Engenharias - Processos de Separação de Substâncias (1)

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Processos de Separação de Substâncias
Prof. Roberto Tsuyoshi Adati
Na química, a separação de misturas é muito importante, pois para obtermos resultados mais corretos, é necessário que as substâncias químicas utilizadas sejam as mais puras possíveis. Para isso, utilizam-se vários métodos de separação, que vão desde a "catação" até à complicada "destilação fracionada".
Exemplos práticos onde a separação de misturas é aplicada:
 Tratamento de esgotos / Tratamento de água
O esgoto urbano contém muito lixo "grosso", é necessário separar este lixo do resto da água (ainda suja, por componentes líquidos, que serão extraídos depois)
 Dessalinização da água do mar
Em alguns lugares do planeta, a falta de água é um fato, que é preciso pegar água do mar para utilizar domesticamente. Para isso, as usinas dessalinizadoras utilizam a osmose e membranas semi-permeáveis para purificar a água.
Processo de destilação
A solução no balão é esquentada, até que o líquido com menor ponto de ebulição comece a evaporar. Ao evaporar, ele só tem o condensador como caminho a seguir. As paredes do condensador são frias, pois a sua volta passa água fria. Ao entrar em contato com essas paredes frias, o vapor se condensa, retornando ao estado líquido. Após algum tempo, todo o líquido de menor ponto de ebulição terá passado para o béquer, e sobrará a outra substância, sólida, no balão de vidro.
A destilação simples serve para a separação de uma mistura homogênea de sólido e líquido, como NaCl e H2O, por exemplo. É importante que os pontos de ebulição das duas substâncias sejam bastante diferentes. A solução é colocada em um balão de destilação, feito de vidro com fundo redondo e plano, que é esquentado por uma chama. A boca do balão é tampada com uma rolha, junto com um termômetro. O balão possui uma saída lateral, inclinada para baixo, na sua parte superior. Nessa saída é acoplado o condensador.
O condensador é formado por um duto interno, onde em volta desse, passa água corrente, fria. Esse duto desemboca em um béquer ou erlenmeyer.
A destilação fracionada serve para separar uma mistura homogênea composta por dois líquidos, com ponto de ebulição diferentes.
O aparato de destilação fracionada é constituído por um balão de vidro com fundo plano, que é aquecido por uma chama. Nesse balão está a mistura homogênea. Na boca do balão está presa uma coluna de fracionamento, com bolinhas de vidro no seu fundo (geralmente). No topo da coluna de fracionamento está um termômetro, e na lateral, há uma saída para um condensador. O condensador é feito por um tubo interior, que será envolvido externamente por água fria. Ao final do condensador está um béquer.
Processo de destilação fracionada
No balão de vidro é colocada a mistura. Ao ser aquecida, a substância de menor ponto de ebulição irá evaporar primeiro, e logo em seguida, a outra substância vai evaporar também. Porém, ao encostar nas bolinhas da coluna de fracionamento, a segunda substância vai condensar, voltando para o balão, e a outra substância continuará subindo, até encontrar o condensador.
O termômetro serve para manter uma temperatura constante, um pouco acima do maior ponto de ebulição. Ao final do processo, o béquer conterá o líquido mais volátil, e o balão de vidro terá o líquido menos volátil.
Separação de frutas podres das boas em cooperativas (catação)
A catação é o tipo de separação de misturas do tipo "sólido-sólido" , onde as substâncias são separadas manualmente, com uma pinça, colher, ou outro objeto auxiliador. É utilizada na separação de grãos bons e ruins de feijão, por exemplo, e também na separação dos diferentes tipos de materiais que compõem o lixo: vidro, metais, borracha, papel, plásticos, etc, para serem destinados à reciclagem.
Decantação
A decantação é um processo de separação de misturas heterogêneas, principalmente de misturas compostas por líquidos [imiscíveis ou não (que não se misturam)]. O recipiente contendo as substâncias é inclinado, derramando a substância mais leve (que fica em cima), em outro recipiente.
Um processo mais eficiente seria utilizando um sifão ou o funil de bromo.
Sifonação
Um canudo é colocado de forma que fique uma ponta em um recipiente vazio, e a outra, no meio da substância mais leve no outro recipiente, como mostrado na figura abaixo:
 
Funil de bromo:
O funil de bromo é um recipiente de vidro em forma de balão, com uma abertura em cima e uma torneira em baixo. A mistura dos líquidos imiscíveis é colocada no balão, e um béquer fica em baixo da torneira. A torneira é aberta, e o líquido mais denso (que fica em baixo) vai escorrer para o béquer através da torneira.
A sedimentação  é um processo de separação de misturas heterogêneas, que apresentam mais de uma fase (por exemplo, água misturada com areia). A técnica consiste em deixar a gravidade atrair para o fundo do recipiente a substância mais pesada (densa), e a mais leve ficará concentrada na parte de cima. Quando as partículas das substâncias são muito pequenas, demoram muito para sedimentarem.
Centrifugação: (Exemplo: no exame de sangue):
Separa-se o sangue puro do plasma (líquido que compõe parte do sangue, que ajuda no carregamento de substâncias pelo organismo), através de um processo de sedimentação "acelerada" (o sangue é posto em uma centrífuga, para que a parte pesada do composto se deposite no fundo do recipiente).
Para acelerar o processo, foi criada a centrífuga, em que as substâncias são colocadas em pequenos tubos e rotacionados em alta velocidade, fazendo a parte mais densa se acumular no fundo do tubo. Este processo é bastante utilizado em exames de sangue, para separar os elementos figurados (hemácias, plaquetas e leucócitos) do plasma.
Filtração simples
Processo que destina-se à separação dos componentes de misturas heterogêneas sólido-líquidas. São utilizados funil, papel-filtro, e copo de béquer para reter o filtrado.
Um filtro é um instrumento destinado à filtração, ou seja, retenção de partículas maiores em uma superfície porosa por ação de obstrução, na qual o corpo sólido é retido e a fase líquida flui através do filtro. Os filtros podem ser domésticos, os quais se tratam de uma vela de  porcelana porosa, ou outro formato de estrutura de mesmo material, o qual se destina à retenção de partículas sedimentares da água para o consumo humano. Assim, as partículas poluentes, de maior diâmetro, são retidas nos poros, separando-se da água líquida.
Laboratorialmente, os filtros baseiam-se em papel de filtro ou papel sem goma. São utilizados no fracionamento de misturas heterogêneas constituídas de um sólido e um líquido. O processo pode ser realizado sob pressão ambiente, chamada de filtração gravitacional ou filtração comum, ou sob a utilização de vácuo no recipiente que se pretende recolher o filtrado, a filtração à vácuo, desta forma acelerando o processo. Para isso, conecta-se uma bomba de vácuo ou uma trompa d’água ao sistema. Existem também alguns filtros de sílica porosa, de uso frequente no laboratório de química.
Filtração a vácuo
Processo utilizado na separação dos componentes de uma mistura heterogênea  sólido-líquido por meio de pressão negativa. São utilizados, funil de Buchner, bomba de vácuo ou trompa d’água.
Na indústria, os sistemas de filtração são usados em maior escala, e assumem uma maior importância, e assim também uma maior diversidade. A partir de seu funcionamento, podem ser classificados em filtros de pressão positiva ou de pressão negativa. Já de acordo com sua finalidade, os filtros podem ser classificados como clarificadores, purificadores ou concentradores.
Nos sistemas de filtros sob pressão, o líquido flui através do meio filtrante devido à diferença de pressão gerada. A filtração de pressão positiva pode ser realizada apenas a partir de força gravitacional, a qual age sobre uma coluna de líquidos ou por bombas ou força centrífuga. Já nos sistemas de filtros de pressão negativa, estas são obtidas geralmente por meio de bombas de vácuo. Os clarificadores são empregadospara remoção de pequenas quantidades de sólidos, deixando os líquidos límpidos. Os purificadores são processos que se destinam a retirar impurezas de gases, ar comprimido ou vapores. Já os concentradores atuam promovendo a separação parcial de borras fluidas em uma suspensão de sólidos contidos no líquido.
Levigação  é um processo de separação de misturas heterogêneas de sólidos, em outras palavras, quando se tem dois sólidos de diferentes densidades onde se quer separar um do outro utilizando a levigação.
Pega-se a mistura dos sólidos colocam-nos em um recipiente e utiliza-se água corrente, onde o menos denso será carregado pela água corrente e o mais denso ficará retido no fundo do recipiente.
Este processo é utilizado nos garimpos onde o garimpeiro com uma peneira procura o ouro no fundo dos rios. O ouro fica misturado com a terra ou areia, e com a ajuda da água corrente, geralmente rios, a terra (menos denso) vai embora com a água e o ouro fica retido na peneira (mais denso).
A separação magnética é útil para separar misturas heterogêneas, onde um dos componentes da mistura é atraído por um ímã ou um eletroímã.
Um exemplo da utilização da separação magnética é quando temos uma mistura de ferro em pó e enxofre que, com a ajuda de um ímã ou um eletroímã conseguimos atrair o ferro em pó, separando-o do enxofre.
Questão 1
(Fuvest-SP) Para a separação das misturas: gasolina-água e nitrogênio-oxigênio, os processos mais adequados são respectivamente:
a) decantação e liquefação.
b) sedimentação e destilação.
c) filtração e sublimação.
d) destilação e condensação.
e) flotação e decantação.
Questão 2
(Cefet-PR) Para um químico, ao desenvolver uma análise, é importante verificar se o sistema com o qual está trabalhando é uma substância pura ou uma mistura. Dependendo do tipo de mistura, podemos separar seus componentes por diferentes processos. Assinale a alternativa que apresenta o método correto de separação de uma mistura.
a) Uma mistura homogênea pode ser separada através de decantação.
b) A mistura álcool e água pode ser separada por filtração simples.
c) A mistura heterogênea entre gases pode ser separada por decantação.
d) Podemos afirmar que, ao separarmos as fases sólidas e líquida de uma mistura heterogênea, elas serão formadas por substâncias puras.
e) O método mais empregado para a separação de misturas homogêneas sólido-líquido é a destilação.
Questão 3
Faça a associação correta entre as colunas, relacionando a(s) técnica(s) que deve(m) ser empregada(s) para separar os componentes de cada mistura a fim de obter todos os componentes:
Coluna I:
(1) Óleo + água
(2) Álcool + éter
(3) Sal + água
(4) Limalhas de ferro + areia
(5) Areia + cascalho
(6) Ar atmosférico
(7) Sal de cozinha + iodeto de chumbo (insolúvel em água) + água
(8) Óleo + água + sal
(9) Tinta preta
Coluna II:
a) Evaporação
b) Filtração
c) Destilação simples
d) Decantação
e) Destilação fracionada
f) Levigação
g) Decantação e destilação
h) Liquefação
i) Separação magnética
j) Análise cromatográfica ou cromatografia
k) Peneiração ou tamisação
l) Adsorção
Questão 4
Uma das etapas do funcionamento do aspirador de pó, utilizado na limpeza doméstica, é a:
a) filtração.
b) decantação.
c) sedimentação.
d) centrifugação.
e) sifonação.
É possível separar a mistura heterogênea SAL + AREIA? Qual e como seria o processo de separação? 
O mercúrio, um metal líquido, é utilizado pelos garimpeiros para extrair ouro. Nesse caso, o mercúrio forma com o ouro, uma mistura líquida homogênea, que pode ser separada facilmente da areia e da água. Infelizmente, esse processo causa muitos danos ao meio ambiente. O uso do mercúrio contamina o solo, as águas, o ar atmosférico e os próprios garimpeiros.
A separação do ouro é feita sob aquecimento, isso só é possível porque:
a) o ouro é mais volátil que o mercúrio.
b) o ouro é mais denso que o mercúrio.
c) o ponto de ebulição do mercúrio é maior que o do ouro.
d) o mercúrio funde-se a uma temperatura menor que o ouro.
e) o ouro dissolve-se no mercúrio.
(UFES)
Na perfuração de uma jazida petrolífera, a pressão dos gases faz com que o petróleo jorre para fora. Ao reduzir-se à pressão, o petróleo bruto para de jorrar e tem de ser bombeado. Devido às impurezas que o petróleo bruto contém, ele é submetido a dois processos mecânicos de purificação antes do refino: separá-lo da água salgada e separá-lo de impurezas sólidas, como areia e argila. Esses processos mecânicos de purificação são, respectivamente:
a) decantação e filtração
b) decantação e destilação fracionada
c) filtração e destilação fracionada
d) filtração e decantação
e) destilação fracionada e decantação
 
(UFPE)
Associe as atividades do cotidiano abaixo com as técnicas  de laboratório apresentadas a seguir:
• Preparar cafezinho com café solúvel
• Preparar chá de saquinho
• Coar um suco de laranja
1. Filtração                                               3. Extração
2. Solubilização                                       4. Destilação
A seqüência correta é:
a) 2, 3 e 1.
b) 4, 2 e 3.
c) 3, 4 e 1.
d) 1, 3 e 2.
e) 2, 2 e 4.