Qual método de separação de misturas é o mais adequado para separar misturas homogêneas sólidas?

Índice

Introdução

Uma das coisas mais importantes, que não só os químicos, mas todos nós fazemos, é a separação de misturas. Este processo consiste em obter cada uma das substâncias puras que compõem a mistura.

Quem nunca precisou usar um coador para separar a nata do leite antes de tomá-lo? Ou ainda, para os amantes de café, que usam filtro de papel para separar o café dos grãos? Mesmo sem saber, você acabou de fazer uma filtração.

Provavelmente você já precisou separar os grãos de feijão bons dos ruins e de partículas de sujeira. Por mais simples que esse ato possa parecer, continua sendo uma separação de misturas.

Feijões, branco e preto.

Existem diversos processos de separação de misturas, sejam elas homogêneas ou heterogêneas.

Esses processos se baseiam nas diferenças de propriedades físicas dos componentes. Por isso, é muito importante conhecer algumas das propriedades das substâncias presentes na mistura, tais como as temperaturas de fusão e ebulição, a densidade e a solubilidade.

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Processos de Separação de Misturas Heterogêneas

Sólido + Sólido

Em uma mistura heterogênea entre dois sólidos, a separação pode ocorrer através dos seguintes processos:

• Catação: é o método mais simples de separação, no qual usamos as mãos ou algum instrumento como pinça ou pegadores para separar um sólido do outro. É muito utilizado no dia a dia, para escolher feijão, lentilha e outros grãos, separando-os de pedras, grãos indesejados e outros detritos antes de cozinhá-los.

Levigação: método no qual é usada a força de arraste da água para separar dois sólidos com densidades diferentes. Os sólidos de baixa densidade são arrastados pela corrente de água e os sólidos de maior densidade permanecem no recipiente. É o processo aplicado, por exemplo, no garimpo, para separar o ouro da areia e cascalhos, como mostrado na figura abaixo.

Levigação do ouro.

• Ventilação: nesse processo, é usada corrente de ar para separar dois sólidos com densidades diferentes. Os sólidos de baixa densidade são arrastados pela corrente de ar e os sólidos de maior densidade permanecem no recipiente. É o processo aplicado, por exemplo, na separação do café, do amendoim e de cereais, como o arroz, de suas cascas.

Grãos de café.Amendoim sem casca.Flotação: este processo consiste em adicionar um líquido sobre uma mistura (sólido + líquido ou líquido + líquido) que apresenta componentes insolúveis neste líquido. O líquido vai possuir uma densidade maior que um dos componentes e menor que o outro, separando-os por diferença de densidade, como mostra a figura abaixo.

Areia e serragem sendo separadas.

Atração magnética: nesse processo, é utilizado um ímã para atrair um dos componentes da mistura. O processo de atração magnética é aplicado, por exemplo, na separação de metais para serem levados à reciclagem, onde o ímã atrai metais como o ferro, o níquel e o cobalto, mas não atrai o alumínio, como mostra a figura a seguir. Um outro exemplo onde é utilizada a separação magnética é na mistura de limalha de ferro e enxofre, onde as limalhas de ferro são atraídas pelo ímã e separadas do enxofre.

Separação de metais por atração magnética.

Dissolução fracionada: nesse processo, todos componentes presentes na mistura são colocados em um líquido no qual apenas um dos componentes se dissolve. Um exemplo de aplicação dessa técnica é a separação do sal e da areia. Ambos são colocados na água, mas apenas o sal se dissolve, enquanto a areia permanece no fundo do recipiente, como mostra a figura. Depois disso, a solução de água e sal é filtrada para se separar da areia e, em seguida, destilada para que a água evapore e sobre apenas o sal no recipiente.

Representação esquemática da dissolução fracionada da mistura de sal e areia.

Peneiração ou tamisação: este método é usado para separar dois sólidos formados por partículas de tamanhos diferentes. É muito usado na construção civil para separar a areia de cascalhos e pedras.

Açúcar de confeiteiro.

Peneiração de arroz.

Fusão fracionada: este método é aplicado na separação de sólidos que apresentam diferentes pontos de fusão. Por exemplo, para separar o ferro do chumbo e do estanho, pode-se primeiro aquecer a mistura até 231 ºC para fundir o estanho. Em seguida, aumenta-se a temperatura até 327 °C para fundir o chumbo e, por fim, até 1536 °C para fundir o ferro. Cada metal, após derreter, é separado dos outros.

• Sublimação: este método é usado quando um dos sólidos da mistura é aquecido e sublima, ou seja, passa diretamente do estado sólido para vapor, enquanto o outro permanece no estado sólido. Um exemplo de aplicação desse processo é na separação do sal e do iodo, que sublima após aquecimento.

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Sólido + Líquido

Em uma mistura heterogênea, onde o sólido não se dissolve no líquido, a separação pode ocorrer através dos seguintes processos:

Decantação: nesse processo, o sólido, que se encontra misturado com o líquido, é mais denso e, após certo tempo mantendo a mistura em repouso, o sólido sofre sedimentação, depositando-se no fundo do recipiente. Assim, ocorre sua separação do líquido, que pode ser transferido para outro recipiente de duas formas: virando-se lentamente a mistura em outro recipiente ou, ainda, pode-se utilizar um sifão para transferir a parte líquida para outro recipiente (sifonação). A figura a seguir mostra o exemplo da separação por decantação da água barrenta. O processo de decantação é aplicado, por exemplo, nas estações de tratamento de água.

Barro e água se separando pelo processo de decantação.

Filtração: no processo de filtração, é utilizado um filtro para reter o sólido que não foi dissolvido no líquido e permitir a passagem da fase líquida pelos poros de tamanhos específicos. Existem dois tipos de filtração: filtração simples e filtração a vácuo. Alguns exemplos de aplicação desse processo são para separar o café dos grãos, na separação do leite da nata, filtração da água. Misturas envolvendo gás e sólido podem ser separadas via filtração, usando aspirador de pó.

• Filtração simples: é realizada usando apenas um papel de filtro, como mostra a figura.

Representação esquemática da filtração simples.

Filtração a vácuo: são usados, em conjunto, o funil de Büchner, o kitassato e a trompa d’água, como mostra a próxima figura. A trompa d’água “suga” o ar existente no interior do kitassato, permitindo um escoamento mais rápido do líquido em relação à filtração simples.

Representação esquemática da filtração a vácuo.

Centrifugação: neste processo, utiliza-se uma centrífuga para acelerar o processo de decantação. O movimento de rotação da centrífuga permite, por inércia, a deposição das partículas de maior densidade no fundo do tubo, separando-as da fase líquida, como mostra a imagem seguinte. É muito aplicado para realizar exames de sangue.

Processo de centrifugação.

Líquido + Líquido

Quando dois líquidos são imiscíveis entre si, pode-se utilizar um funil de bromo para separá-los. O processo de separação de dois líquidos também recebe o nome de decantação.

• Decantação: no processo separação por decantação de dois líquidos imiscíveis, utilizando o funil de bromo, o líquido mais denso fica na parte inferior do funil e é escoado, como mostra a imagem a seguir. A velocidade de escoamento do líquido é controlada pela abertura da torneira.

Representação esquemática do processo de decantação usando funil de bromo.

Gás + Sólido

A separação de misturas heterogêneas entre gás e sólido podem ocorrer através dos seguintes processos:

Decantação: nesse processo, a mistura passa através de obstáculos, no formato de zigue-zague, reduzindo a velocidade das partículas sólidas, que são depositadas. O gás sai limpo. A decantação é realizada nas indústrias em um equipamento chamado chicana ou câmara de poeira. A figura a seguir mostra um esquema desse processo.

Representação esquemática do processo de decantação gasosa.

Filtração: neste método, a mistura passa por um filtro que retém o sólido e deixa o gás passar livremente. É um processo aplicado nos aspiradores de pó e, também, pelas indústrias, a fim de evitar o lançamento de partículas sólidas na atmosfera.

fabrica filtrando seus resíduos.

Aspirador de pó. retém o sólido e deixa o gás passar

Processos de Separação de Misturas Homogêneas

Sólido + Líquido

Quando um sólido se encontra dissolvido em um meio líquido, formando uma solução, os processos que podemos utilizar para separá-los são:

• Evaporação: este é o método mais simples para separar um sólido do líquido. Consiste em deixar a mistura em repouso ou aquecê-la até que o líquido, por ser mais volátil, evapore, restando somente o sólido no recipiente. É aplicado nas salinas, para obter o sal de cozinha da água salgada.

Salinas usando o método de evaporação.Processo de evaporação para separar o sal da água.

• Cristalização fracionada: este processo se baseia na diferença de solubilidade dos sólidos em um determinado líquido (solvente), a uma dada temperatura. Nesse método, todos os componentes sólidos da mistura são dissolvidos em quantidades diferentes num mesmo volume de solvente. Quando parte do solvente é evaporado, o componente sólido menos solúvel cristaliza primeiro e é separado da mistura. À medida que o solvente vai evaporando, os sólidos cristalizam-se até que todos os componentes sejam separados. A cristalização fracionada pode ocorrer tanto para misturas de sólidos dissolvidos em líquidos quanto para misturas líquidas de sólidos fundidos. Um exemplo de aplicação desse processo é na obtenção dos diversos sais presentes na água do mar. Além disso, várias pedras preciosas e cristais foram formados por meio da cristalização fracionada durante o processo de resfriamento da Terra.
• Destilação simples: é um método usado para separar cada um dos componentes presentes em misturas homogêneas de sólidos dissolvidos em líquido. Na destilação simples, a mistura é aquecida em um aparelho, como mostrado na figura abaixo. O líquido é vaporizado no balão de destilação, e os vapores passam pelo condensador e resfriam devido à passagem de água corrente no tubo externo. Após condensarem, são recolhidos em um erlenmeyer.

Representação esquemática do processo de destilação simples.

Cromatografia: na análise cromatográfica ou cromatografia, os componentes da mistura são separados e identificados pela cor. Essa técnica tem a vantagem de tornar possível a separação de componentes em quantidades muito pequenas. Ela permite não só a determinação do número de componentes presentes na solução, mas também a identificação das substâncias. A cromatografia utiliza-se da diferença de aderência dos componentes da mistura a um determinado sólido para separá-los. Pode ser realizada colocando uma mistura de dois ou mais componentes em uma coluna de vidro com sílica. Ao colocar um solvente orgânico (acetato de etila ou álcool) na coluna, um dos componentes da mistura tende a aderir melhor à sílica, fazendo com que o menos aderente atravesse a coluna mais rapidamente, separando-os. A figura a seguir mostra um esquema da análise de cromatografia.

Representação esquemática da análise de cromatografia. Na imagem, o componente de cor azul adere mais à sílica do que os outros, e demora mais tempo para atravessar a coluna. O componente amarelo é o menos aderente e chega ao recipiente primeiro.

Líquido + Líquido

Para separar dois líquidos miscíveis entre si, é utilizado o processo de destilação fracionada.

• Destilação fracionada: este processo baseia-se nas diferenças de temperatura de ebulição dos componentes da mistura. Durante o aquecimento, o líquido de menor temperatura de ebulição evapora primeiro. À medida que a temperatura vai aumentando, os líquidos vão evaporando até sobrar o líquido de maior temperatura de ebulição, que evapora por último. Uma coluna de fracionamento é acoplada ao aparelho de destilação, como mostra a figura. A destilação fracionada é aplicada no processo de obtenção de bebidas alcoólicas e, também, pelas indústrias petroquímicas para separar os diferentes derivados do petróleo

Representação esquemática da destilação fracionada.

Gás + Gás

Os gases, que sempre se misturam de forma homogênea, podem ser separados pelos seguintes processos:

• Liquefação fracionada: trata-se de um método em que a mistura gasosa passa por um processo de liquefação (por meio da diminuição da temperatura ou aumento da pressão), seguido por destilação fracionada. A figura seguinte mostra uma representação esquemática do processo de liquefação fracionada do ar atmosférico. O ar é liquefeito a -200 °C e, em seguida, passa por um aquecimento a partir dessa mesma temperatura. O primeiro componente a ser obtido é o gás nitrogênio, por possuir a menor temperatura de ebulição (-196 °C), e o último é o oxigênio líquido, por apresentar a maior temperatura de ebulição (-183 °C).

Representação esquemática do processo de liquefação fracionada.

Adsorção: esse processo consiste na capacidade que algumas substâncias têm de reter, em sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos, feitas de carvão ativado.

 O carvão ativado presente nas máscaras de gás absorvem os gases venenosos.