Química

Frente 1Capítulo 2: Separação de misturas, fenômenos físicos e químicos 88

Frente 2Capítulo 4: A Tabela Periódica 96

Sumário

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QUÍMICA

Separação de misturas, fenômenos fí sicos e químicos

frente 1

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Capítulo 2 Separação de misturas, fenômenos fí sicos e químicos

1. Separação de misturas com duas ou mais fases (misturas heterogêneas)

Como é possível realizar o tratamento de água?

Tanque de decantação.

O tratamento de água consiste em uma série de processos fí sicos e químicos que visam torná-la potável. Uma das etapas do tratamento é a decantação, na qual os fl ocos de sujeira depositam-se no fundo do tanque e são separados da água. Esse é um dos tipos de separação de misturas heterogê-neas que veremos a seguir.

Em diversas ocasiões da nossa vida, realizamos a separação de misturas – por exemplo, ao preparar um café passando a água pelo coador ou ao escolher o feijão antes de cozinhá-lo. As indústrias que nos fornecem produtos fazem essas sepa-rações diariamente: a extração de enxofre e a obtenção dos derivados do petróleo (como a gasolina) são apenas dois exemplos.

O método a ser utilizado para a separação dependerá do tipo de mistura a ser separada: se ela é heterogênea ou homogênea e quais as propriedades fí sicas de seus componentes (estado fí sico, densidade, solubilidade etc.).

Iniciaremos nosso estudo pelos principais métodos de separação de misturas heterogêneas sólido-sólido.

1.1. Separação por densidades

Quando as partículas possuem diferentes densidades, como no exemplo (a areia é mais densa que a serragem), é comum adicionar um líquido de densidade intermediária (por exemplo, a água, que possui densidade menor que a da areia e maior que a da serragem), então o componente mais denso se deposita no fundo do recipiente e o menos denso fl utua. Observe a imagem:

O líquido adicionado

fi ca entre os componentes.

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AN

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componentes.

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1.2. Dissolução fracionada

A dissolução fracionada é indicada quando um dos sólidos é solúvel em determinado solvente e o outro, não. Neste exemplo, o sal dissolve-se na água, mas a areia não. Essa mistura pode, a seguir, ser fi l-trada para separar a areia e, depois, pode-se destilar a solução de água com sal para recuperar o sal. Filtra-ção e destilação são outros métodos de separação de misturas que estudaremos logo mais, neste capítulo.

Adição de água

Salmoura

AreiaAreia esal

1.3. Fusão fracionada

Um importante método para obter enxofre é esse, desenvolvido por Frasch. O enxofre é encontrado muitas vezes misturado à terra ou à areia e é preciso separá-lo. Para isso, injeta-se vapor superaquecido no solo, para que apenas o enxofre derreta, e a areia não. Esse processo, chamado de fusão fracionada, é indicado para separar sólidos que possuam pontos de fusão muito diferentes. Depois disso, o ar compri-mido empurra o enxofre líquido para a superfí cie.

Ar Comprimido

Água superaquecida

Enxofre líquido

Enxofre líquido

Enxofrepetrificado

1.4. Cristalização fracionada

Quando temos dois compostos e um é mais solú-vel em determinado solvente do que o outro, pode-mos usar a cristalização fracionada para separá-los. Para isso, basta dissolver os dois compostos e resfriar a solução.

A AB

BÁgua

A e BSólidos dissolvidos

A: Sólido dissolvidoB: Sólido cristalizado (corpo de chão)

resfriamento

O composto que possui menor solubilidade na nova temperatura irá se cristalizar, enquanto o mais solúvel continuará na forma aquosa. Depois disso, pode-se fazer uma fi ltração para separar o sólido da solução. Este método pode ser feito por evaporação do líquido.

2. Métodos de separação de misturas heterogêneas do tipo sólido-líquido

Preparando um cafezinho – Parte 1

O preparo do café é um processo de fi ltração. Normalmente, usa-se um fi ltro de papel. Após acomodá-lo no coador, é só adicionar o pó e des-pejar lentamente a água quente.

A água extrai do pó as substâncias que tanto apreciamos no cafezinho.

A fi ltração, assim como a decantação, é um pro-cesso de separação de misturas heterogêneas (sólido-líquido).

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2.1. Filtração

A fi ltração serve para separar misturas heterogêneas, em que um sólido está mis-turado a um líquido (por exemplo, o café) ou a um gás (por exemplo, a poeira no ar). Essas partículas sólidas são retidas mecanicamente em fi ltros dotados de pequenas aberturas, que permitem que passe o líquido (ou o gás), mas não a fase sólida.

Mistura (sólido + líquido)

Sólido separado (resíduo)

Funil com papel de filtro

Líquido separado (filtrado)

Suporte universal

Béquer

Bagueta

Na representação de um fi ltro acima (à direita), note que as bolinhas maiores (que representam o sólido) são retidas, por não conseguirem passar pelos poros. Já as boli-nhas pequenas (que representam o líquido ou o gás) os atravessam. Assim, os fi ltros separam esses tipos de misturas.

2.2. Filtração a vácuo

Para acelerar o processo de fi ltração, podemos uti-lizar a fi ltração a vácuo. Neste método, o vácuo na parte de baixo faz com que o líquido atravesse a mem-brana fi ltrante com mais velocidade.

sólidoseparado

líquidoseparado

vácuo

suporteuniversal

funil deBuchner

kitassato

2.3. Decantação

A centrifugação é uma maneira de acelerar a decantação, fazendo girar em alta velocidade os tubos de ensaio contendo as misturas:

Líquido

Sólido

Centrífuga

Decantação é a sepa-ração de misturas que ocorre naturalmente, devido às diferenças de densidade entre as subs-tâncias da mistura: o componente mais denso desce até o fundo do reci-piente e o menos denso fi ca na superfí cie.

Podemos também usar a decantação para sepa-rar líquidos imiscíveis. Em laboratórios, isso é feito utilizando-se um funil de decantação (ou funil de bromo). Na imagem ao lado, pode-se observar um óleo (parte superior) separado de uma solução aquosa azul (parte inferior):

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3. Separação de misturas com uma fase (misturas homogêneas)

3.1. Extração

Preparando um cafezinho – Parte 2

Já falamos de como a fi ltração é utilizada para coar o café; mas antes de prepará-lo, o seu pó é uma mis-tura homogênea.

Ao adicionarmos água quente a essa mis-tura, a água consegue dissolver algumas subs-tâncias do pó, enquanto outras permanecem no estado sólido. Esta sepa-ração de substâncias é chamada de extração.

A extração é um dos métodos de separação de misturas homogêneas.

3.2. Destilação simples

A destilação simples é um método de separação de misturas homogêneas compostas por líquido e sólido – por exemplo, água com açúcar ou água com sal. A destilação consiste em duas transformações fí sicas: primeiro a ebulição, que faz com que o solvente passe para a forma gasosa, e a seguir a condensação, que devolve o solvente para a fase líquida, permitindo assim que possamos recuperá--lo. Um esquema de aparelhagem para destilação é mostrado abaixo:

3

4

2

1

6

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1. Fonte de aquecimento2. Balão contendo a mistura3. Termômetro4. Condensador5. Entrada de água para refriamento do condensador6. Saída de água7. Erlenmeyer para recolher o destilado

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3.3. Destilação fracionada

A destilação fracionada é um método de separação de misturas homogêneas com-postas por líquido e líquido – por exemplo, água com álcool ou o petróleo. Possui o mesmo princípio da destilação sim-ples, porém utiliza uma coluna de fracionamento; ao longo desta, diversos “pratos” inter-nos fazem com que a parte do líquido de menor tempera-tura de ebulição se condense, separando-o pouco a pouco do líquido de maior temperatura de ebulição.

Termômetro

Coluna de fracionamento

Balão de destilação

Misturahomogênea

líquido-líquido

Condensador

Saída

Mantaelétrica

Béquer com primeirolíquido recolhido

Saída da água deresfriamento

Entrada daágua de

resfriamento

Um importante exemplo desse método de separação é a destilação fracionada do petróleo, a qual permite a obtenção das diversas porções do petróleo, como gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrifi cante e outros componentes.

Petróleo

Nafta

Gasolina

Querosene

Óleo diesel

C14 a C20

C10 a C16

C5 a C10

Óleo lubrificante

Óleo combustível

resíduo/alcatrãoFrações comdensidade, massamolecular etemperatura deebulição decrescente

C1 a C4 gases

GPL

Fábrica deprodutos químicos

Gasolina paraveículos

Combustível paraaviões, aquecimentoe energia

Diesel

Óleoslubrificantes

Combustívelpara barcos eindústria

Alcatrão

20 °CC5 a C9

70 °C

120 °C

170 °C

270 °CC20 a C50

600 °C

C20 a C70

> C70

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4. Fenômenos fí sicos e químicos

Fenômeno fí sico – É a transformação que ocorre com o material, mas que não altera sua composição (ou fórmula).

Exemplo: evaporação da água

Evaporação

Nesse fenômeno, a água no estado líquido recebe calor e passa para o estado de vapor (gasoso):

H2O (l) i H2O (g)

OBS.: todas as mudanças de estado fí sico são fenômenos fí sicos.

Fenômeno químico – É a transformação que ocorre com uma mudança na composição (ou fórmula) do material. Exemplo: reações de combustão (os produ-tos gerados na transformação são diferentes dos reagentes iniciais).

A tabela abaixo mostra mais alguns exemplos de fenômenos químicos e fí sicos:

Fenômeno Queima do papel

Ebulição da água

Imantação do ferro

Enferrujamen-to de um prego

Destilação do petróleo

Classifi cação Químico Físico Físico Químico Físico

Os fenômenos químicos ou reações químicas são representados pelo que cha-mamos de equação química. Na equação química, representam-se as fórmulas dos reagentes do lado esquerdo e as dos produtos, do lado direito. Veja o exemplo da combustão do etanol:

C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Reagentes2 átomos de C6 átomos de H7 átomos de O

Produtos2 átomos de C6 átomos de H7 átomos de O

+ +

Note que o número de átomos dos reagentes é igual ao número de átomos dos produtos!

Veja abaixo mais alguns exemplos de fenômenos fí sicos e químicos:

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SAE

ID SH

AH

IN K

IYA | D

RE

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STIM

E.C

OM

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Fenômenos fí sicos Fenômenos químicos

Lata sendo amassada

Fusão do gelo

Digestão de alimentos.

Preparo de um bolo.

Dissolução do açúcar.

Dissolução de comprimido

efervescente

©

OG

UZ

AR

AL | D

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AN

DR

EY A

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