Química
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS
Prof.: NILSONMAR
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
Conceitos iniciais
• 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
Imagem:Holger Casselmann / Creative
Commons Attribution-Share Alike 3.0
Unported, 2.5 Generic, 2.0 Generic and 1.0
Generic.
• A escolha dos melhores
métodos para a separação de
misturas exige um
conhecimento anterior de
algumas das propriedades das
substâncias presentes.
Conceitos iniciais
– Remoção da casca do
amendoim torrado por sopro
(ventilação);
– Separação das moedas em
função de seus tamanhos nas
máquinas dos bancos
(tamisação
Imagem:Rodrigo.Argentonb
/ Creative Commons Atribuição - Partilha nos
Mesmos Termos 3.0 Não
Adaptada.
– Escolha dos grãos de feijão
para uma feijoada do
domingo (catação);
• Vamos estudar agora alguns
desses principais processos de
separação
Imagem: Thamizhpparithi
Maari / Creative
Commons AttributionShare Alike 3.0 Unported.
• Alguns dos métodos de
separação são tão comuns que
nem pensamos neles como
processos de separação.
• Alguns exemplos:
• 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
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
Métodos de separação de misturas homogêneas
• SÓLIDO – LÍQUIDO:
– Evaporação
– Destilação simples
• CROMATOGRAFIA
(Análise Cromatográfica)
– Destilação fracionada
• GÁS – GÁS:
– Liquefação fracionada
– Adsorção
Imagem: Shrout, Bill, Photographer / Public Domain.
• LÍQUIDO – LÍQUIDO:
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
Tamisação (peneiração)
• 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.
Imagem: U.S. Air Force photo / Tech. Sgt. Shane A. Cuomo / Public Domain.
Imagem :Miansari66 / Public Domain.
Imagem: Peanut /
Benedikt.Seidl / Public
Domain.
Ventilação
• 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.
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.
• 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
Imagem:The Evil
Spartan at en.wikipedia / Public
Domain.
Levigação
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)
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 Funil de separação
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
Imagem: Thomasione / Public Domain
Filtração
Imagem: Elke Wetzig / GNU Free
Documentation License.
Imagem: Julius Schorzman / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
• 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
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.
Centrifugação
Estado Inicial
Estado Final
Centrifugação
Líquido Portador
Líquido Flutuante
Constituinte (líquido ou
sólido)
Base
Esquema do Princípio da Centrifugação
Imagem: IUTABB / Free Art License. (Tradução Nossa).
• 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.
• 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.
Imagem: Spidermancrd/ Public Domain.
• 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
Imagem: Nevit / Creative Commons Atribuição - Partilha nos Mesmos
Termos 3.0 Não Adaptada.
Sublimação
Destilação Simples
Imagem: U.m / Public Domain.
• 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
Destilação Fracionada
• Método usado para separação de
mistura de líquidos.
• 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.
Gás (Butano e
Propano)
Essência Leve
(nafta)
Essência Pesada
(grande)
Querosene
Petróleo
Bruto
Combustível Diesel
Óleo para
aquecimento
Forno de
Destilação
Óleo
Pesado
Imagem: Psarianos, Theresa knott/ GNU Free
Documentation License. (Tradução Nossa).
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)
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.
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
sal + areia
Vaporização
Filtração
água + sal
sal
Cromatografia
• Suponha você tenha uma
mistura de muitos compostos.
• Seria possível separar uns dos
outros?
• Você certamente não pode
catá-los à mão!
• O método que os cientistas
usam para agrupar os
diferentes componentes de
uma mistura é conhecido
como cromatografia (16).
• Assim, é possível separar
algumas misturas em cerca de
minutos com papel e água!
• Quando o papel é usado na
separação de uma mistura, a
técnica é conhecida como
cromatografia em papel.
Imagem: Stéphane Mons/ GNU Free Documentation License.
Cromatografia (conceitos)
Imagem: Armando-Martin / GNU Free
Documentation License.
• Baseia-se na polaridade das
moléculas, propriedade que
gera atração mútua entre
moléculas semelhantes.
• Uma molécula polar é aquela
que possui uma região rica em
elétrons e uma outra região
que é pobre em elétrons.
• Essas regiões são
representadas normalmente
como sendo negativamente e
positivamente carregadas,
respectivamente.
Imagem: Biopresto / Public Domain.
• Moléculas polares são unidas por
forças de atração entre cargas
opostas de moléculas diferentes.
• As moléculas de água, por
exemplo, possuem regiões ricas
em elétrons (átomos de oxigênio)
e regiões pobres em elétrons
(átomos de hidrogênio).
• Desta forma, elas se organizam
de maneira tal que a região de
carga positiva de uma molécula é
atraída pela região de carga
negativa de outra (17).
Imagem: Autor desconhecido /
Creative Commons AtribuiçãoPartilha nos Termos da Mesma
Licença 2.5 Genérica.
Cromatografia (conceitos)
Cromatografia (conceitos)
Ponte de Hidrogênio
Imagem: P.wormer/Creative Commons Attribution-Share Alike
3.0 Unported.
Imagem: Autor desconhecido / Public Domain.
• Estas interações entre as
moléculas de água é tão forte
que têm um nome especial:
ligação de hidrogênio.
• São elas que explicam o
elevado ponto de ebulição
(PE) da água.
• Como a molécula de água
(H20) é muito mais simples
que a de etanol (H2C-H2C-OH),
deveria possuir um PE menor.
• Contudo, a água tem um PE
muito mais alto:
– etanol = 78,4°C
– água = 100°C
Cromatografia (histórico)
•
•
A técnica foi descoberta em
1906 pelo botânico italiano
naturalizado russo Mikahail
Tswett, mas só passou a ser
amplamente usada a partir dos
anos 30.
Tswett separou pigmentos de
plantas (clorofilas) usando um
extrato de folhas verdes em éter
de petróleo sobre uma coluna
com carbonato de cálcio em pó
em um tubo de vidro vertical.
Enquanto a solução atravessava
a coluna, os componentes
individuais da mistura migraram
para baixo em diferentes
velocidades.
• Desta forma, a coluna
apresentou-se marcada com um
gradiente horizontal de cores. A
esse gradiente deu-se o nome de
cromatograma.
Imagem: Autor desconhecido/ Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
•
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.
Exercícios
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
(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
(1
(5
(3
(2
) sublimação
) diluição
) filtração
) extração
) dissolução
Imagem: Agricultural Research Service / Public Domain.
2.
Exercícios
4.
Têm-se os seguintes sistemas: Pedra de sal cristalizado
I. areia e água
II. álcool (etanol) e água
III. sal de cozinha (NaCl)
dissolvido em água.
Cada um desses sistemas foi
Imagem: Rob Lavinsky,Rocks.com / Creative Commons
submetido a uma filtração em
Attribution-Share Alike 3.0 Unported
funil com papel e, em seguida, o
líquido resultante (filtrado) foi
a) Sistema I
aquecido até sua total
evaporação. Pergunta-se:
A areia seria o resíduo sólido que
a) Qual sistema deixou um resíduo
seria retido pelo papel de filtro.
sólido no papel após a filtração? O
que era esse resíduo?
b) Sistema III
b) Em qual caso apareceu um
Após a evaporação da água,
resíduo sólido após a evaporação do
líquido? O que era esse resíduo?
restaria apenas o NaCl no fundo
de recipiente.
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.
Disco de papel de filtro
Cone de papel de filtro
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 com marcas coloridas
Disco encaixado no cone
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.
álcool
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.
Até a próxima aula!