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CENTROUNIVERSITÁRIO DE CARATINGA - UNEC ENGENHARIA CIVL VAGNER GAVIOLI DA SILVA PRÁTICAS LABORATORIAS Separação de uma Mistura Heterogênea: Filtração Simples CONTAGEM FEVEREIRO/2025 2 RELATÓRIO DE PRÁTICAS ENGENHARIA CIVIL 1. IDENTIFICAÇÃO DO RELATÓRIO Título da Prática: Separação de uma Mistura Heterogênea: Filtração Simples Nome do Aluno: Vagner Gavioli da Silva Data: 24/02/2025 2. INTRODUÇÃO Ao analisar substâncias, é importante considerar do que é formado, pois a maioria não envolve substâncias puras, mas sim misturas de duas ou mais substâncias, que dependendo de quais sejam, podem apresentar um aspecto visual de fases. Misturas que se apresentam como uma fase única são nomeadas de misturas heterogêneas, enquanto aquelas que apresentam duas fases ou mais são nomeadas de misturas heterogêneas. Entender o tipo de mistura auxilia no processo de separação dos elementos, em vista que há vários tipos de métodos que podem ser utilizados. Um exemplo de método de separação para misturas heterogêneas envolvendo uma substância no estado líquido e outra no estado sólido é a filtração, que utiliza um equipamento com a finalidade de filtrar a substância, fazendo alguns elementos ficarem retidos no filtro enquanto outros elementos escoam por ele. Para escolher o método de separação de misturas adequado é importante conhecer um pouco da mistura, como por exemplo, se ela é heterogênea (mistura com duas ou mais fases) ou homogênea (mistura com apenas uma fase). Para isso existem técnicas para fazer a separação dessas misturas tendo em vista a sua composição. 3 3. TÉCNICAS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS 3.1 FILTRAÇÃO Usada para separar misturas sólido-líquido ou sólido-gás. No caso mais simples utilizamos um papel como filtro onde as partículas sólidas ficam retidas e o líquido escoa. Para o tratamento da água canalizada que recebemos em casa, por exemplo, essa água passa por filtro de areia, onde este retém partículas sólidas presentes na água. 3.2 FILTRAÇÃO À VÁCUO Em casos em que a filtração é muito lenta, ou seja, a parte líquida leva muito tempo para escoar, pode-se acoplar uma bomba de vácuo ao equipamento para acelerar o processo. 3.3 DECANTAÇÃO Pode ser usada para separar sólidos de líquidos ou líquidos imiscíveis entre si, como por exemplo, água e óleo. Para a separação de um sólido e um líquido se deixa a mistura em repouso e por ação da gravidade o sólido irá se depositar no fundo. Para retirar a parte líquida, podemos verter cuidadosamente o recipiente, para retirar a parte líquida, ou ainda, podemos utilizar um sifão, no processo conhecido como sifonação. 3.4 CENTRIFUGAÇÃO Caso a decantação seja muito lenta, é possível acelerar o processo através do uso de uma centrífuga. Nesse processo, as misturas são colocadas em tubos de ensaio que são encaixados na centrífuga. Esta gira rapidamente forçando a parte mais densa da amostra a se depositar no fundo do recipiente. Através desse processo é possível separar uma amostra de sangue em três fases: plasma; glóbulos brancos e plaquetas; glóbulos vermelhos. 3.5 FUNIL DE SEPARAÇÃO Para separação de misturas entre dois líquidos imiscíveis, utiliza-se uma vidraria chamada funil de separação ou funil de decantação. O líquido mais denso ficará no fundo e para retirar o componente mais denso basta abrir a torneira do funil. 4 3.6 DISSOLUÇÃO FRACIONADA Essa técnica separa uma mistura formada por dois sólidos, onde apenas um deles é solúvel em determinado solvente. Por exemplo, se quisermos separar uma mistura de areia e sal de cozinha (cloreto de sódio), adicionamos água à mistura, onde sabemos que o sal irá se dissolver e a areia não. Podemos prosseguir com a separação, filtrando (onde a areia ficará retida no papel), seguida por uma evaporação da água, restando apenas o sal. 3.7 SEPARAÇÃO MAGNÉTICA Separação de sólidos quando um dos componentes possui propriedades magnéticas, como é o caso das partículas de ferro. Para tanto, utiliza-se um ímã ou eletroímã. 3.8 SUBLIMAÇÃO Separação de sólidos quando um deles sofre sublimação (passagem do estado sólido para estado gasoso, sem passar pelo estado líquido) por meio de aquecimento ou não. Esse é um processo pelo qual se purifica o iodo, onde este sublima com aquecimento. 4. OBJETIVO DA PRÁTICA Este experimento visa mostrar como são feitas as misturas heterogêneas e a identificação delas, executar as técnicas essenciais de laboratório e criar melhor percepção das diversas vidrarias utilizadas num processo de separação de misturas heterogêneas. 5 5. PROCEDIMENTO Os conceitos abordados nessa prática mostram muito do cotidiano das indústrias, onde métodos de separação são extremamente importantes, como por exemplo: a filtração da água antes de ser distribuída pelas canalizações das cidades, e a remoção de partículas sólidas antes da emissão de gases para a atmosfera, entre outros. Este experimento utiliza um funil analítico liso com haste curta e papel de filtro qualitativo para a realização de uma separação mecânica através de uma filtração por gravidade (simples). Para tanto, será necessário utilizar um suporte universal com argola. Você irá separar uma mistura heterogênea composta por determinadas quantidades de uma solução aquosa de sulfato de cobre II a 0,3 mol. L-1 (0,3 M) e dióxido de silício. O experimento foi pensado para não trazer riscos tóxicos. Portanto, são utilizadas soluções de baixas concentrações e pouco nocivas. Entretanto, mesmo com essas precauções pensadas e definidas, você só poderá realizar o experimento utilizando os devidos equipamentos de proteção individual. Neste experimento serão utilizadas luvas, de modo a evitar algum possível corte ou contaminação com agentes nocivos à pele e jaleco, para proteger o corpo como um todo. O ambiente do experimento apresenta o aparato mecânico de filtração já montado, onde estarão presentes o suporte universal com mufa e argola. Você deverá selecionar as vidrarias necessárias para a realização do experimento, que, nesse caso, serão o funil simples e um béquer. Além disso, você será responsável em preparar a mistura da solução de sulfato de cobre e dióxido de silício, antes de realizar o processo de filtração. 6 6. RESULTADOS OBTIDOS O filtro exerce uma função que consiste em ser um meio filtrante para separação das duas substâncias utilizadas no experimento (CuSO4 e SiO2). Pode ser observado pelas figuras 1 e 2 que após o experimento, o filtro reteve uma das substâncias, o SiO2, que possui, pelo resultado encontrado, partículas de tamanho superior aos poros do filtro. Já o CuSO4, possui partículas menores que os poros do filtro, uma vez que atravessou o filtro e repousou no béquer. Então, se o tamanho de um sólido for muito pequeno, um outro filtro de maior porosidade não seria capaz de retê-lo, fazendo com que o experimento não executasse a separação. Figura 1 - Filtro de papel no suporte após realizar o experimento. Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 7 Figura 2 - Dióxido de silício retido pelo filtro após o experimento. Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Como trata-se de um tipo de papel com elevado grau de celulose e, em alguns casos, algodão. Os papéis de filtro distinguem-se uns dos outros pela dimensão dos seus poros. Como é óbvio, quanto maior a dimensão das porosidades do papel, menos eficiente será o filtro. No entanto, é necessário ponderar a relação entre a eficiência da filtraçãoe o tempo em que ela decorrerá. Quanto maiores forem os poros menor o tempo que demora a filtração. Então, a eficiência da filtragem depende do uso do material adequado, para que se obtenha resultados satisfatórios. Foram observadas através do uso do béquer, duas fases, como revela a figura 4, com uma mistura heterogênea entre as substâncias: Primeira fase: Solução aquosa de Sulfato de Cobre II a 0,3 mol.L-1 (0,3M) Segunda fase: Dióxido de silício (SiO2). 8 Figura 3 - Fases da mistura vista pelo béquer. Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Encontre-se, no experimento, o precipitado de SiO2. Tendo em vista que após realizar a mistura dos componentes, o SiO2, não dissolveu na solução de CuSO4, formando no fundo do béquer o precipitado de SiO2. Após a filtragem, somente as partículas com dimensões menores que os poros do filtro, encontravam-se no béquer. A solução líquida encontrada no béquer, claramente, tratava-se da solução aquosa de sulfato de cobre, como revela a figura 4, visto que o dióxido de silício é uma substância sólida em forma de pó e por suas partículas serem maiores que os poros do filtro, ela não se encontrava no béquer, e sim, retida do papel de filtragem. Como a dimensão dos poros de qualquer papel de filtro situa-se geralmente na ordem da milésima parte do milímetro – o micrômetro (µm), 10-6 m. Cada experimentalista deverá decidir que papel de filtro deve utilizar, de acordo com as dimensões das partículas dos precipitados que ele terá que filtrar. 9 Figura 4 - Substância vista pelo béquer após a filtração. Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 10 7. IMAGENS DOS RESULTADOS SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no armário de EPIs. Uso de Jaleco e luvas Figura 5 – Segurança do Experimento Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 11 PREPARANDO O EXPERIMENTO Coloque todos os itens necessários ao experimento, que se encontram nas gavetas e no armário. Posicione o funil analítico na argola, realize o processo de dobragem do papel filtro qualitativo e posicione-o no funil. Figura 6 – Preparando o experimento I Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Figura 7 – Preparando o experimento II Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 12 PROMOVENDO A MISTURA Coloque uma amostra da solução aquosa de Sulfato de cobre II a 0,3 mol.L-1 (0,3M) no béquer 1, e, logo após, acrescente 3g de dióxido de silício ao béquer 1. Promova a mistura no béquer 1 com o bastão de vidro. Figura 8 – Promovendo a Mistura I Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Figura 9 – Promovendo a Mistura II Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 13 REALIZANDO A FILTRAÇÃO Posicione o béquer 2, vazio, embaixo do funil analítico e coloque a mistura do béquer 1 em cima do funil analítico. Visualize o funil e o filtro de separação. Figura 10 – Realizando a Filtração I Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Figura 11 – Realizando a Filtração II Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 14 FINALIZANDO O EXPERIMENTO Coloque o bastão de vidro na mesa e feche o pote de dióxido de silício. Retorne o filtro analítico para a mesa, troque o papel filtro e retire o béquer do funil. Por fim, remova o conteúdo dos béqueres. Figura 12 – Finalizando o Experimento I Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). Figura 13 – Finalizando o Experimento II Fonte: Autor da pesquisa pelo Laboratório Virtual UNEC (2025). 15 8. AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Qual a função do papel filtro no experimento e o que foi observado nele após a separação? Reter o elemento sólido da mistura, observamos sua eficácia, pois no béquer não passou nenhuma partícula do sólido. 2. Com base em seus conhecimentos, como a porosidade do filtro poderia interferir no processo de filtração? Quanto mais poroso o filtro for, maior a chance das partículas só lidas passarem. 3. Quantas fases você consegue observar no experimento? Na mistura antes de passar no filtro é possível observar 2 fases na mistura. 4. Qual o precipitado formado nesta mistura? Explique sua resposta. O dióxido de silício precipita na mistura, pois sua densidade é maior. 5. Identifique as fases presentes no béquer e as suas respectivas fórmulas. São identificadas 2 fases: CuSO4 e SiO2. 6. O que foi observado no béquer após a separação? No béquer continua somente o sulfato de cobre. 7. Com base nos resultados obtidos após a filtração, o que você poderia afirmar sobre as moléculas da solução aquosa de sulfato de cobre e de dióxido de silício, em relação ao filtro de papel utilizado? Como o sulfato de cobre é líquido e não se mistura com o dióxido de silício o filtro utilizado atuou bem na filtragem, impedindo a passagem de partículas. 16 9. ANÁLISE DOS RESULTADOS A maior parte das substâncias não são encontradas na natureza de forma pura, e sim como componentes de algumas misturas. Isto se deve à forma como ocorreu a formação do planeta terra. Uma mistura é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo denominada de componente. A maioria dos materiais que nos cercam são misturas. As misturas podem ser classificadas em função do seu aspecto visual. Quando o aspecto visual é contínuo dizemos que a mistura contém uma única fase e a mistura é denominada como sendo uma mistura homogênea. Quando o aspecto visual é descontínuo dizemos que a mistura contém duas ou mais fases distintas e a mistura é denominada como sendo uma mistura heterogênea. A separação dos componentes que compõem uma mistura pode ser realizada por vários métodos, como por exemplo, decantação, filtração, destilação, evaporação do solvente e extração. Um exemplo de separação por filtração no cotidiano, são os filtros de areia utilizados em piscinas, que promovem a remoção de impurezas e tornam a água cristalina e própria para o banho. Na indústria, as filtrações são muito utilizadas, principalmente para realizar a filtração da água. Nos sistemas de escoamento de fluidos, os filtros são indispensáveis para reter impurezas e materiais particulados, protegendo bombas, equipamentos estáticos e tubulações contra entupimento, incrustações e mal funcionamento. Existem diversos tipos, formatos e elementos filtrantes para diferentes aplicações e parâmetros de processo das operações unitárias utilizadas na indústria. Como já discutido anteriormente, a filtração simples consiste em uma separação de substâncias de acordo com a composição e dimensão das partículas que formam essas substâncias. No caso do sulfato de cobre, observou-se que as moléculas são menores e mais espaçadas que os poros do filtro, já que após a filtragem, a solução encontrava-se no béquer. Já o dióxido de silício, encontrava-se no filtro, uma vez que suas partículas são maiores que os poros do filtro e por seu estado sólido. Pode-se concluir, então, que soluções aquosas terão uma maior facilidade para passar pelo filtro, enquanto soluções mais densas e sólidas, carregam uma grande probabilidade de ficarem retidas no filtro. 17 Portanto, para a separação de misturas heterogêneas por filtragem simples, com o uso de duas fases, conclui-se que existe uma grande probabilidade de obter resultados satisfatórios e conclusivos. 18 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALGETEC. SEPARAÇÃO DE MISTURA HETEROGÊNEA- FILTRAÇÃO SIMPLES. Disponível em: . Acesso em: 20/02/2025. CHANGE, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. CHANG, Raymond. Química Geral – Conceitos Fundamentais. Porto Alegre: AMGH, 2010. PERUZZO, Francisco M.; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Vol. 1. 4ª ed. São Paulo: Moderna, 2006 Resumo Teórico – Separação de Misturas Heterogêneas: Separação de misturas – Parte I. Kuadro | nada resiste ao trabalho. 2018. Disponível em: . Acesso em: 22/02/2025. RIBEIRO, D., (2015) Papel de Filtro, Rev. Ciência Elem., V3(1):088 ROSENBERG, Jerome L.; EPSTEIN, Lawrence M.; KRIEGER, Peter J. Química Geral. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH. Fundamentos de Química analítica. Thonson, Learning, 2006. Tradução da 8ª edição americana.