Separação de Misturas
I Parte
Prof. Willame Bezerra
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É raro encontrarmos substâncias puras na natureza.
Comumente encontramos substâncias impuras, que são
misturas de uma substância principal e outras que constituem
a sua impureza.
Os processos de purificação das substâncias são os processos
de separação dos componentes das misturas. São chamadas
análise imediata e variam conforme o tipo de mistura.
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SEPARAÇÃO DE MISTURAS
Para separar misturas homogêneas, são utilizados processos
físicos que envolvem transformações físicas como mudança de
fase de agregação.
No caso de misturas heterogêneas são utilizados os chamados
processos mecânicos, que não envolvem nenhum tipo de
transformação física. Muitos desses processos, apesar de
parecerem rudimentares, encontram aplicações importantes nas
colheitas de alimentos como trigo e arroz, na construção civil, na
mineração do ouro, na purificação de minérios de enxofre etc.
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Fracionamento de
misturas homogêneas
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Líquido e sólido
Evaporação
Consiste em deixar a mistura em ambiente aberto, pois, assim, o
líquido evapora, deixando o sólido.
Para que a evaporação seja eficiente e rápida, deve-se ter uma
boa ventilação e uma grande superfície de contato com o ar
atmosférico.
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A secagem de roupa deve
ser feita com a peça de
tecido estendida (maior
superfície de contato) e em
local de grande ventilação.
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A evaporação é empregada
nas
salinas
para
a
obtenção do sal, e consiste
em bombear a água do mar
para tanques rasos e
grandes, onde, por ação do
calor do sol e do vento, a
água evapora, deixando o
sal.
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Destilação simples
Se baseia na diferença
componentes da mistura.
dos
pontos
de
ebulição
dos
Submetendo a mistura a um aquecimento num balão
apropriado ao qual se adapta um refrigerador(condensador), o
líquido entra em ebulição, passando ao estado gasoso; assim,
os vapores desse líquido, ao entrarem no condensador, sofrem
condensação, sendo recolhidos num outro recipiente (béquer
ou erlenmeyer). Com isso, temos o sólido no balão e o líquido
recolhido no recipiente coletor.
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A destilação encontra aplicação nos alambiques, na preparação de
bebidas alcoólicas provenientes da fermentação de açúcares e
cereais.
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Líquido e líquido
Destilação fracionada
É usada para separar misturas homogêneas não azeotrópicas
do tipo líquido-líquido, nas quais os componentes possuem
pontos de ebulição relativamente próximos.
Os líquidos entram em ebulição quase ao mesmo tempo, mas
seus vapores são forçados a passar por um caminho difícil na
coluna de fracionamento ou entre bolinhas de porcelana, cacos
de cerâmica ou de vidro, de modo que só a substância de
menor ponto de ebulição vence esses obstáculos e vai para o
condensador enquanto a de maior ponto de ebulição retorna ao
balão.
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Exemplo: os componentes da
gasolina o n-hexano e o n-octano
(que
entram
em
ebulição
respectivamente a 69 º C e 126 º
C sob pressão de 1 atm).
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A coluna de fracionamento
permite a separação de líquidos
miscíveis
e
com
razoável
diferença de pontos de ebulição.
Assim, podemos separar, por
exemplo, o benzeno (tE = 80 ºC)
do tolueno (tE = 110 º C).
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Existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não
podem ser separadas por processos físicos, porque tais misturam
destilam em proporções fixas e constantes, como se fossem uma
substância pura. Essas misturas são denominadas misturas
azeotrópicas.
Assim, o álcool etílico forma com a água uma mistura
azeotrópica (95,5% de álcool e 4,5% de água) que destila à
temperatura de 78,1 ºC.
Então, para obtermos o álcool anidro ou álcool absoluto, ou seja,
o álcool puro utilizamos processos químicos. Adicionamos à
mistura azeotrópica água e álcool, por exemplo, óxido de cálcio
(CaO), que reage com a água produzindo hidróxido de cálcio
Ca(OH)2. A seguir, submetemos a mistura a uma destilação, pois
agora somente o álcool destila, sendo, portanto, recolhido puro
no béquer.
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Observe no quadro
ao
lado
alguns
casos de misturas
azeotrópicas.
Mistura azeotrópica
Ponto de ebulição
álcool etílico (95,5%) + água (4,5%)
78,1 º C
acetona (86,5%) + metanol (13,5%)
56 º C
álcool etílico (7%) + clorofórmio (93%)
60 º C
ácido fórmico (77,5%) + água (22,5%)
107,3 º C
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Gás e gás
Liquefação e destilação fracionada
Consiste em liquefazer a mistura e, a seguir, submetê-la a uma
destilação fracionada, pois, assim, o de menor PE é destilado.
Através desse
processo, podemos, por exemplo, fazer a
separação do nitrogênio e do oxigênio do ar.
Colocamos a mistura (ar) num cilindro adequado e a
submetemos a um aumento de pressão e a uma retirada de
calor, até obtermos o ar liquefeito.
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A seguir, adaptamos ao cilindro que contém o ar liquefeito um outro
cilindro e reduzimos a pressão. Com isso, o gás de menor PE, que é o
nitrogênio, escapa. Veja:
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O método industrial utilizado
para separar os componentes
do ar seco é a destilação
fracionada do ar líquido. Para
torná-lo liquefeito, é preciso
resfriá-lo
a
–200
ºC
–
temperatura difícil de ser
obtida.
Pode-se
também
resfriar o ar de outra maneira:
comprimindo-o e, em seguida,,
permitindo que se expanda
rapidamente.
Uma vez liquefeito, o ar é
introduzido em uma coluna de
fracionamento, onde acontece
a separação.
Após a separação dos componentes do ar, estes são
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Santo Inácio armazenados em cilindros de aço e comercializados.
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Condensação fracionada
Teoricamente é indicada para separar misturas nas quais todos os
componentes encontram-se na fase gasosa. Na prática, é pouco
utilizada devido a dificuldade de controlar o processo.
Consiste em resfriar a mistura de gases até o ponto de condensação
de um dos componentes, que passa para a fase líquida e se separa
dos demais.
Exemplo: mistura de gás amônia e gás oxigênio.
Resfriando-se essa mistura a –77,7 º C, a amônia passa para a fase
líquida, separando-se dos gás oxigênio, cujo ponto de condensação é
– 183,0 º C.
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Sólido e sólido
Fusão Fracionada
Teoricamente é indicada para separar misturas comuns (não
eutéticas) cujos componentes estejam na fase sólida. Na prática, é
pouco utilizada devido à dificuldade de controlar o processo.
Consiste em aquecer a mistura até o ponto de fusão de um dos
componentes, que passa para a fase líquida e, assim, se separa dos
demais.
Exemplo: liga de cobre e níquel.
Algumas moedas são feitas de uma liga metálica de cobre (75%) e
níquel (25%). Como o cobre tem ponto de fusão igual a 1083,4 ºC e o
níquel tem ponto de fusão igual a 1453 º C, é possível separar as
duas substâncias aquecendo as moedas até 1083,4 ºC, quando o
cobre funde separando-se do níquel.
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Sublimação fracionada
Usada para purificar substâncias
que sofrem sublimação facilmente.
Exemplo: cânfora, iodo e naftaleno.
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A mistura é colocada em um béquer
que é coberto, por exemplo, com um
funil de vidro (ou um vidro de
relógio) e levada ao aquecimento. A
substância começa a sublimar e a
passar
para
a
fase
gasosa
separando-se das impurezas que
ficam retidas no fundo do béquer.
Quando a substância na fase gasosa
encontra as paredes frias do funil de
vidro, ela começa a passar para a
fase sólida formando cristais que
ficam na parede do funil.
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