreto de sódio. c) coagulação, pela adição de sulfato de alumínio. d) correção do ph, pela adição de carbonato de sódio. e) floculação, em tanques de concreto com a água em movimento.

28 Exercícios 1. 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.

29 Imagem: Agricultural Research Service / Public Domain. 2. 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, 1 b) 1, 3, 4, 5, 2 c) 4, 3, 2, 1, 5 d) 3, 2, 4, 5, 1 e) 4, 1, 5, 3, 2 Exercícios (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. ( 4 ) sublimação ( 1 ) diluição ( 5 ) filtração ( 3 ) extração ( 2 ) dissolução

30 4. Têm-se os seguintes sistemas: I. areia e água II. álcool (etanol) e água III. 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? Exercícios Pedra de sal cristalizado a) Sistema I A areia seria o resíduo sólido que seria retido pelo papel de filtro. b) Sistema III Imagem: Rob Lavinsky,Rocks.com / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Após a evaporação da água, restaria apenas o NaCl no fundo de recipiente.

31 Experimento: Cromatografia em papel Objetivo: 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 de papel de filtro Cone de papel de filtro Disco com marcas coloridas Disco encaixado no cone

32 Experimento: Cromatografia em papel 5. 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

33 Até a próxima aula!