TPI

CO

Licenciatura em cincias USP/ Univesp

3.1 Introduo3.2 Formas de apresentao da matria3.3 Misturas3.4 Processos de separao de misturas3.5 Misturas azeotrpicas3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumica

Qum

ica

Guilherme A. Marson Ana Cludia Kasseboehmer

ObTenO de SubSTnCIAS3

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Objetivos Reconhecer a diferena entre materiais e substncias. Conhecer os diferentes processos de separao de misturas e entrar em contato com

estratgias de resoluo de problemas sobre como obter substncias a partir de misturas.

3.1 IntroduoDada a importncia dos processos de obteno de misturas para o conhecimento qumico,

este tpico destinado a diferenciar os conceitos de materiais e substncia, misturas homogne-

as e heterogneas, e apresentar os conceitos de fase, misturas azeotrpicas e os diversos processos

de separao de misturas. Esperamos assim que voc compreenda os conceitos fundamentais

para os contedos posteriores da Qumica e exercite a habilidade de resolver problemas, agora,

na obteno de substncias qumicas por extrao de misturas.

3.2 Formas de apresentao da matriaComo foi visto no Tpico Introduo aos Estudos de Qumica, o mundo macroscpico, isto ,

aquilo que observvel a olho nu pode ser dividido da seguinte forma, como consta na Figura 3.1:

Na semana passada, voc elaborou individualmente uma hiptese para o problema de separao dos componentes do ar.Durante esta semana, exercite outra atividade importante da funo do cientista: discuta suas ideias com seus colegas no frum de discusso.Bom trabalho!

Figura 3.1: Formas de apresentao da matria

Matria: tudo o que tem massa e ocupa lugar no espao

encontrada na forma de

so constitudos por diferentes

Materiais: pores de matria com propriedades especficas. Ex.: madeira, metal etc.

Substncias: conceito fundamental da Qumica; pode ser atribuda uma frmula. Ex.: gua (H2O); Ferro (Fe)

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Para exemplificar, tomemos uma garrafa de gua mineral:

Na Figura 3.2, a garrafa dgua representa um exemplo de matria, pois tem uma determi-

nada massa e ocupa lugar no espao. A garrafa dgua ento constituda por pelo menos dois

tipos de materiais: o plstico da garrafa e a gua contida dentro dela.

A gua mineral que ingerimos tambm um material e constituda por diversas substn-

cias qumicas, entre as quais gua (H2O), sulfato de clcio (CaSO

4), cloreto de sdio (NaCl)

etc. Observe o rtulo de uma garrafa de gua mineral comercial, no qual podemos encontrar a

relao das diferentes substncias qumicas que constituem esse material (Figura 3.3).

Para tornar mais clara essa diferenciao entre material e substncia, observe os desenhos da

Figura 3.4, que representam a substncia gua e o material gua. esquerda, h apenas

molculas de gua; ento, o desenho a representao submicroscpica da substncia gua e

podemos atribuir a ela a frmula H2O.

direita, alm das molculas de gua

existem outros elementos qumicos, re-

presentados pelas bolinhas verde e cinza,

que simbolizam os sais minerais dissol-

vidos na gua. Este ento o desenho

de um material gua e no possvel

atribuir uma frmula a ele.

gua mineral natural

Composio qumica provvel em ma/L:

Sulfato de estrncio . . . . . . . . . . . . . . . 0,04Sulfato de clcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,29Sulfato de potssio . . . . . . . . . . . . . . . . 2,16Sulfato de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65,71Carbonato de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . 143,68Bicarbonato de sdio . . . . . . . . . . . . . . 42,20Cloreto de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,07Fluoreto de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,24Vendio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,07

Caractersticas fsico-qumicas:

pH a 25 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10,00Temperatura da gua na fonte . . . . . . . 24 CCondutividade eltrica . . . . . . . . . . . . . 4,40 104 ohms/cmResduo de evaporao a 180 C . . . . . 288,00 g/mL

Classificao:

ALCALINO-BICARBONATADA, FLUORETADA, VANDICA

Figura 3.3: Rtulo de uma garrafa de gua mineral comercial.

Figura 3.2: Garrafa de gua mineral. / Fonte: Thinkstock

Figura 3.4: Representao submicroscpica da substncia gua e do material gua. / Fonte: modificado de Banco de Imagens LENAQ/UFSCar.

http://http://www.thinkstockphotos.com/

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Na natureza possvel encontrar substncias em sua forma pura como, por exemplo, o

diamante e o enxofre. Entretanto, grande parte dos objetos se apresenta na forma de material

como o ar atmosfrico, os alimentos, os minrios etc.

Por isso, em Qumica, importante conhecer os processos de separao de misturas para

obteno das substncias qumicas. Nesses casos, dizemos que os componentes da mistura foram

purificados. Geralmente, os processos de separao precisam ser repetidos ou diferentes pro-

cessos precisam ser combinados para que as substncias obtidas se tornem cada vez mais puras.

Entretanto, uma substncia completamente pura, ou seja, composta por exclusivamente um

tipo de partcula uma idealizao. Retomando o Tpico Introduo aos Estudos de Qumica,

Maldaner (2003) explica que substncias puras so objetos tericos utilizados para construir

conhecimento intelectual sobre os objetos concretos. Nesse mesmo sentido, veremos adiante

conceitos importantes como grau de pureza, rendimento de reao etc.

3.3 MisturasSeguindo na anlise macroscpica da organizao da matria, preciso que alguns termos

sejam conceituados:

Os materiais podem ser tambm chamados de misturas, pois so constitudos da unio de duas ou mais substncias.

As misturas, por sua vez, podem ser diferenciadas em homogneas e heterogneas. Elas so distinguidas de acordo com o nmero de fases que apresentam.

Fase representa qualquer forma (slida, lquida, gasosa, plasma) em que a matria pode existir, dependendo da temperatura e da presso. necessrio destacar que fase no

sinnimo de substncia. Observe a Figura 3.5.

Figura 3.5: Exemplos de misturas: (a) gua e gelo; (b) gua e lcool; (c) gua e ter; (d) gua, sal e leo. / Fonte: modificado de Banco de Imagens LENAQ/UFSCar.

a b c d

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No exemplo da Figura 3.5, temos: (A) uma substncia (gua) e duas fases (gua lquida

e gelo); em (B), h uma mistura de duas substncias (gua e lcool), que, por ser homognea,

constitui uma fase; (C) mistura de gua e ter, que heterognea com duas substncias e duas

fases, ainda que a mistura toda seja incolor (existe um limite discreto de separao entre as

substncias); o ltimo exemplo (D) uma mistura de trs substncias (sal, gua e leo) e duas

fases, j que a gua e o sal constituem uma fase apenas.

importante destacar que a diviso em fases no apenas visual. Geralmente, misturas

como sangue e leite so tomadas como misturas homogneas porque aparentemente apre-

sentam apenas uma fase. Observe a Figura 3.6, que so imagens desses dois materiais vistos a

partir de um microscpio. Nesses casos, possvel reconhecer mais de uma fase e, portanto, eles

so classificados como materiais. Esses casos particulares de misturas heterogneas so bastante

presentes em nosso dia a dia e, por isso, o prximo tpico ser dedicado ao estudo dos Coloides.

A seguir, veremos alguns processos de separao de misturas mais utilizados.

Figura 3.6: Mapa Conceitual de Misturas

Mistura homognea ou soluo a unio de duas ou mais substncias que constituem uma s fase. At mesmo sob um microscpio no possvel diferenciar as substncias que a constituem, o que ocorre apenas em nvel submicroscpico. Por exemplo, gua e sal.

Mistura heterognea mistura de duas ou mais substncias que visualmente ou sob microscpio constitui mais de uma fase. Por exemplo, gua e leo.

Misturas

a b

Figura 3.7: Leite (a) e sangue (b) vistos de um microscpio. / Fonte: Extrado de Lacerda et al., 2012, p. 78.

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3.4 Processos de separao de misturasInicialmente, precisamos decidir qual processo o mais indicado para a mistura do nosso

sistema. Por isso, observe a sequncia de perguntas abaixo, que pode conduzir aos diferentes

processos de separao.

Na Figura 3.8 constam as diferentes opes para separar misturas dependendo das proprie-

dades do material escolhido. Resta apenas saber quais processos de separao podem ser utilizados

para separar misturas gasosas e homogneas. Esta uma das atividades da semana. Ao final da

semana teremos exercitado como os cientistas resolvem problemas e aprendido novos conceitos.

Figura 3.8: Mtodos de separao de diferentes misturas

Quantas fases?

slido gasososlido

+gs

slido

+lquido

slido

+slido

lquido

+lquido

uma

sim

mais de uma

no

Qual o estado fsico das fases?

uma soluo?

CataoSeparao magnticaPeneiraoVentilaoLevigao

DecantaoCentrifugaoDestilao

DecantaoFiltraoCentrifugaoDestilaoEvaporao

DecantaoFiltrao

Fuso fracionada ?Destilao cromatografia

lquido

Qual o estado fsico da fase?

A animao apresenta a descrio de alguns dos processos de separao de misturas. Clique no cone para acess-la e clique

em cada um dos processos de separao para conhec-los melhor.

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3.5 Misturas azeotrpicasObserve a Figura 3.9, que apresenta grficos de temperatura pelo tempo para substncias

puras e misturas. uma caracterstica das substncias apresentar pontos de fuso e de ebulio

constantes, ou seja, enquanto coexistirem as fases slida e lquida (no processo de fuso) ou as

fases lquida e gasosa (no processo de ebulio), a temperatura permanecer a mesma.

Misturas comuns no tm ponto de ebulio constante, mas sim uma faixa de temperaturas

na qual ocorre a mudana de fase. Durante uma destilao, o ponto de ebulio da mistura varia

segundo a composio do sistema. medida que a destilao avana, a composio do sistema

em ebulio fica prxima do componente de maior ponto de ebulio, que permanece no balo

de destilao. Devemos esperar, ento, que a temperatura mnima de ebulio seja a do compo-

nente de menor ponto de ebulio e a mxima, a do componente de maior ponto de ebulio.

Dependendo, porm, da interao entre os componentes da mistura, o sistema em destilao

no se comporta dessa forma. Uma mistura que no se comporta assim denominada mistura

azeotrpica, e pode apresentar um ponto de ebulio bem determinado a uma temperatura

inferior, intermediria ou superior s temperaturas dos componentes individuais da mistura.

Quando inferior, chama-se azetropo de mnimo ponto de ebulio ou azetropo negativo;

e, quando superior, azetropo de mximo ponto de ebulio ou azetropo positivo.

Figura 3.9: Substncias puras (a) apresentam temperaturas de fuso e ebulio bem definidas. Se acompanharmos a variao de temperatura em funo do tempo durante o resfriamento ou aquecimento de uma substncia pura, observamos que, durante as mudanas de estado de agregao, a temperatura permanece constante. No caso das misturas (b), as mudanas no estado de agregao ocorrem em intervalos de temperatura (zonas azuis no grfico b).

a b

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Os grficos da Figura 3.9 mostram a variao de temperatura de misturas lquidas em

ebulio em funo da composio do sistema. O grfico obtido destilando-se uma mistura

e medindo a temperatura no lquido em ebulio e no vapor. A linha tracejada a temperatura

do vapor, e a linha contnua, a temperatura do lquido em ebulio. A primeira curva mostra o

comportamento de uma mistura comum. Os casos de misturas azeotrpicas so mostrados no

segundo e no terceiro grfico. Observe que medida que a destilao prossegue, ao atingirmos

a composio do azetropo, a temperatura se estabiliza e as linhas se cruzam, ou seja, nesta

temperatura a composio do lquido e do vapor a mesma; portanto, estaremos destilando

uma mistura e no os componentes individuais.

3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumica

Os conhecimentos envolvidos nos processos de obteno de substncias a partir de misturas

so bastante aproveitados na indstria. Alm do ramo farmacutico que extrai diversas subs-

tncias da natureza com finalidade cosmtica e medicinal, h tambm a indstria de alimentos

que utiliza esses processos para obter substncias e transform-las em produtos comerciais.

Figura 3.10: Misturas azeotrpicas: (a) mistura ideal (b) mistura com azetropo de mnimo (c) mistura com azetropo de mximo. / Fonte: modificado de Wikipedia

a b c

Ento, no possvel separar os componentes de uma mistura azeotrpica por destilao simples, uma vez que o que se destila uma mistura dos componentes, destilada na temperatura do azetropo.

http://http://www.wikipedia.org/

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A leitura complementar exemplifica essas aplicaes trabalhando as estratgias de obteno de

leos vegetais. Aproveite a leitura.

Referncias para a elaborao do tpicoAtkins, P. W.; Jones, L. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio

ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

BrAdy, J. e., russel, J. W. & Holum, J. r. Qumica: a matria e suas transformaes. 3. ed. Rio

de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos, 2002.

BroWn, t. l.; lemAy, H. e.; Bursten, B. e.; Burdge, J. r. Qumica: a cincia central. 9. ed. So

Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

kotz, J. C.; treiCHel, P. m.; WeAver, g.C. Qumica geral e reaes qumicas. 6. ed.

SoPaulo: Cengage Learning, 2010.

lACerdA, C. C.; CAmPos, A. F.; mArCelino-Jr, C. A. C. Abordagem dos Conceitos Mistura,

Substncia Simples, Substncia Composta e Elemento Qumico numa Perspectiva de Ensino

por Situao-Problema. Qumica Nova na Escola, v. 34, n. 2, p. 75-82, 2012.

mAHAn, B. m.; myers, J. r. Qumica: um curso universitrio. So Paulo: Edgard Blcher, 1995.

mAldAner, o. A. A formao inicial e continuada de professores de qumica: professo-

res/pesquisadores. 2. ed. Iju: Uniju, 2003. 424p. (Coleo educao em qumica).

sHriver, d. F.; Atkins, P. W. Qumica inorgnica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.

WHitten, k. W.; dAvis, r. e.; PeCk, m. l. General Chemistry. 5. ed. New York: Heartcourt

College Pub., 1997.

Leitura complementar e videoaulaAps ler este texto e assistir videoaula, responda ao questionrio para verificar o seu aprendizado.Bom trabalho!

Caso haja dvidas acessar: frum de dvidas.

http://midia.atp.usp.br/plc/plc0013/impressos/plc0013_top03_complementar.pdf

3.1 Introduo3.2 Formas de apresentao da matria3.3 Misturas3.4 Processos de separao de misturas3.5 Misturas azeotrpicas3.6 Processos de separao de misturas na indstria qumica