MISTURAS E TÉCNICAS DE SEPARAÇÃO Figura 1 Mistura Fonte: Brasil escola CONTEÚDOS Tipos de misturas (homogênea e heterogênea) Técnicas de separação dos componentes de uma mistura Substâncias puras simples e composta Densidade AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS As substâncias, em sua maioria, não são encontradas livres ou puras na natureza, elas se encontram misturadas com outras substâncias formando os materiais que conhecemos. Queremos melhorar a qualidade, as suas propriedades ou mesmo, produzir novos materiais e outras substâncias, por isso, nem sempre utilizamos os materiais na forma que eles são encontrados naturalmente.
As novas substâncias são produzidas, experimentalmente, no laboratório e depois são fabricadas na indústria. Todos os materiais são produzidos a partir de alguma substância extraída da natureza, seja de um mineral, de uma planta, do petróleo, da água do mar ou do ar. Para isso, utilizam-se técnicas ou combinações de técnicas para separar e/ou purificar as substâncias desejáveis, tornando-as úteis para finalidades específicas. O ser humano constantemente transforma a matéria. Essas transformações que, geralmente, ocorrem nas indústrias, geram resíduos que, jogados no meio ambiente, provocam a poluição. Os efluentes industriais antes de serem jogados no rio ou no ar, devem ser tratados. Nas etapas de tratamento, de certa forma, são empregadas técnicas de separação de misturas. Como escolher a melhor técnica de separação dos componentes de uma mistura? Existem inúmeras técnicas de separação, algumas muito simples que não necessitam de equipamentos e podem ser realizadas manualmente, outras, muito complexas, que são utilizadas somente em indústrias e laboratórios. Para saber qual a melhor técnica a ser utilizada, é preciso, primeiramente, identificar o que se deseja separar e se a mistura é homogênea ou heterogênea. Além disso, é preciso considerar as propriedades das substâncias misturadas, ou seja, a temperatura de fusão, ebulição e a densidade, por exemplo. Atenção Em Química, quando falamos em substâncias puras, estamos nos referindo a substâncias que não têm nenhuma outra misturada. Sobre os tipos de misturas, quando as substâncias estão tão bem misturadas, as quais não podemos enxergá-las separadamente, chamamos de mistura homogênea. Nas misturas homogêneas, temos somente uma única fase. Quando podemos observar duas ou mais fases essa é uma mistura heterogênea. Uma técnica bastante simples, é a catação. Essa técnica consiste em catar o que está misturado para separar do outro. Por exemplo, antes de cozinhar o feijão, é preciso escolhê-lo, certo? Pois é, isso é retirar as impurezas por catação.
Figura 2 Catação Fonte: Estudo prático Por esse método, é possível separar as impurezas e os grãos ruins, pois esses são visíveis, ou seja, o tamanho das impurezas é, suficientemente, grande, a ponto de poderem ser separadas manualmente. Um processo semelhante à catação é a peneiração. Nessa técnica, utiliza-se uma peneira, que separa os sólidos de tamanhos diferentes. Os sólidos com grãos maiores que as tramas da peneira ficarão retidos e, os grãos mais finos passarão pela peneira e poderão ser recolhidos. É possível separar também sólidos de líquido, nesse caso, o líquido passa e o sólido fica retido na peneira. Figura 3 Peneiração Fonte: Universo químico Uma técnica que também serve para separar o sólido misturado a um líquido é a filtração.
Qual é a diferença entre a catação e a peneiração? Qual é a propriedade que consideramos para a escolher um ou outro método? A escolha entre essas técnicas está relacionada com o tamanho dos grãos do sólido misturado ao líquido ou a outro sólido. Dentre essas técnicas, a filtração é mais recomendável para separar sólidos insolúveis de tamanho muito pequeno, como por exemplo, separar a areia misturada à água, ou ainda, no processo de preparação do café. Figura 4 Filtração Fonte: Infoescola Quando se diz popularmente que vai se coar o café, na verdade, o que se faz é separar o pó do líquido, o pó fica retido no filtro e o café passa. O líquido que passa pelo filtro é chamado de filtrado. Para separar misturas heterogêneas de sólidos e líquidos, aplica-se, também, a decantação. Essa técnica é utilizada para separar os componentes por diferença de densidade. Quando a mistura é deixada em repouso, o componente mais denso vai para o fundo do recipiente. Líquidos imiscíveis (que não se misturam) podem ser separados por decantação. Quando deixamos uma mistura de água e óleo em repouso, a água vai para o fundo do recipiente sendo possível separar o óleo que fica por cima.
Figura 5 Água e óleo não se misturam e podem ser separadas por decantação Fonte: Alunos online Desafio O que diferencia a decantação, das técnicas de peneiração ou filtração? Nesse caso, o que determina a escolha de um ou outro método é o tempo. A decantação é um processo mais lento que a peneiração ou filtração, pois é preciso deixar a mistura em repouso até que a substância de maior densidade decante para o fundo do recipiente. Então, lembre-se, para a escolha da melhor técnica de separação dos componentes de uma mistura é preciso levar em consideração as propriedades das substâncias. Dá para separar o sal dissolvido na água? Pense na seguinte situação, você tem uma mistura de água com sal dissolvido. Dá para separar o sal? Em tempos de falta d água, em várias regiões do Brasil, inclusive na região mais desenvolvida do país, a Sudeste, muitas pessoas questionam se é possível utilizar a água do mar. Bem, a areia você sabe como separar. A filtração é um bom método mas, será que dá para separar o sal dissolvido em água?
Nesse caso, a mistura é homogênea. Não é possível utilizar nenhuma das técnicas vistas, já que servem para separar os componentes de misturas heterogêneas. Para separar o sal dissolvido na água é preciso realizar a destilação simples. A seguir, apresentamos o aparelho de destilação. Figura 6 Aparelho de destilação Fonte: Novo Telecurso de Química Para explicar como ocorre a separação dos componentes de uma mistura por destilação, vamos usar como exemplo uma mistura de sal dissolvido em água. No balão, à esquerda da figura, coloca-se a mistura. A separação dos componentes inicia-se quando esse balão passa a ser aquecido. Com o calor que a mistura vai recebendo, começa a formar vapor e a água ferve, dizemos que o líquido entra em ebulição. A temperatura nesse ponto é a temperatura de ebulição. O vapor de água sai pelo tubo lateral do balão. Em seguida, passa pelo condensador, onde o vapor se resfria, se condensa, transformando-se em água líquida, que pinga do condensador. Essa água pura é recuperada no frasco à direita, ela é isenta de qualquer outra substância. Chamamos essa água de água destilada. Concluímos, então, que é possível separar o sal dissolvido em água por meio da destilação. Com esse processo, podemos obter qualquer outro líquido puro de uma mistura homogênea, como a acetona, o éter, o álcool, entre outros, e cada uma dessas substâncias vai destilar na sua respectiva temperatura de ebulição.
Vimos algumas das técnicas de separação dos componentes de uma mistura. Para a escolha pela melhor técnica a ser aplicada deve se levar em consideração, o que se deseja separar e as propriedades dos componentes dessa mistura, essa análise é fundamental para a escolha e aplicação da técnica. Agora, resolva as atividades propostas. ATIVIDADES 1. Na destilação, explique, com suas palavras, o que acontece ao se aquecer a mistura que está no balão. 2. Por que sai água líquida do condensador, se ao se ferver a água formou vapor? 3. É possível separar, por destilação, dois líquidos que têm a mesma temperatura de ebulição?
4. No equipamento de destilação, explique porque a entrada de água fria é por baixo e a saída de água é por cima? 5. Para cada uma das representações, complete as caixas com as informações sobre a técnica e a mistura. a) Terra misturada com água Figura 7 Fonte: Fundação Bradesco
b) Areia misturada com água Figura 8 Fonte: Fundação Bradesco
c) Sal dissolvido em água Figura 9 Fonte: Fundação Bradesco 6. (UNISINOS. Adaptado) A seguir, está esquematizado o fluxograma relativo à separação dos componentes de uma mistura constituída por azeite, água e açúcar totalmente dissolvido.
Examinando o fluxograma apresentado, você identifica os processos I e II como sendo, respectivamente a) destilação e filtração. b) filtração e decantação. c) decantação e destilação. d) decantação e centrifugação. e) filtração e centrifugação. 7. (VUNESP) Um sistema heterogêneo, S, é constituído por uma solução colorida e um sólido branco. O sistema foi submetido ao seguinte esquema de separação: Ao se destilar o líquido W, sob pressão constante de 1 atmosfera, verifica-se que a temperatura de ebulição variou entre 80 C e 100 C. Identifique qual das seguintes afirmações é correta. a) A operação I é uma destilação simples. b) A operação II é uma decantação. c) O líquido colorido Y é uma substância pura. d) O líquido incolor W é uma substância pura. e) O sistema heterogêneo S tem, no mínimo, 4 componentes.
8. (UFRJ) Com a adição de uma solução aquosa de açúcar a uma mistura contendo querosene e areia, são vistas claramente três fases. Para separar cada componente da mistura final, a melhor sequência é a) filtração, decantação e destilação. b) cristalização, decantação e destilação. c) filtração, cristalização e destilação. d) centrifugação, filtração e decantação. e) destilação, filtração e decantação. 9. Num acampamento, todo o sal de cozinha foi derramado na areia. As pessoas recuperaram o sal realizando, sucessivamente, as operações de a) dissolução, filtração, evaporação. b) fusão, decantação, sublimação. c) liquefação, filtração, vaporização. d) adição de água, destilação. e) diluição, sedimentação, vaporização. 10. (UNICAMP) Têm-se as seguintes misturas: 1. Areia e água 2. Álcool (etanol) e água 3. Sal de cozinha e água, nesse caso uma mistura homogênea. Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil de papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até a sua total evaporação. Pergunta-se: 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?
11. A separação dos componentes de uma mistura homogênea é possível de ser realizada por destilação simples. Nessa técnica, leva-se em consideração qual propriedade da substância? 12. Agora, resolva a cruzadinha proposta a seguir! Caso necessário, consulte outros temas, ou ainda, faça uma pesquisa em outros materiais. Horizontais 6. Encontrada em qualquer matéria e apresenta propriedades específicas. 9. Contém a máxima quantidade de soluto que pode ser dissolvida na quantidade de solvente usada para preparar a solução. 11. Açúcar dissolvido completamente em água forma uma homogênea. 13. É a substância em maior quantidade em uma solução. 14. Mistura homogênea e transparente. 15. Técnica de separação dos componentes de uma mistura heterogênea constituída por sólidos e líquidos. 16. Termo também utilizado para definir a mudança do estado gasoso para o líquido. 17. Passagem direta do estado sólido para o estado gasoso sem passar pelo líquido. 18. Processo de separação de dois ou mais líquidos que se misturam de forma homogênea e que apresentam diferentes pontos de ebulição. 19. É a substância em menor quantidade em uma solução. Verticais 1. Formadas de dois ou mais tipos de partículas, podem ser decompostas em outras substâncias. 2. Tipo de solução que contém menos soluto do que a solubilidade da substância. 3. Passagem de uma substância do estado líquido para o gasoso. 4. Água no estado gasoso. 5. Formadas por um só tipo de partícula, não podem ser decompostas em outras substâncias simples. 7. Tipo de vaporização que ocorre, lentamente, na superfície de um líquido. 8. Passagem de uma substância do estado gasoso para o líquido pela diminuição da temperatura.
10. Vaporização rápida com formação de bolhas, que requer elevada quantidade de energia para ocorrer. 11. Tudo que ocupa lugar no espaço e tem massa. 12. Processo de separação que consiste no aquecimento da mistura homogênea, até que seu componente líquido se evapore, permanecendo no recipiente aquecido o componente sólido. O vapor do componente líquido é, posteriormente, condensado e recolhido em outro recipiente.
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LEITURA COMPLEMENTAR Substância pura simples e composta Substâncias puras simples são formadas pela combinação de átomos de um único elemento químico, como, por exemplo, o gás hidrogênio (H 2) é formado por dois átomos de hidrogênio ligados entre si; o ozônio (O 3) é constituído por três átomos de oxigênio e, o gás oxigênio (O 2), também é formado pelo átomo de oxigênio. Essas duas substâncias são constituídas pelo mesmo tipo de átomo, mas em quantidades diferentes, portanto são substâncias diferentes e apresentam propriedades distintas. Substâncias puras compostas são formadas pela combinação de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, como, por exemplo, a água (H 2O) é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio; ácido clorídrico (HCl) comercialmente conhecido como ácido muriático é formado por um átomo de hidrogênio e um átomo de cloro. As substâncias compostas podem ser transformadas em substâncias menos complexas, as substâncias simples. Densidade A densidade de uma substância é uma propriedade que relaciona a massa por unidade de volume de um material. A densidade da água é 1 kg/l. O que significa isso? Figura 10 Determinação da massa de 1 litro de água Fonte Fundação Bradesco
Se pesarmos 1 litro de água, a massa registrada é 1 quilograma. É muito comum a unidade em g/cm 3, logo, a densidade da água é 1 g/cm 3. Isso quer dizer que um cubo de gelo, de lado de 1 cm, pesa 1 g. Figura 11 Densidade da água Fonte: Fundação Bradesco A densidade é uma propriedade que depende da temperatura. Na maioria dos casos, com o aquecimento, a substância se expande e o volume aumenta. Assim, a densidade do material será menor em temperaturas mais altas. Experiência Experimente essa!!! Ovo que flutua na água. Acesse o link: http://manualdaquimica.uol.com.br/experimentos-quimica/ovo-que-flutua-na-agua.htm Essa é uma sugestão simples e fácil de realizar para verificar a densidade do ovo. Acesse o link e veja a lista de materiais e o procedimento. Depois, leia os comentários e a explicação para o que foi observado. Outra indicação de experimento sobre a densidade é o Sobe e desce das uvas passas. Experiente essa também. Observe atentamente o que acontece com as uvas quando adiciona-se os comprimidos efervescentes. Tente explicar por que elas sobem! Acesse o link: http://manualdaquimica.uol.com.br/experimentos-quimica/ovo-que-flutuana-agua.htm
INDICAÇÕES Substâncias e misturas: Web aula que apresenta conceitos gerais sobre substâncias e misturas. O material está disponível no Portal EJ@. Acesse a Biblioteca Digital > Ciências da Natureza II/Ciências da natureza > Ensino Médio > Web aulas> Substâncias e misturas. Link de acesso: http://www.eja.educacao.org.br/bibliotecadigital/cienciasnatureza2/webaulas/lists/web aula/dispform.aspx?id=1&source=http%3a%2f%2fwww%2eeja%2eeducacao%2eo rg%2ebr%2fbibliotecadigital%2fcienciasnatureza2%2fwebaulas%2fpaginas%2fwe baulas%5fem%2easpx Aprenda mais sobre a densidade, acessando o link: http://manualdaquimica.uol.com.br/quimica-geral/densidade.htm Não deixe de realizar a experiência sugerida! REFERÊNCIAS ALUNOS ONLINE. Água e óleo não se misturam e podem ser separadas por decantação. Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/por-que-aguaoleo-nao-se-misturam.html>. Acesso em: 20 jan. 2016. 10h30. ALUNOS ONLINE. Após repouso, água e óleo separam-se por decantação. Acesso em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/por-que-agua-oleo-nao-semisturam.html>. Acesso em: 20 jan. 2016. 10h30. BRASIL ESCOLA. Mistura. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/mistura-solucoes-sem-reacoes-quimicas.htm>. Acesso em: 19 jan. 2016. 10h30min. ESTUDO PRÁTICO. Catação. Disponível em: <http://www.estudopratico.com.br/catacao-separacao-de-solidos-misturas-e-outrostipos/>. Acesso em: 4 maio 2015. 10h40. FUNDAÇÃO BRADESCO. Caderno de Atividades. São Paulo: Fundação Bradesco, 20014.
FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Novo Telecurso de Química. Volume 1, Rio de Janeiro: Fundação Roberto marinho, 2008. INFOESCOLA. Filtração. Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/filtracao/>. Acesso em: 20 jan. 2016. 9h55min. UNIVERSO QUÍMICO. Peneiração. Disponível em: <http://universoquiimico.blogspot.com.br/2011/08/misturas-e-separacao-demisturas.html>. Acesso em: 4 de maio 2015. 10h45. USBERCO João; SALVADOR Edgar. Conecte química. Volume único, 1ª edição, São Paulo: Saraiva, 2014. GABARITO 1. A substância presente na mistura que tiver o menor ponto de ebulição começará a evaporar. Os vapores dessa substância passarão pelo condensador e sofrerão condensação. Então, os vapores se transformarão em líquido novamente, que será recolhido em outro recipiente. 2. Pois dentro do condensador passa água fria, e então, o vapor condensa, transformando-se em líquido. 3. Não, é preciso que as substâncias tenham ponto de ebulição diferentes, caso contrário, vaporizarão juntos e não haverá separação. 4. Para que possa encher o tubo, esfriando o condensador igualmente. Se a água entrasse por cima, ela escorreria pela parte de baixo, esfriando somente esse lado do condensador. 5. a) Técnica de separação: Decantação. Tipo de mistura: heterogênea. Fonte: Fundação Bradesco, 2014
b) Técnica de separação: Filtração. Tipo de mistura: heterogênea. c) Técnica de separação: Destilação Tipo de mistura: homogênea Fonte: Fundação Bradesco, 2014 Fonte: Fundação Bradesco, 2014
6. Alternativa C. A mistura inicial apresenta três componentes, sendo que o açúcar encontra-se dissolvido na água. Deixando essa mistura em repouso, o azeite, que é mais denso, vai para o fundo do recipiente sendo possível ser separado por decantação (processo I). Para separar o açúcar dissolvido em água, é preciso realizar a destilação (processo II). Essa técnica serve para a separação dos componentes de uma mistura homogênea. 7. Alternativa E. Se o sistema S apresenta uma solução colorida e um sólido branco, esse sistema apresenta, pelo menos, três componentes: o sólido branco que não se dissolveu, algo colorido (sólido ou líquido) que se misturou no solvente líquido para formar a solução colorida. A destilação de W não aconteceu à temperatura constante, a temperatura variou de 80 C a 100 C, isso indica que o líquido W ainda é uma mistura, portanto o sistema S apresenta, no mínimo, quatro componentes. 8. Alternativa A. Por filtração, separa-se a areia, a decantação separa a querosene da solução de água com açúcar e o açúcar é, então, separado por destilação. 9. Alternativa A. Recolhendo a porção do chão, por dissolução solubiliza-se o sal. Realizando a filtração, separa-se a areia e depois evapora-se a água, obtendo-se novamente o sal, isento de impurezas. 10. a) Apenas na mistura I há um sólido presente que pode ser retido pelo filtro. Esse resíduo é a areia. b) No caso III, o filtrado é a própria solução de sal em água. Dessa solução apenas a água evapora, deixando um resíduo branco de sal de cozinha. 11. É possível separar as substâncias por destilação simples, pois elas apresentam diferentes temperaturas de ebulição. A mistura é colocada no balão, que sofre aquecimento. A substância de menor ponto de ebulição evapora e condensa, sendo recuperada pura em um frasco colocado após o condensador.
12. Respostas da cruzadinha Horizontais 6. Substância 9. Solução saturada 11. Mistura 13. Solvente 14. Solução 15. Filtração 16. Liquefação 17. Sublimação 18. Destilação fracionada 19. Soluto Verticais 1. Substâncias compostas 2. Solução insaturada 3. Vaporização 4. Vapor de água 5. Substâncias simples 7. Evaporação 8. Condensação 10. Ebulição 11. Matéria 12. Destilação simples