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Química Aplicada Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Profª. Ms. Luciana Borin de Oliveira Revisão Textual: Profª. Ms. Luciene Oliveira da Costa Santos Substâncias e Misturas 5 • Introdução • Substância Pura e Mistura • Separação de Misturas · O principal objetivo desta unidade é identificar as substâncias, misturas, com apresentação das mesmas e seus métodos de separação utilizados no mercado. Leia atentamente o conteúdo desta unidade, pois lhe possibilitará conhecer as dimensões das Substâncias e Misturas. Você também encontrará uma atividade composta por questões de múltipla escolha, relacionadas com o conteúdo estudado. Além disso, terá a oportunidade de ampliar conhecimentos na Atividade Reflexiva. É extremante importante que você consulte os materiais complementares, pois são ricos em informações e possibilitam o aprofundamento de seus estudos sobre o assunto da unidade. Substâncias e Misturas 6 Unidade: Substâncias e Misturas Contextualização Para iniciar esta unidade, a partir da ilustração abaixo, reflita sobre a forma de apresentação das substâncias na natureza. Copo de água Água e Óleo Água e Sal Oriente sua reflexão pelas seguintes questões: O que é substância? O que é mistura? Por que num momento se misturam e no outro não? Como separá-las? 7 Introdução Sabemos que a matéria é formada por substâncias que são constituídas por elementos químicos. Os elementos químicos são representados por símbolos internacionais descritos na Tabela Periódica. E as fórmulas são representações das substâncias, ou seja, o conjunto dos símbolos dos elementos que constituem as substâncias. As substâncias podem ser classificadas como simples ou compostas. Substâncias Simples As substâncias simples são aquelas formadas a partir de um único elemento. Como exemplo, podemos nos lembrar de: oxigênio O2, ozônio O3 e o Ferro Fe. Substâncias Compostas As substâncias compostas são formadas por mais de um elemento e, nesta categoria, podemos listar a água H2O, o gás carbônico CO2 e a Glicose C6H12O6. 8 Unidade: Substâncias e Misturas Substância Pura e Mistura Teremos caracterizada uma substância pura quando, no sistema em que ela se apresenta, encontrarmos apenas partículas dela. Quando a substância pura for composta por um único elemento químico, ela é uma substância pura e simples. E quando encontrarmos uma substância pura composta por uma substância que contenha um ou mais elementos, ela é considerada pura e composta. Substâncias Puras CompostaSimples A mistura se caracteriza por um sistema que apresenta mais de um tipo de substância. Exemplos: RELEMBRANDO PONTO DE FUSÃO: temperatura em que a substância passa do estado sólido para o estado líquido. PONTO DE EBULIÇÃO: temperatura em que a substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Agora aprenderemos a diferenciar uma substância pura de uma mistura por meio da observação de suas constantes físicas: o ponto de ebulição, o ponto de fusão, a solubilidade e a densidade. Durante as mudanças de estado, as substâncias puras mantêm suas constantes, já as misturas apresentam comportamento diferente. Exemplo: a água pura apresenta suas constantes físicas definidas, e a mistura de água e sal de cozinha não apresenta constantes. 9 Esta visualização fica bem pronunciada quando colocamos estes parâmetros em gráficos. No primeiro gráfico, a substância pura apresenta suas propriedades ponto de fusão e ponto de ebulição bem definidas, ou seja, as temperaturas que permanecem fixas durante todo o processo de mudança de fase (Sólido + Líquido - de t1 a t2 e Líquido + Gasoso – de t3 a t4). Diferente do segundo gráfico que representa uma mistura, não existe patamar de temperatura constante durante a troca de estado físico. Podemos dizer, então, que mistura é a união de duas ou mais substâncias em que cada uma mantém suas propriedades. As misturas são divididas em duas categorias: homogênea e heterogênea. A mistura homogênea é caracterizada quando não podemos distinguir a olho nu quantas substâncias fazem parte do sistema. Como exemplo, podemos pensar na adição de pequena quantidade de sal a um copo de água; ao misturarmos este sistema com uma colher, e compararmos com um copo contendo apenas água, não conseguimos distinguir o copo que contém o sal. Por outro lado, a mistura heterogênea é caracterizada pela perfeita distinção visual dos componentes. Num sistema contendo azeite e água, é muito fácil e possível distinguirmos as duas substâncias visualmente. A maneira como observamos uma mistura dá a classificação de misturas homogêneas e heterogêneas. Levando isso em consideração, uma mistura que, a olho nu, é classificada como mistura homogênea, ao passar por uma análise microscópica, pode se revelar uma mistura heterogênea. Água e açucar iStock/Getty Images 10 Unidade: Substâncias e Misturas As misturas heterogêneas cujos componentes só podem ser observados com o auxilio de um microscópio, são chamadas de coloides. Os coloides estão muito presentes no nosso dia a dia nos alimentos, como a maionese e a gelatina, e em alguns produtos vendidos em farmácias, como as pomadas. iStock/Getty Images Entendemos, então, que as misturas heterogêneas apresentam fases distintas, que podem ser observadas a olho nu. Ao observarmos uma mistura de acetona com pedaços de alumínio, temos caracterizada uma mistura heterogênea bifásica, que apresenta duas fases bem nítidas, dois componentes distintos: a acetona e o alumínio. A classificação de um sistema contendo água, cubos de gelo e areia é um sistema trifásico constituído de dois elementos: água e areia. Água e Gelo 1 Componente 2 Fases 2 Componente 2 Fases 2 Componente 2 Fases Vários componentes Polifases Água e Óleo Água e AreiaSangue Devemos observar bem os sistemas para caracterizar componentes e fases. Avalie a classificação acima e discuta com seus colegas! Melhor do que isso, comece a classificar as misturas que você encontra no seu dia a dia e traga exemplos aos colegas para fóruns de debate. 11 Separação de Misturas As misturas podem ter seus componentes separados. Existem várias técnicas conhecidas que realizam a separação de misturas. É muito importante frisar que o que definirá o tipo de separação é o tipo de mistura com a qual iremos trabalhar. Separação de Sólidos Para separar sólidos, podemos utilizar os métodos: CATAÇÃO a separação é feita recolhendo com as mãos ou um equipamento específico um dos componentes da mistura. Exemplo: retirar as impurezas do feijão antes de cozinhar. iStock/Getty Images PENEIRAÇÃO ou TAMIZAÇÃO é o método que separa sólidos de tamanho maior dos sólidos de tamanho menor, utilizado também para separar sólidos em suspensão de líquidos. Exemplo: a indústria produtora de arroz usa esta técnica para classificar seu produto para venda. iStock/Getty Images 12 Unidade: Substâncias e Misturas LEVIGAÇÃO é o método que utiliza água corrente como veículo para separar as substâncias mais densas das substâncias menos densas. Exemplo: esse processo é utilizado nos garimpos de ouro para separar o ouro que é um material mais denso de outros materiais como a areia que é um material menos denso. iStock/Getty Images DISSOLUÇÃO consiste na utilização de solvente para dissolver uma mistura; importante observar que este solvente deve ter uma densidade intermediária entre as densidades dos componentes do sistema a ser separado. Exemplo: ao se adicionar água à mistura de serragem e areia, a areia se deposita no fundo e a serragem flutua. Água Serragem Areia Você sabia? A DISSOLUÇÃO FRACIONADA também utiliza o solvente para dissolver a mistura, porém,neste caso, o solvente terá ação em apenas um dos componentes da mistura. Exemplo: numa mistura de sal e areia, a água dissolve o sal, mas não dissolve a areia. A filtração é o método utilizado para separar a areia, que deve ficar retida no filtro, da água salgada. Logo após, utiliza-se o processo de evaporação para separar a água do sal. 13 SEPARAÇÃO MAGNÉTICA é utilizada quando temos uma mistura em que um material magnético é um dos componentes. O equipamento utilizado para este fim contém um ímã ou eletroímã que atrai o material magnético e o separa da mistura. Exemplo: o malte recebido na indústria cervejeira pode conter pequenas sujidades como pregos, por exemplo; então, a separação magnética retira este material no recebimento de matéria-prima, garantindo a segurança alimentar do produto que será armazenado em silos. iStock/Getty Images VENTILAÇÃO é um método utilizado para separar componentes sólidos com densidades diferentes pela aplicação de um jato de ar sobre a mistura. Exemplo: os produtores de arroz utilizam este método para separar o arroz da palha antes da distribuição. iStock/Getty Images 14 Unidade: Substâncias e Misturas Separação de Sólidos e Líquidos Para separar misturas de sólidos e líquidos, podemos utilizar os seguintes métodos: SEDIMENTAÇÃO é o método de separação que deixa a mistura em repouso até que o componente sólido, por ser mais pesado, se deposite no fundo do recipiente. Este é um processo muito lento e qualquer movimentação no sistema coloca a areia novamente em suspensão. Exemplo: mistura de água + areia. DECANTAÇÃO é um processo de separação de misturas que contenham líquidos imiscíveis, que não se misturam. O recipiente escolhido para o processo, por exemplo, um Becker, que contem os líquidos deve ser inclinado para derramar o líquido que fica em cima em outro recipiente escolhido. Uma forma de tornar este processo mais eficiente é a utilização de um funil de bromo. O funil de bromo é uma vidraria muito utilizada em laboratório. Muito parecido com um funil comum, porém, tem forma de balão e sua abertura superior é menor e uma torneira em baixo. A mistura dos líquidos imiscíveis pode ser colocada neste equipamento deixando um béquer posicionado bem abaixo da torneira. O processo consiste em abrir a torneira. Desta forma, o líquido que ficou embaixo escorre rapidamente para o béquer pela torneira, e o líquido que ficou em cima, mais leve, fica retido no funil. É importante ter a percepção de fechar a torneira exatamente no momento em que a passagem do líquido finalizar. CENTRIFUGAÇÃO é o processo que acelera a sedimentação com o auxílio de um aparelho chamado centrífuga. A centrífuga, como o próprio nome diz, utiliza da força centrífuga para separar o material mais denso do material menos denso. FILTRAÇÃO é um método de separação que separa mistura sólido- líquido ou sólido-gás quando o sólido se encontra disperso por um líquido ou gás. Esta metodologia acontece com o auxílio de uma superfície porosa conhecida como papel- filtro. O papel-filtro serve para reter o material sólido e deixar o líquido passar. EVAPORAÇÃO é o método utilizado para separar sólido-líquido, ele dispersa por evaporação o líquido que está misturado com um sólido. Exemplo: o sal de cozinha é obtido por este processo. O sal grosso é o resultado do processo de evaporação nas salinas e ao ser purificado torna-se o sal refinado ou sal de cozinha. 15 Separação de Misturas Homogêneas Os métodos de fracionamento são baseados na manutenção da temperatura constante durante as mudanças de estados da matéria. Estes métodos são utilizados para separar os elementos das substâncias de misturas homogêneas. Apresentaremos a seguir: fusão e destilação. FUSÃO FRACIONADA é o método que separa substâncias sólidas de misturas homogêneas. O componente sólido é aquecido e derretido até o seu ponto de fusão, separando-se das demais substâncias. É importante que as substâncias tenham pontos de fusão bem distintos. Como exemplo, temos a separação de mistura sólida de metais. O metal com ponto de fusão menor funde-se primeiramente seguindo a mesma lógica da destilação. iStock/Getty Images DESTILAÇÃO é o método que separa líquidos e sólidos com pontos de ebulição diferentes, sendo que os líquidos devem ser miscíveis entre si. Como exemplo, temos a mistura de água + álcool etílico que é imperceptível ao olho nu. Seguindo a dinâmica da destilação, o ponto de ebulição do álcool etílico é menor do que o ponto de ebulição da água. Por esse motivo, o álcool deve ferver em primeiro lugar ao aquecermos a mistura. No condensador, o vapor do álcool se resfria e vira álcool líquido no frasco coletor. Você sabia? iStock/Getty Images Para essa técnica, também chamada de destilação simples, utiliza-se o destilador, que é um conjunto de vidrarias, tais como mangueiras, suportes, balão de destilação, haste metálica, bico de gás, condensador, termômetro, agarradores e frasco coletor. A destilação fracionada é estudada em disciplinas de química orgânica e muito utilizada nas organizações em processos de separação de misturas líquidas de dois ou mais componentes. Como exemplo, podemos enumerar gasolina, óleo diesel e querosene que são produzidos em torres de separação de petróleo. 16 Unidade: Substâncias e Misturas Material Complementar Para complementar os conhecimentos adquiridos nesta unidade, consulte os livros disponíveis em Minha Biblioteca: Livros: BRASIL, Nilo Índio do, ARAÚJO, Maria Adelina Santos, and SOUSA, Elisabeth Cristina Molina de (orgs.). Processamento de Petróleo e Gás. 2.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. VitalBook file. SCHWANKE, Cibele. Ambiente: Conhecimentos e Práticas. Série Tekne. Porto Alegre: Bookman, 2013. VitalBook file. KOBLITZ, Maria Gabriela Bello. Matérias-Primas Alimentícias. Composição e Controle de Qualidade. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011. VitalBook file. Leia-os para enriquecer sua compreensão sobre o assunto tratado nesta unidade. Bom estudo! 17 Referências BROWN, T.L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a Ciência Central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. CHANG, R. Química Geral. Conceitos Essenciais. 4. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2006. SARDELLA, A. Curso de Química: Química Geral. 25. ed. 2ª impressão. São Paulo: Editora Ática, 2002. 18 Unidade: Substâncias e Misturas Anotações
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