Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: IU 23/03/2017 Tema da aula: Métodos de separação de misturas Processos de separação de misturas 1) Separação de misturas heterogêneas 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 ímã 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 (depositase) 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. 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.
2) 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. 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 (O2) e nitrogênio (N2). A tabela a seguir resume os principais tipos de separação de misturas homogêneas e heterogêneas: Alguns exemplos importantes
Petróleo: 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 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. Tratamento de água: 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 - Fe2(SO4)3 - ou sulfato de alumínio - Al2(SO4)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.
Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: IU 23/03/2017 Tema da aula: Método de separação de misturas 1) O rótulo de uma garrafa de água mineral está reproduzido a seguir: Composição química potável: Sulfato de cálcio 0,0038 mg/l Bicarbonato de cálcio 0,0167 mg/l Com base nessas informações, podemos classificar a água mineral como: a) substância pura. b) substância simples. c) mistura heterogênea. d) mistura homogênea. e) suspendo coloidal. 2) Têm se as seguintes misturas: I. Areia e Água II. Álcool (Etanol) e água. III. Sal de Cozinha (NaCl) e Água (mistura homogênea) Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil com papel e em seguida o líquido resultante foi aquecido até sua total evaporação. a) Qual mistura deixou um resíduo no papel? O que era esse resíduo? b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação? O que era esse resíduo? 3) Em certas regiões litorâneas, o sal é obtido da água do mar pelo processo de cristalização por evaporação. Para o desenvolvimento dessa atividade, é mais adequado um local: a) plano, com muita chuva e pouco vento. b) plano, com pouca chuva e muito vento. c) plano, com pouca chuva e pouco vento. d) montanhoso, com muita chuva e pouco vento. e) montanhoso, com pouca chuva e muito vento. 4) Deseja-se fazer a separação dos componentes da pólvora negra, que é constituída de nitrato de sódio, carvão e enxofre. Para tanto, sabe-se que o nitrato de sódio é solúvel em água, o enxofre é solúvel em dissulfeto de carbono, enquanto o carvão é insolúvel nesses mesmos solventes. Proponha um procedimento para realizar essa separação. 5) Proponha um procedimento de separação dos componentes de uma mistura de três substâncias A, B e C cujas solubilidades em água e acetona são indicadas na tabela abaixo: Substância Solubilidade em Água Solubilidade em Acetona A Solúvel Solúvel B Insolúvel Solúvel C Insolúvel Insolúvel 6) O ciclo da água na natureza, relativo à formação de nuvens, seguida de precipitação da água na forma de chuva, pode ser comparado, em termos das mudanças de estado físico que ocorrem e do processo de purificação envolvido, à seguinte operação de laboratório: a) sublimação. b) filtração. c) decantação. d) dissolução. e) destilação. 7) Em visita a uma usina sucroalcooleira, um grupo de alunos pôde observar a série de processos de beneficiamento da cana-deaçúcar, 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. Após se esmagar a cana, o bagaço segue para as caldeiras, que geram vapor e energia para toda a usina. 3. O caldo primário, resultante do esmagamento, é passado por filtros e sofre tratamento para transformar-se em açúcar refinado e etanol. 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, extração, filtração. d) Imantação, combustão, peneiração. e) Imantação, destilação, filtração. 8) O gráfico a seguir mostra a curva de mudanças de estado quando o chumbo metálico é aquecido:
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? 9) 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? 10) 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) Explique o que é a destilação fracionada do petróleo e indique três produtos que podem ser obtidos através desse método de separação. 12) Os hidrocarbonetos aromáticos simples são provenientes de duas fontes principais: carvão e petróleo. A decomposição do carvão por aquecimento na ausência de ar conduz à formação de compostos voláteis (gases), um líquido viscoso (alcatrão da hulha) e um resíduo sólido (coque). A partir da destilação fracionada do alcatrão da hulha obtêm-se diversas substâncias aromáticas, dentre essas, benzeno, tolueno, p-xileno e o bifenilo. b) durante a destilação fracionada do alcatrão da hulha, o composto obtido primeiro é o benzeno, e a seguir vem o tolueno. c) durante a destilação fracionada do alcatrão da hulha, o composto obtido primeiro é o tolueno, e a seguir vem o benzeno. d) o p-xileno é gasoso a 100 ºC. e) o bifenilo sublima-se acima de 255 ºC. 13) 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 mecânica. 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. Às 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. Baseando-se nas propriedades físicas apresentadas na tabela à pressão de 1 atm, assinale a alternativa correta, considerando que todos os processos citados ocorram nesta pressão. a) o bifenilo é um líquido a 25 ºC.