Aula Substâncias e Misturas 2015 2

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Misturas e Substâncias
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A Perspectiva Molecular da Química
√ Matéria: constituição de unidades atômicas dependendo do maior ou menor grau de agregação entre elas, podendo ser encontrada em três estados físicos: sólido, líquido ou gasoso;
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Elementos Químicos
Átomos
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 Átomos Moléculas
Átomos & Moléculas
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Propriedades da matéria
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Densidade
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Propriedades químicas da matéria
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Estados da Matéria
√ A matéria pode se apresentar no estado sólido, líquido ou gasoso;
√ Os sólidos são rígidos e têm forma e volume definidos;
√ Os líquidos não têm forma, mas têm volume;
√ Os gases não têm forma nem volume definidos e podem ser comprimidos para formarem líquidos.
fusão
solidificação
condensação/
liquefação
vaporização
sublimação
ressublimação
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Propriedades da Matéria
√ Organolépticas: relacionadas com os nossos sentidos (cor, sabor, odor, aspecto e som);
√ Químicas: propriedades que determinam o fenômeno químico (transformação), p. ex., reação ácido–base, solubilidade, neutralização, etc;
√ Físicas: propriedades como ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, calor específico;
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√ Os átomos consistem de apenas um tipo de elemento;
Substâncias e Misturas
√ As moléculas podem consistir de mais de um tipo de elemento;
√ As moléculas podem ter apenas um tipo de átomo (um elemento);
√ As moléculas podem ter mais de um tipo de átomo (um composto);
√ Se mais de um átomo, elemento ou composto são encontrados juntos, então a substância é uma mistura.
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Substância Química
Definição: é uma porção de matéria que tem propriedades bem definidas e que lhe são característica.
Fósforo
Chumbo
Cloro
Sódio
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Substância Pura 
Substância pura é todo material com as seguintes características: 
Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si. 
Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc. 
A temperatura se mantém inalterada desde o início até o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão, ebulição, solidificação, etc.).
Pode ser representada por um fórmula porque tem composição fixa. 
Não conserva as propriedades de seus elementos constituintes, no caso de ser substância pura composta. 
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Substância Pura Simples 
Substâncias puras simples: que são formadas pela combinação de átomos de um único elemento químico, como por exemplo o gás hidrogênio formado por dois átomos de hidrogênio ligados entre si; o ozônio formado por três átomos de oxigênio. 
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Substância Pura Simples 
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Substância Pura Composta
Quando é constituída por átomos de elementos químicos diferentes.
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Fenômeno pelo qual um mesmo elemento químico é formador de substâncias simples diferentes. 
OXIGÊNIO
(O2)
OZÔNIO
(O3)
Alotropia
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As substâncias que fazem parte do fenômeno são denominadas de 
VARIEADES ALOTRÓPICAS 
do elemento 
OXIGÊNIO
(O2)
OZÔNIO
(O3)
Oxigênio (O2) e Ozônio (O3) são VARIEDADES ALOTRÓPICAS
Do elementos químico OXIGÊNIO
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As variedades alotrópicas podem diferir quanto à 
ATOMICIDADE 
ou quanto à 
ESTRUTURA CRISTALINA
OXIGÊNIO
(O2)
OZÔNIO
(O3)
Diferem pela atomicidade
Diferem pela estrutura cristalina
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VARIEDADES ALOTRÓPICAS DO OXIGÊNIO
 O elemento oxigênio possui duas variedades alotrópicas que diferem quanto à atomicidade, que são o oxigênio (O2) e o ozônio (O3).
OXIGÊNIO
(O2)
OZÔNIO
(O3)
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VARIEDADES ALOTRÓPICAS DO CARBONO
Na natureza o elemento químico carbono possui três formas alotrópicas: 
DIAMANTE, GRAFITE e FULERENO 
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VARIEDADES ALOTRÓPICAS DO ENXOFRE
O elemento químico enxofre apresenta duas variedades alotrópicas: ENXOFRE RÔMBICO e ENXOFRE MONOCLÍNICO
As formas cristalinas 
das duas formas alotrópicas
 são diferentes 
Porém, ambas 
são constituídas por moléculas 
com oito átomos de enxofre
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VARIEDADES ALOTRÓPICAS DO FÓSFORO
O elemento fósforo forma várias variedades alotrópicas, sendo o 
FÓSFORO BRANCO e o FÓSFORO VERMELHO
as mais comuns.
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Mistura  
formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo denominada componente. Se apresentam com composição variável e suas propriedades (TF, TE, D) são diferentes daquelas apresentadas pelas substâncias puras.
Ex: ar atmosférico, rocha de granito, água do mar, álcool etílico.
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Mistura Eutética 
Misturas eutéticas apresentam temperatura de fusão constante e temperatura de ebulição variável. 
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Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
sólido
sólido
e
líquido
líquido
e
gasoso
gasoso
líquido
t’°C
– 15°C
t°C
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Mistura Azeotrópica 
Misturas Azeotrópicas apresentam temperatura de fusão variável e temperatura de ebulição constante.
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Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
sólido
sólido
e
líquido
líquido
e
gasoso
gasoso
líquido
t’°C
– 15°C
t°C
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As misturas podem ser:
HOMOGÊNEA
HETEROGÊNEA
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√ Mistura Homogênea (solução): possui aspecto uniforme (única fase) e apresenta composição constante em toda sua extensão;
Mistura Homogênea 
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√ Mistura Heterôgenea: apresenta diferentes aspectos sendo cada constituinte uma fase da mistura;
√ Fase: cada uma das porções apresenta aspecto visual homogêneo, que pode ser contínuo descontínuo mesmo quando observado em microscópio;
Mistura Heterogênea 
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EXEMPLO:
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Sistema: tudo o que é objeto da observação humana. 
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√Sistema Homogêneo: apresenta aspecto contínuo, ou seja, é constituído por uma única fase (substância pura ou por uma mistura homogênea); p. ex: água pura (substância) ou água + etanol (mistura).
√Sitema Heterogêneo: apresenta um aspecto descontínuo, ou seja, é constituído por mais de uma fase; p.ex: água+óleo (mistura), água+gelo (substância).
Sistemas
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Colóides
√ São sitemas heterogêneos sem separação de fase na qual partículas dispersas (micelas) têm dimensões entre 1 e 1000 nm visíveis apenas com microscópio; 
√ p. ex: micelas “atingidas” por um raio de Sol dentro de um quarto escuro. Podemos "ver", então, o reflexo da poeira em suspensão no ar.          
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Processo de Separação de Misturas
NATUREZA: dificilmente encontramos substâncias puras
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Métodos de separação de misturas heterogêneas
SÓLIDO – SÓLIDO:
Catação
Ventilação
Levigação
Separação magnética
Cristalização fracionada
Dissolução fracionada
Peneiração
Fusão fracionada
Sublimação
SÓLIDO – LÍQUIDO:
Decantação
Centrifugação
Filtração simples
Filtração à vácuo
LÍQUIDO – LÍQUIDO:
Decantação
GÁS – SÓLIDO:
Decantação
Filtração
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Sistema sólido - sólido
 (Processos mecânicos de separação)
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Catação
É um método de separação bastante rudimentar, usado para separação de sistemas sólido-sólido.
Baseia-se na identificação visual dos componentes da mistura e na separação manual ou com o auxílio de uma pinça.
É o método usado na limpeza do feijão antes do cozimento.
Imagem: David Monniaux / GNU Free Documentation License.
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Tamisação (peneiração)
Usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes através de peneiras.
Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações. 
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Ventilação
Método de separação para sistemas sólido-sólido, no qual o sólido menos denso é arrastado por uma corrente de ar.
Um bom exemplo é a separação das cascas de grãos de arroz, amendoim torrado, etc.
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Levigação
A água corrente arrasta o componente menos denso e o mais denso deposita-se no fundo do recipiente.
É usada, por exemplo, para separar areia e ouro: a areia é menos densa e, por isso, é arrastada pela água corrente; o ouro, por ser mais denso, permanece no fundo da bateia.
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SEPARAÇÃO MAGNÉTICA
Consiste em passar a mistura pela ação de um imã
Separação de limalha de ferro da areia
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 Consiste em
colocar a mistura 
em um líquido que dissolva apenas
um dos componentes 
Dissolução fracionada
Separação do sal da areia
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Flotação (Sedimentação fracionada)
 O sólido mais leve (menos denso) flutua em um líquido, enquanto o mais denso sedimenta. Ex: serragem e areia, por adição de água. Na mineração, para separar a areia do minério. Neste caso, o minério é pulverizado e tratado com óleo para flutuar na água.
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Fusão fracionada
 A fusão fracionada é um processo usado para separar sólidos cujos pontos de fusão são muito diferentes. Para isso é preciso saber a que temperatura cada elemento que compõe o sólido vai se fundir .
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Cristalização
 A mistura de sólidos é dissolvida em água e a solução é submetida à evaporação. Quando a solução ficar saturada em relação à um componente, o prosseguimento da evaporação do solvente acarretará a cristalização gradativa do referido componente, que se separará da solução. A solução, contendo o componente cuja saturação ainda não foi atingida, fica sobre os cristais do outro e é chamada água-mãe de cristalização. 
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Sublimação
Usado quando apenas um dos sólidos sublima (passa para o estado gasoso) quando aquecido.
São substâncias que podem ser separadas por sublimação: iodo, enxofre e naftaleno (naftalina).
Mais recentemente, tal propriedade passou a ser usada na impressão de camisetas.
Com uma impressora especial é preparado um desenho em uma folha de papel e, através de uma prensa térmica, a tinta sublima e se transfere para o tecido.
Tem a vantagem de não desbotar, mantendo a tonalidade original.
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Sistema líquido – sólido
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Decantação
Permite a separação de líquidos imiscíveis (que não se misturam) ou de um sólido precipitado num líquido.
A fase mais densa deposita-se no fundo do recipiente.
Pode ser feita de duas formas:
Verte-se lentamente a mistura em outro frasco;
Com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase menos densa para outro frasco (sifonação) (7).
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Decantação
No laboratório, para misturas de líquidos imiscíveis, usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação ou funil de separação).
Num sistema formado por água e óleo, por exemplo, a água, por ser mais densa, localiza-se na parte inferior do funil e é escoada abrindo-se a torneira de modo controlado.
Pode-se ainda usar-se do princípio da decantação para a separação de misturas sólido-gás (câmara de poeira).
A mistura sólido-gás atravessa um sistema em ziguezague. O pó, por ser mais denso, deposita-se durante o trajeto (8).
Imagem: Thomasione / Public Domain
Funil de separação
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Filtração
É um método de separação muito presente no laboratório químico e também no cotidiano.
É usado para separar um sólido de um líquido ou sólido de um gás, mesmo que o sólido se apresente em suspensão.
A mistura atravessa um filtro poroso, onde o material particulado fica retido.
A preparação do café, o uso de o aspirador de pó são exemplos de filtração.
Imagem: Elke Wetzig / GNU Free Documentation License.
Imagem: Julius Schorzman / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
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FILTRAÇÃO
Consiste em passar a mistura por uma
 superfície porosa (filtro), que deixa passar o componente líquido ou gasoso,
retendo a parte sólida da mistura 
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Evaporação
Método de separação de misturas sólido-líquido por evaporação do solvente, também conhecido como cristalização.
Em recipiente aberto, simplesmente, permite-se que o solvente evapore, deixando-se o sólido.
Nas salinas, o sal é obtido a partir da água do mar através desse processo.
Imagem: Batz sur Mer, Marais Saltants / Harrieta171 / GNU Free Documentation License.
Imagem:Vidralta / GNU Free Documentation License.
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Centrifugação
Usado para separação de mistura de sólidos e líquidos quando a dimensão das partículas sólidas é tão pequenas que provoca obstrução dos poros do filtro e faz com que sejam retidas pelo líquido. 
Tubos de ensaio contendo a mistura são colocados em uma centrífuga, que os faz girar em posição quase horizontal à grande velocidade, aumentando assim a rapidez de depósito do sólido no fundo do tubo. 
Imagem: IUTABB / Free Art License. (Tradução Nossa).
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Sistema sólido – gás 
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Câmara de poeira
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Cromatografia
Suponha você tenha uma mistura de muitos compostos.
Seria possível separar uns dos outros?
Você certamente não pode catá-los à mão!
O método que os cientistas usam para agrupar os diferentes componentes de uma mistura é conhecido como cromatografia.
Assim, é possível separar algumas misturas em cerca de minutos com papel e água!
Quando o papel é usado na separação de uma mistura, a técnica é conhecida como cromatografia em papel.
Imagem: Stéphane Mons/ GNU Free Documentation License.
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Misturas Homogêneas
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Destilação Simples
Método usado quando se deseja separar a substância sólida dissolvida do solvente e não se deseja perder este último (como ocorre no processo de evaporação).
Desta forma, o solvente é resfriado (condensado), sendo recolhido em outro frasco.
Aquece-se a mistura até atingir o ponto de ebulição do solvente.
Não existe necessidade de controle de temperatura, pois o ponto de ebulição do sólido é muito mais elevado que o do solvente (12).
Imagem: U.m / Public Domain.
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Produção de álcool: Etapas
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Sistemas de destilação
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Destilação Fracionada
Método usado para separação de mistura de líquidos.
Quanto mais distantes os pontos de ebulição dos componentes, mais eficiente será o processo de destilação.
A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento, destilação ou retificação.
A separação ocorre na ordem crescente dos pontos de ebulição (PE).
Imagem: U.m / Public Domain.
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Destilação Fracionada
Esse processo é muito usado, principalmente em indústrias petroquímicas, para separação dos diferentes derivados do petróleo.
Neste caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos.
Esse processo também é muito usado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique) (13). 
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Destilação do petróleo
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 Sublimação fracionada Usada para purificar substâncias que sofrem sublimação facilmente. Ex: cânfora, iodo e naftaleno.
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 Liquefação fracionada: Para separar misturas nas quais todos os componentes encontram-se na fase gasosa. Ex: mistura de gás amônia e gás oxigênio.
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Exemplos de mistura
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Separação de Mistura
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