QUÍMICA AULA 02 06/03/2015 RAFAEL SUBSTÂNCIAS E MISTURAS Vimos na aula 1 que substâncias podem ser definidas como: toda porção da matéria que tem propriedades bem definidas e que lhes são características (ex: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, odor, etc). Mas se juntarmos 2 ou mais substâncias teremos uma mistura, ou seja, um sistema formado pela adição de duas ou mais substâncias puras. As substâncias puras passam ser consideradas como componentes da mistura. As misturas podem ser classificadas em: MISTURA HOMOGÊNEA: apresenta as mesmas propriedades em toda a sua extensão. Possui apenas 1 fase (porção de uma amostra da matéria que apresenta as mesmas propriedades e aspecto visual, podendo apresentar-se de forma contínua ou fragmentada). TODA mistura homogênea pode ser chamada também de solução: Ex: H 2O (l) + NaCl; MISTURA HETEROGÊNEA: não possui as mesmas propriedades em toda a sua extensão. Apresenta 2 (bifásica) ou mais fases (trifásica, polifásica, etc). Ex: H 2O (l) + areia. CUIDADO com algumas pegadinhas que costumam aparecer: Leite: embora a olho nu pareça uma mistura homogênea, esta substância é heterogênea porque é composta por partículas de gordura em suspensão (facilmente observado em um microscópio ótico... lembre-se da diferença entre o leite desnatado e o leite integral, o que varia nestes tipos de leites?). Quando aquecemos o leite estás partículas de gordura se unem formando a nata. Sangue: é composto de água e diversas partículas (plaquetas, hemoglobinas, leucócitos, entre outros, para saber mais pergunte a seu professor de biologia =] hehe). Lembre-se, o sangue (e o leite também) pode ser centrifugado para separar a fração líquida da sólida. Granito (não é granizo!!): é uma rocha na qual existem três fases sólidas: mica, quartzo e feldspato. Logo é heterogêneo também. Água líquida + água sólida (gelo): não se trata de uma mistura, mas sim de um SISTEMA heterogêneo. Para ser mistura, precisariam haver duas substâncias diferentes. No caso, só temos a água. Lembrem-se: as misturas homogêneas devem apresentar uma única fase, até mesmo ao serem observadas num microscópio.
Exercício de fixação: 1) Um sistema é formado por água líquida, dois pedaços de chumbo e açúcar dissolvida na água. a) quantas fases há nesse sistema? b) quantos componentes há no sistema todo? c) o número de componentes de um sistema é sempre igual ao número de fases? Dê exemplos que sustentem sua resposta. 2) Comente as seguintes frases, dizendo se cada uma é correta ou não. a) um sistema que apresente só uma fase com certeza é formado por uma única substância química. b) um sistema formado por uma única substância química certamente apresenta uma única fase. SEPARAÇÃO DE MISTURAS: Se tivermos uma mistura homogênea, há necessidade de alterar o estado físico da mistura. Evaporação: Neste processo a mistura, contida em recipiente aberto, é aquecida (naturalmente ou não) até o líquido evaporar, separando-se do soluto na forma sólida. Este é o método utilizado nas salinas para obtenção de sal marinho. Utilizada quando só há interesse na fase sólida, a líquida é desprezada. Costuma ser uma técnica barata. Ex: salinas. [http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=9&id=624] Destilação simples: A separação ocorre de acordo com a diferença nos pontos de ebulição do solvente e soluto. Por aquecimento, em aparelhagem apropriada com um condensador
adaptado, só o líquido entra em ebulição, passando para o estado gasoso, e, em seguida, é condensado e recolhido, separando-se do sólido. Para separar a mistura de água e sal e recuperar também a água, emprega-se a destilação simples. O líquido purificado, que é recolhido no processo de destilação, recebe o nome de destilado. Utilizada quando há interesse nas duas fases, sólida e líquida. Ex: água e açúcar. Lembrando que está técnica pode ser conduzida sob pressão reduzida, ou seja, diminuindo a temperatura de ebulição do solvente. Este procedimento faz com que a destilação ocorra mais rapidamente e evita uma possível degradação da fase sólida. [http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/quimica/sensibilidade/saibamais02_b.html] Destilação fracionada: Consiste no aquecimento dos líquidos misturados, em aparelhagem específica e com controle de temperatura. Dessa forma, à medida que a temperatura for aumentando, o ponto de ebulição específico de cada líquido é atingido, fazendo com que cada um deles deixe a mistura isoladamente. O componente mais volátil, ou seja, aquele com menor ponto de ebulição, é destilado primeiro. Este processo é utilizado, por exemplo, na obtenção de bebidas alcoólicas, e também no fracionamento do petróleo para a obtenção de seus subprodutos. Aprimoramento da destilação simples. Dois ou mais líquidos que possuam uma diferença na temperatura de ebulição inferior a 80ºC. Ex: petróleo, ar atmosférico, água e álcool, água (P.E. = 100ºC) e acetona (P.E. = 56ºC), etc. Lembrando que no caso da coluna de destilação do petróleo os materiais com MAIOR ponto de ebulição ficarão alojados na parte inferior da coluna, e consequentemente os materiais com MENOR ponto de ebulição serão coletados no topo da coluna. Observação: quanto à destilação fracionada realizada em laboratório, foi comentado em sala de aula, que a coluna de destilação era composta por dedos frios para fazer com que o vapor se condense, mas esta coluna pode ser de várias formas. Abaixo por exemplo, ela está recheada com bolas de porcelana (poderia ser vidro) as quais
possuem a mesma função dos dedos frios, fazer com que o vapor condense para garantir a eficiência da separação desta mistura. (esquerda) [http://turma4petroquixadatarde.blogspot.com.br/2011/05/destilacao-fracionada-de-petroleo.html] (direita) [http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/quimica/sensibilidade/saibamais02_b.html] Quando tivermos uma mistura heterogênea normalmente é mais fácil de separar os componentes devido à diferença de estado físico entre eles. Filtração: A mistura é separada através de uma superfície porosa que, dependendo do tamanho da partícula sólida a ser isolada, pode ser de cascalho, areia, tecido ou carvão ativado. O sólido fica retido no filtro e o líquido é recolhido em outro recipiente. A preparação do café é um exemplo de filtração. Usado para separar misturas do tipo sólido-líquido. Ex: café, água + areia, etc. Também pode ser conduzida sob pressão reduzida.
[http://oquesobroudometabolismo.blogspot.com.br/2011/04/misturas-laboratorio-07042011.html] Decantação: Separa líquidos imiscíveis com a utilização de um funil de decantação. Após a decantação, abre-se a torneira, deixando passar o líquido mais denso. Também é utilizada para separar misturas do tipo sólido-líquido. Apresenta um lado positivo e negativo em relação à filtração: positivo, mais simples de se realizar; negativo, menor eficiência na separação de mistura. [http://liberdadeepensar.blogspot.com.br/2011/07/processos-de-separacao.html] Centrifugação: Pocesso caracterizado pelo uso de aparelhos denominados centrífugas, que aceleram a decantação, separando materiais de densidades diferentes. A separação de glóbulos vermelhos do plasma sanguíneo é feito com o auxílio de uma centrífuga. Utilizado para acelerar a decantação ou sedimentação, onde o corpo mais denso da mistura sólido-líquida deposita-se no fundo do recipiente devido à ação da gravidade. Ex: sangue (imagem da direita).
[esquerda http://feliiperebolation.blogspot.com.br/2010/04/separacao-de-misturaspeneiracao-tambem.html] [direita http://www.rbcp.org.br/detalhe_artigo.asp?id=471] Conteúdo EXTRA abaixo: Funil de separação: muito utilizado em laboratórios na separação de misturas de líquidos imiscíveis [imagem a seguir]. Ex: óleo e água. Também pode ser utilizado para se realizar uma extração líquido-líquido. Como assim? Imagine um soluto A solubilizado em um solvente B. Agora, você adiciona um solvente C que não é miscível com B, mas que possui maior solubilidade do soluto A quando comparado ao solvente B. Assim, após a mistura, o solvente C removerá o soluto A do solvente B, e com o repouso da mistura, há separação de fases dos solventes C e B, sendo facilmente possível remover a fração desejada. Ex: teste do teor de álcool na gasolina em que se adiciona água à mistura. Outros métodos que podem ser lembrados... [do arquivo]
Atração magnética: método usado para separar metais ferromagnéticos, presentes em uma mistura, por meio da força de atração do ímã. Ex:areia e ferro. [http://planetaquimica1.blogspot.com.br/2010/05/01.html] Dissolução fracionada: mistura de dois sólidos em que um dos componentes sólidos é solúvel em um solvente e o outro não. Ex: sal e areia. Um tópico importante que vale a pena colocarmos é o tratamento de água. Resumidamente, este tratamento (que é uma separação de fases) pode ser dividido em várias etapas. 1) oxidação (adição de cloro): adiciona-se Cl 2 para oxidar metais (Fe e Mn principalmente), tornando-os insolúveis na água. Esta etapa também facilita a retirada de matéria orgânica e metais em etapas futuras. 2) Coagulação: adição de Al 2(SO 4) 3 e FeCl 3. Estas substâncias (coagulantes) tem a função de aglomerar a sujeira formando flocos. Para otimizar o processo adiciona-se cal (CaO, óxido de cálcio), o que mantém o ph da água no nível adequado. 3) Floculação: movimentação da água coagulada para formar flocos maiores em massa e em volume. 4) Decantação: os flocos separam-se da água sedimentando-se no fundo de tanques. 5) Filtração: remoção de impurezas não sedimentadas durante a decantação. Geralmente utilizam-se filtros constituídos por camadas de areia, antracito (carvão) e cascalho que irão segurar as partículas restantes. 6) Desinfecção e correção do ph: a água já está limpa quando chega a esta etapa e agora adiciona-se Cl2 para eliminar agentes nocivos à saúde, garantindo também a qualidade da água nas redes de distribuição e nos reservatórios. Também é adicionado cal para correção do ph. 7) Fluoretação: a água recebe um composto de flúor chamado ácido fluossilícico que reduz a incidência de cárie dentária na população.
Para maiores informações e recursos visuais sobre o tratamento de água, acesse: http://site.sabesp.com.br/site/interna/default.aspx?secaoid=47 Exercícios: 1) (Unicamp) Tem-se as seguintes misturas. I. Areia e água II. Álcool e água III. Água e pouco sal de cozinha Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil de papel e, em seguida, o líquido restante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Perguntase: a) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo? b) Qual mistura deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo? 2) (Unicamp 2009, adaptado) Depois das 19 horas, os convidados começaram a chegar. Dina os recepcionava no bar, onde havia dois baldes: um deles com gelo e o outro com gelo seco. Dina bradava aos quatro cantos: Isso faz a festa tornar-se mais química, já que esses sólidos serão usados para resfriar as bebidas!. Curiosamente alguém pediu duas doses iguais de uísque, uma com gelo e outra com gelo seco, mas colocou os copos em uma mesa e não consumiu as bebidas. Passado certo tempo, um colega de faculdade resolveu verificar se Dina ainda era a sabichona de antigamente, e foi logo perguntando: a) Esses sólidos, quando colocados nas bebidas, sofrem transformações. Que nomes são dados para essas duas transformações? E por que essas transformações fazem com que as bebidas se resfriem? b) Dina, veja essas figuras e pense naqueles dois copos de uísque que nosso amigo não bebeu. Qual copo, da situação inicial, corresponde ao copo d da situação final? Em algum dos copos, a concentração final de álcool ficou diferente da concentração inicial? Por quê?. Obs: considerar a figura para responder ao item b.
3) (UFES-ES) Considere os seguintes sistemas: I - nitrogênio e oxigênio; II - etanol hidratado; III - água e mercúrio. Assinale a alternativa correta. a) Os três sistemas são homogêneos. b) O sistema III é heterogêneo e formado por substâncias compostas. c) O sistema II é homogêneo e formado por substâncias simples e composta. d) O sistema I é homogêneo e formado por substâncias simples. e) O sistema III é uma solução formada por água e mercúrio. 4) (UFSC-SC, adaptado) Observe os recipientes A, B e C e seus respectivos conteúdos. Após mistura e agitação do conteúdo dos três recipientes em um só, observa-se que apenas parte do açúcar e parte do gelo permanecem insolúveis. Faça o somatório dos itens corretos. 01. o sistema é trifásico 02. o sistema possui 4 componentes 04. o sistema é bifásico 08. o sistema possui 5 componentes
16. o sistema possui 2 componentes 32. o sistema é monofásico 64. o sistema possui 3 componentes Soma ( ) 5) (FUVEST-SP) O composto orgânico sólido ácido ftálico, utilizado na síntese de corantes, pode estar impurificado por naftaleno, matéria-prima para sua obtenção. m = muito solúvel s = solúvel i = insolúvel p = parcialmente solúvel Baseado na tabela acima, descreva um procedimento que permita separar o ácido ftálico do naftaleno, obtendo o primeiro no estado sólido. 6) (UNICAMP-SP) Deseja-se fazer a separação dos componentes da pólvora negra, que é constituída de nitrato de sódio, carvão e enxofre. 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 solventes. Proponha um procedimento para realizar essa separação.