Atividade prática - Métodos de separação – sedimentação com agente químico
– Parte 3
1º ANO DO ENSINO MÉDIO
OBJETIVO
Vivenciar os principais métodos de separação de misturas, de modo a compreender os seus princípios e
técnicas, os tipos de misturas a que cada método é indicado, bem como as limitações de cada um.
INTRODUÇÃO
Outra classificação para os sistemas: abertos, fechados ou isolados.
Os sistemas também podem ser classificados como “abertos”, “fechados” ou “isolados”. O sistema aberto
pode trocar materiais e calor com a vizinhança. Por exemplo, quando adicionamos um pedaço de zinco (Zn)
a um tubo de ensaio contendo uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl), ocorre uma reação química
que produz gás hidrogênio (H2) que forma bolhas, e cloreto de zinco (ZnCl2) que fica dissolvido em água.
Como um tubo de ensaio sem tampa é um sistema aberto, o gás se desprende para a atmosfera. Portanto,
o sistema está fornecendo materiais para a vizinhança. Ao colocarmos a mão no tubo, perceberemos que
ele se aquece durante a transformação, pois sentimos o calor saindo do sistema. Assim, como o tubo de
ensaio não é “isolado” termicamente, o calor produzido no sistema passa para a vizinhança.
Se tamparmos o tubo de ensaio com uma rolha, o gás produzido
ficará retido; e teremos, nesse caso, um sistema fechado, pois
ele não troca materiais com a vizinhança. Mas, o sistema
continuaria a ceder calor para a vizinhança; o que notamos
facilmente encostando a mão no tubo. Para que esse sistema se
tornasse isolado, seria necessário envolver o tubo com algum
material termo-isolante. Um dos mais simples, porém pouco
eficaz, é uma folha de jornal.
Zinco em reação com ácido clorídrico,
produzindo bolhas de gás hidrogênio.
As bolhas são o gás hidrogênio sendo produzido.
Disponível (acesso: 11.11.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zn_reaction_with_HCl.JPG
Portanto, um sistema isolado é aquele que não troca materiais nem
calor com a vizinhança. O exemplo mais comum é a garrafa térmica, que
mantém o café quente por muitas horas. É praticamente impossível
obter um sistema isolado perfeito. Assim como a garrafa térmica, a
maioria dos sistemas isolados é eficiente apenas por algumas horas.
Garrafa térmica, sistema isolado mais comum.
Disponível (acesso: 11.11.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermos_bottle.jpg
Processos mecânicos e processos físicos de separação.
Nas práticas anteriores, vimos que a filtração e a decantação são processos que permitem a separação dos
componentes de misturas heterogêneas do tipo S-L, S-G (filtração) e L-L (decantação). As diferenças de
propriedades físicas entre os componentes, como a solubilidade e a densidade, são os fatores explorados
pelos métodos, para conseguir separar esses componentes. Todos os métodos que separam misturas
heterogêneas são chamados de “métodos mecânicos” de separação: filtração, decantação, flotação,
centrifugação, levigação, sifonação e vários outros.
Os métodos que separam misturas homogêneas são mais complexos e geralmente envolvem mudanças de
estado de um ou mais componentes, geralmente fusão ou ebulição, com auxílio de alguma fonte de
aquecimento. Você deve se lembrar que na prática “métodos de separação – parte 1 – filtração”,
desenvolvemos o método geral chamado “dissolução fracionada”, que incluía a filtração, além da
vaporização da água e da cristalização de um sal.
No entanto, a água com sal dissolvida era uma fase homogênea, se considerada isoladamente. Para
separar os dois componentes, tivemos que aquecê-la até que toda a água fosse vaporizada para a
atmosfera, deixando o sal azul, sulfato de cobre II, cristalizado. Esse processo não é simplesmente
“mecânico”, pois envolve certa quantidade de energia (calor) que teve que ser fornecida ao sistema.
Chamamos esse tipo de método de “processo físico” de separação.
Colóides X Soluções X Misturas heterogêneas
Nas diversas etapas do tratamento de água, seja nas estações de tratamento para abastecimento das
cidades (ETA – estações de tratamento de água), seja no tratamento de água de piscinas, uma das mais
importantes é a sedimentação dos resíduos sólidos em suspensão. Esses resíduos tendem a sedimentar
naturalmente no fundo de um recipiente ou tanque, quando a água está em repouso.
Mas, se as partículas não são suficientemente grandes e pesadas, essa sedimentação pode se tornar muito
lenta e, em parte, nem acontecer, mantendo a água com certo grau de turbidez permanente (coloridas,
escuras ou “turvas”). Quando a água está turva, geralmente estão presentes partículas coloidais (entre 1 e
500nm), que são bem maiores que as moléculas (menores que 1nm) presentes nas misturas homogêneas
(soluções), mas ainda pequenas demais para serem vistas a olho nu. Apesar de invisíveis para nós, as
partículas coloidais têm a capacidade de dispersar a luz (efeito Tyndall), dando cor e turbidez à água, o que
nos permite distinguir os “colóides” das “soluções”.
Em outras palavras, essas partículas coloidais estão “entre” as dimensões das partículas das misturas
homogêneas e as das misturas heterogêneas (“suspensão”, com partículas maiores que 500 nm). Elas não
se depositam no fundo por ação da gravidade, porque possuem cargas eletrostáticas (eletricidade estática)
de mesmo tipo (positiva ou negativa), que promovem a repulsão entre elas, evitando a aglutinação.
Por isso, é necessário adicionar agentes químicos “coagulantes” e/ou “floculantes” que anulam essas cargas
elétricas e promovem a aglutinação das partículas, que vão aumentando de volume e peso, possibilitando a
sedimentação.
EXPERIMENTO: Sedimentação com agentes químicos.
MATERIAL (por grupo de alunos)
A) Sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, disponível em lojas de materiais para piscinas.
B) Hidróxido de sódio (NaOH) ou de potássio (KOH).
C) 2 litros aproximadamente de água turva com argila, solo, de tinturaria ou de outras origens. Pode ser
mais de uma amostra diferente.
D) Três béqueres de 1 litro para cada tipo de amostra de água turva obtida.
E) Três espátulas ou colheres.
F) Bastão de vidro.
G) Dois béqueres de 500mL.
H) Papel filtro.
I) Suporte universal.
J) Argola ou garra para suporte universal.
K) Cronômetro.
L) Caneta pincel para identificar vidros.
PROCEDIMENTO – Preparação.
1. Agite a amostra geral de água turva de forma a homogeneizá-la. Transfira, distribuindo, a amostra de
água turva até cerca de 2/3 do volume (700mL, aproximadamente) para cada um dos três béqueres,
totalizando aproximadamente 2 litros de amostra. Numere os béqueres de 1 a 3.
2. Um dos componentes do grupo deve ficar de prontidão com o cronômetro, que servirá para as três
amostras. Três integrantes devem ficar responsáveis pelos béqueres 1, 2 e 3, cada um com uma espátula.
Obs.: A amostra do béquer de número 1 será destinada para referência e controle. Todas as operações de agitação,
observações de tempo deverão ser feitas de forma igual nas três amostras, mas a de número 1 não deverá receber
qualquer reagente químico.
PROCEDIMENTO – Tratamento.
3. Nas amostras 2 e 3, adicione uma medida de espátula ou colher rasa de hidróxido de sódio, NaOH, e
agite a solução cuidadosamente com a colher, até total dissolução do hidróxido. A amostra 1 deverá
ser agitada da mesma forma (intensidade) e pelo mesmo tempo que as demais.
Obs.: Depois de interromper a agitação das três amostras, lave a colher tomando cuidado para não colocar os dedos
na parte que tocou na solução de soda cáustica e enxugue com um pedaço de papel. Se houver contato da soda
cáustica com as mãos, lave com bastante água.
4. Ainda sem retomar a agitação das três amostras, adicione duas medidas rasas de sulfato de alumínio,
Al2(SO4)3 apenas na amostra 3 e inicie a contagem de tempo no cronômetro.
5. Misture constantemente durante 5 minutos, pelo menos, mas com cuidado para não respingar a água
para fora do frasco sobre a pele. Observe, enquanto agita as três misturas, se há aumento no tamanho dos
flocos de sujeira aglutinada. Assim que perceber alterações visíveis, anote o tempo em que essas
alterações ocorreram para cada amostra, mas continue agitando até completar 5 minutos ou mais.
6. Interromper a agitação das amostras simultaneamente. Deixar em repouso as três amostras, enquanto
observa os efeitos de sedimentação em cada uma das três.
7. Monte o sistema de filtração com funil, suporte, garra e papel filtro.
8. Filtre as amostras dos três béqueres, separadamente.
9. Leve os filtros contendo o sólido filtrado para secagem em estufa.
10. Pese os filtros com resíduos secos. Anote os valores das pesagens para comparação.
11. Considerando a amostra do béquer 1 como tendo índice de coloração 100%, avalie visualmente o índice
de coloração da fase aquosa nas amostras dos béqueres 2 e 3. Como se trata de uma avaliação sem
instrumentos, cada membro do grupo deve dar sua opinião, e o valor lançado na tabela deve ser a média
desses valores.
OBSERVAÇÕES E QUESTÕES
TABELA DE RESULTADOS – Amostra geral / Origem: _______________________________________
TEMPO DE SURGIMENTO DE:
BÉQUER 1
Sem aditivos
BÉQUER 2
Com NaOH
BÉQUER 3
Com NaOH e Al2(SO4)3
Partículas maiores
min
min
min
Clareamento máximo atingido
min
min
min
g
g
g
100 %
%
%
Massa de resíduo filtrado e seco
% de cor (antes da filtragem)
1) Qual dos tratamentos obteve os melhores resultados de porcentagem de clareamento? Comente.
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2) Qual dos tratamentos obteve os melhores resultados de tempo de clareamento? Comente.
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3) Você diria que o pH ideal para a coagulação das partículas presentes na água turva é básico, alcalino ou
neutro? Comente.
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4) Houve grandes diferenças de massa de material sólido filtrado entre as amostras? Comente.
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5) Você percebeu clareamento significativo da amostra 1 (sem adição de agentes químicos), antes da
filtração? E depois da filtração, houve grandes alterações de coloração?
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6) Sabendo que o sulfato de alumínio é uma substância iônica, quais íons são dissociados na sua
solubilização em água? Forneça a equação balanceada de dissociação deste sal.
→
7) Sabendo que o hidróxido de sódio também é uma substância iônica, quais íons são dissociados na sua
solubilização em água? Forneça a equação balanceada de dissociação deste hidróxido.
→
8) Sabendo que acontece uma reação entre o sulfato de alumínio e o hidróxido de sódio, formando hidróxido
de alumínio, que se precipita junto com a “sujeira” presente na água, e também sulfato de sódio que
permanece solubilizado, forneça a equação balanceada dessa reação.
→