Métodos de separação de misturas
Teoria
Os métodos de separação de misturas são utilizadas para separar dois ou mais componentes em misturas que podem ser homogêneas ou heterogêneas, isolando o componente de interesse.
Separação de Misturas Heterogêneas
As misturas heterogêneas são aquelas que a gente consegue diferenciar duas fases, que podem ter o mesmo estado físico como a mistura água+óleo ou terem estados físicos diferentes, como é o caso da mistura de água+areia.
Pra escolher a técnica mais eficiente, é necessário ter em mente que tipo de mistura estamos lidando e quais são as propriedades das suas fases! Bora conferir alguns exemplos?
Filtração
A ideia dessa técnica é separar misturas do tipo sólido/líquido ou sólido/gás, a partir de um filtro. Como o filtro tem poros de tamanho bem pequeno, ele só deixa o líquido passar, retendo o sólido. Esse sólido retido é chamado de torta.
A filtração pode ser simples, que consiste na passagem do líquido+sólido por um filtro, ou à vácuo, nesse caso uma boba de vácuo é acoplada ao sistema de filtração. A ausência de ar ajuda a filtração ocorrer de forma mais rápida e eficiente.
A filtração de sólido/líquido é bem corriqueira no nosso dia a dia, mas um exemplo de filtração do tipo sólido/gás é a que ocorre no aspirador de pó, onde o filtro prende a sujeira (sólido) e deixa passar o ar (gás).
Decantação
A decantação usa a diferença de densidade entre os componentes da mistura! O sólido, que tem que ser mais denso que o líquido, vai se depositar no fundo do recipiente. Quando a mistura são dois líquidos, o menos denso fica em cima e o mais denso embaixo do recipiente, e com a ajuda de um balão específico, conseguimos separá-los. Como podemos observar na imagem abaixo:
Exemplos: areia + água, água + óleo
Centrifugação
A centrifugação também usa a diferença de densidade, mas a sua principal vantagem em relação a decantação é que ela permite a separação de misturas com densidades mais próximas. A centrífuga é um aparelho que gira a mistura, aumentando a velocidade de decantação.
Exemplos: máquina de lavar, que separa a água das roupas; separação dos glóbulos vermelhos do plasma sanguíneo, separação da nata do leite.
Catação
É o método mais simples, e o nome já diz tudo: consiste em catar os diferentes elementos que você quer separar. É mais comum em misturas sólido-sólido e pode ser feita manualmente, com uma pinça, colher, etc.
Exemplos: separar grãos de feijão bons de pedras, separação do lixo para ser enviado à usinas de reciclagem.
Ventilação
Também para sistemas sólido-sólido, a ventilação se baseia na diferença de densidade. O sólido menos denso é separado por uma corrente de ar – isso é, ele vai voar quando a gente colocar um vento em cima da mistura.
Exemplos: arroz + casca, café + casca.
Levigação
Serve para separar sólidos também! Usa a diferença de densidade, uma corrente de água e uma espécie de rampa: a água leva os sólidos menos densos (a areia, no caso) e deixa os mais densos na rampa (o ouro 😊).
Dissolução fracionada
O princípio desse método é a diferença de solubilidade. Adiciona-se um solvente em que apenas um dos componentes da mistura é solúvel (no caso areia+sal, é só adicionar água), e um dos componentes sólidos passa para a fase líquida – formando uma solução. Depois, se for necessário, tem que separar esse componente do solvente com outro método de separação, mas a dissolução fracionada serve para separar os dois sólidos super bem!
Exemplos: areia + sal, mistura de sais.
Separação Magnética ou Imantação
A ideia é simples, na verdade: você vai usar um ímã para separar metais do resto! É importante, portanto, que só um dos componentes seja um metal, ou você vai ter que usar outro método depois, para separar os metais!
Exemplos: para separar do lixo objetos de metal que podem ser reciclados, mistura pó de ferro + sal, pó de ferro + areia
Peneiração
Na peneiração a ideia é usar a diferença de tamanho das partículas para reter as partículas maiores e deixar passar as partículas menores! Normalmente é usada para misturas sólido-sólido.
Exemplos: areia fina e areia grossa, sal fino e sal grosso, açúcar fino e grosso ou qualquer coisa que você use a peneira da sua cozinha.
Separação de Misturas Homogêneas
As Métodos de separação de misturas homogêneas são um pouco mais complexas, porque os diferentes componentes não são visíveis. Então, normalmente usamos técnicas que vão transformar o estado físico de um dos componentes, para ficar mais fácil isolar os componentes.
Evaporação
A evaporação (ou vaporização) se baseia na diferença do ponto de ebulição dos componentes da mistura. O sal, por exemplo, funde e evapora a temperaturas muito maiores do que a água. Assim, se queremos recuperar só o sal da água do mar, aquecemos a mistura até que toda a água evapore. A desvantagem desse processo é que o líquido é perdido.
Exemplo: produção de sal nas salinas
Destilação simples
Assim como a evaporação, a destilação simples também se baseia na diferença no ponto de ebulição. A diferença é que a gente recupera o componente que evapora através de um condensador.
Pra ficar mais claro, o esqueminha abaixo nos mostra como ocorre a destilação simples:
Exemplos: Separação do sal da água do mar
Destilação fracionada
Normalmente feita para misturas homogêneas líquidas, a destilação fracionada é um aprimoramento da destilação simples.
A gente coloca uma coluna de vidro entre o balão e o condensador, o que permite que a substância menos volátil condense na parede e desça para o balão. A ideia é só aumentar o rendimento do processo, e por isso a gente faz quando a mistura é mais difícil de separar.
A figura abaixo mostra como a destilação fracionada ocorre, nela podemos observar que existem duas saídas para diferentes pontos de ebulição.
Exemplos: produção industrial de álcool, separação da água e da acetona, separação das frações de petóleo.
Cristalização fracionada
Serve para separar misturas de sólidos e se baseia na diferença de solubilidade. A gente coloca um líquido que dissolva todos os sólidos e vai variando a temperatura (o que diminui a solubilidade do sólido que a gente quer separar).
O sólido menos solúvel vai cristalizar primeiro e pode ser retirado. Depois, os outros cristalizam em sequência, na ordem de solubilidade. Essa variação de temperatura depende dos sólidos e do solvente em questão! Tem sólidos que cristalizam a temperaturas baixas e outros a temperaturas altas em um dado solvente, beleza? ;)
Exemplos: purificação e separação de sais.
Liquefação fracionada
Serve para separar misturas gasosas! A gente controla pressão e temperatura para liquefazer um dos gases, que vira líquido e é separado do restante! Esse método se baseia na diferença de ponto de liquefação dos gases!
Exemplos: separação dos componentes do ar.
Como Escolher o Método Certo?
Na prática, para escolher o melhor método de separação de misturas você tem que observar os seguintes pontos:
- O tipo de mistura – se ela é heterogênea ou homogênea.
- A natureza dos elementos químicos que formam a mistura.
- As diferenças entre os componentes da mistura que eu quero separar – diferenças físicas e químicas (densidade, temperatura, solubilidade, ponto de ebulição, afinidade com um solvente, etc).
Agora pra encerrar, se liga nessa vídeo aula super completa sobre soluções e separação de misturas 👇
Agora que você tá sabendo tudo sobre métodos de separação e misturas, vamos praticar com exercícios?!
Separação de Misturas Homogêneas
Como Escolher o Método Certo?
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Vestibular Mackenzie-SP.
Os sistemas água-óleo, água-areia e ar-poeira podem ser separados respectivamente por:
a) levigação, filtração e filtração.
b) imantação, filtração e decantação.
c) decantação, filtração e filtração.
d) filtração, decantação e decantação.
e) destilação, decantação e filtração.
Passo 1
- Água-óleo: é uma mistura heterogênea líquida onde os componentes se diferenciam pela densidade! Por isso, a melhor opção é uma decantação.
- Água-areia: é uma mistura heterogênea sólido-líquido, e, entre a decantação e a filtração, usamos a filtração.
- Ar-poeira: uma mistura heterogênea sólido-gás, e também usamos a filtração (só você lembrar dos filtros de ar que colocamos para purificar o ar!)
Resposta
Letra C.
Exercício Resolvido #2
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005, Exercício 1.7
Para separar os componentes do sistema formado por sal de cozinha e carvão em pó, um estudante realiza os tratamentos I, II e III, de acordo com o esquema:
I. Em I ocorre:
a) dissolução do sal de cozinha;
b) ionização do carvão em pó;
c) liquefação do sal de cozinha;
d) liquefação do carvão em pó;
e) sublimação do sal de cozinha.
II. A operação representada por II corresponde a uma:
a) destilação simples.
b) cristalização.
c) filtração.
d) fusão fracionada.
e) flotação.
III. Dê o nome da operação III.
Passo 1
Como em I queremos separar dois sólidos, um solúvel em água, e outro não, fazemos uma dissolução fracionada!
Quando adicionamos água em excesso, o sal passa para a solução aquosa e o carvão continua sólido. Ou seja, a letra correta é a letra A.
Passo 2
Na operação II, separamos uma mistura líquida homogênea de um sólido! Entre as opções, a melhor opção possível é a filtração.
Passo 3
Na operação III, evaporamos a água para obter somente o sal de cozinha! Como não a recuperamos depois, essa operação se chama evaporação ou evaporação do solvente.
Resposta
I. Letra A.
II. Letra C.
III. Evaporação do solvente.
Exercício Resolvido #3
Lista de exercícios UNICAMP.
Têm-se as seguintes misturas:
I) areia e água
II) álcool (etanol) e água
III) sal de cozinha (NaCl) e água, neste caso uma mistura homogênea.
Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se:
a) Qual mistura deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo?
b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?
Passo 1
a) Como o processo da filtração é feito para misturas heterogêneas sólido-líquido, a mistura I deixará um resíduo sólido no papel: a areia.
Passo 2
b) Depois da filtração, na mistura I teremos apenas água, na II água + etanol e na III água + sal. Quando evaporarmos a água, obteremos um resíduo sólido só na mistura III, e esse resíduo será o sal de cozinha (NaCl).
Resposta
a) Mistura I. Resíduo sólido: areia.
b) Mistura III. Resíduo sólido após a evaporação: NaCl
Exercício Resolvido #4
Vestibular FUVEST-SP.
(FUVEST-SP) O composto orgânico sólido ácido ftálico, utilizado na síntese de corantes, pode estar impurificado por naftaleno, matéria-prima para sua obtenção.
m = muito solúvel; s = solúvel; i = insolúvel; p = parcialmente solúvel
Baseado na tabela, descreva um procedimento que permita separar o ácido ftálico do naftaleno, obtendo o primeiro no estado sólido.
Passo 1
Precisamos separar dois sais à partir da sua diferença de solubilidade, não é? Para isso, vamos fazer uma dissolução fracionada!
O ideal é achar condições em que o ácido ftálico vai ser insolúvel e o naftaleno muito solúvel, pois assim o naftaleno vai ficar em solução e obteremos o ácido ftálico sólido. Como essas condições não existem (é só olhar na tabela que em nenhuma condição e em nenhum solvente o naftaleno é m e o ácido ftálico é i), precisamos pensar em outra opção!
Passo 2
Se misturarmos água quente à essa mistura, o naftaleno vai ficar na fase sólida e o ácido ftálico vai passar para a solução com água. Se filtrarmos essa solução e, em seguida, evaporarmos a água, obtemos o ácido ftálico puro 😊
Ou seja, usamos 3 tipos de métodos de separação:
- Dissolução fracionada
- Filtração
- Evaporação do solvente!
Resposta
Adicionar água quente, dissolvendo o ácido ftálico. Filtrar. Por evaporação do solvente, obtém-se o ácido ftálico sólido
Exercício Resolvido #5
Lista de exercícios UFMT-MT.
Considere os seguintes processos:
I) centrifugação
II) decantação
III) destilação fracionada
IV) filtração
Quais desses processos constituem etapas fundamentais do tratamento da água servida à população de Cuiabá?
a) I e II
b) I e III
c) II e III
d) II e IV
e) III e IV
Passo 1
A gente tem que lembrar a definição dos métodos de separação, para pensar qual deles parece sensato de se fazer no tratamento de água.
- A centrifugação é feita com pequenas amostras, já que você precisa de um aparelho que gire a amostra em uma velocidade elevada para aumentar a velocidade de decantação.
- A decantação usa a diferença de densidade para separar partículas sólidas de misturas líquidas! Parece razoável e é de fato bastante utilizada no tratamento de água.
- A destilação fracionada exigiria que a gente fervesse a água a ser tratada, coisa que não se faz no tratamento de um volume muito grande de água, como o que abastece a população de uma cidade.
- A filtração pode ser feita com graaandes filtros, que retém partículas de até um tamanho mínimo. Ela também é muito utilizada no tratamento de água 😊
Assim, a resposta é decantação e filtração, letra D.
Resposta
Letra D.
Exercício Resolvido #6
Lista de exercícios UNICAMP.
Deseja-se fazer a separação dos componentes da pólvora negra, que é constituída de nitrato de sódio, carvão e enxofre. Sabe-se que o nitrato de sódio é solúvel em água, o enxofre é solúvel em dissulfeto de carbono, enquanto o carvão é insolúvel nesses solventes. Proponha um procedimento para realizar essa separação.
Passo 1
Fala aí! Belezinha?
Bom essa questão está pedindo pra gente separar 3 sólidos e a informação que ele no deu como base são as diferenças de solubilidade!
Bom, vamos começar pelo nitrato de sódio? Vamos lá! Se ele é solúvel em água, podemos adicionar água que ele vai se dissolver e assim sobrará os outros dois componentes na fase sólida, show! De forma simples, esse seria o esquema:
Onde as bolinhas amarelas são o enxofre e as bolinhas pretas o carvão!
Assim a gente pode filtrar essa solução e teremos o nitrato de sódio separado dos demais... Mais ou menos assim:
Opa! Mas ele está solúvel em água, né? Aí a gente pode aumentar a temperatura, até o ponto de ebulição da água, fazendo a água evaporar
E quando a água evaporar completamente, teremos o nitrato de sódio puro!
Passo 2
Agora precisamos separar o carvão e o enxofre... lembra que a gente fez uma filtração? Eles estão lá retidos no nosso filtro! Podemos usar a mesma técnica para separar esses dois cras aqui!
O enunciado falou que o enxofre é solúvel em disulfeto de carbono, certo? Então vamos adicionar o dissulfeto e assim o enxofre va se solubilizar e teremos então o carvão no forma sólida... Como eles estão no filtro, o carvão vai permanecer lá enquanto que a solução de enxofre com o dissulfeto de carbono vai passar!
E usando a mesma técnica de vaporização, podemos aumentar a temperatura até o dissulfeto de carbono evaporar, ficando assim com o enxofre separado dele!
Prontinho! Separamos esses três carinhas usando a informação de solubilidade, e basicamente usamos duas técnicas, filtração e evaporação, beleza?
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #7
Lista de exercícios UFRS.
Para separar convenientemente uma mistura de areia, sal de cozinha, gasolina e água, a seqüência de processos mais indicada é:
a) decantação, catação e destilação.
b) floculação, filtração e decantação.
c) catação, filtração e evaporação.
d) filtração, catação e destilação.
e) filtração, decantação e destilação.
Passo 1
Alguns pontos são importantes de ressaltar nessa mistura: a areia não é solúvel em nenhum dos dois líquidos, o sal é solúvel em água, a gasolina e a água são imiscíveis (formam uma mistura heterogênea e tem densidades diferentes).
Então, o ideal é começarmos pela filtração, que vai separar os dois líquidos (a solução de água+sal e a gasolina) da areia.
Uma vez que separamos a areia, partimos para a decantação: onde separamos os dois líquidos através da diferença de densidade dos dois.
Depois, para separar a água do sal, precisamos fazer uma destilação! Como a água ferve em uma temperatura muiiiito mais baixa que o sal, conseguimos separá-los.
A opção correta é a letra E.
Obs: não poderíamos começar por uma decantação porque a areia iria entupir o funil de decantação, já que ela é mais densa que os líquidos e ia se concentrar no fundo do funil!
Resposta
Letra E.
Exercício Resolvido #8
Lista de exercícios UNICAMP.
Os gases nitrogênio, oxigênio e argônio, principais componentes do ar, são obtidos industrialmente através da destilação fracionada do ar liquefeito. Indique a sequência de obtenção dessas substâncias neste processo de destilação fracionada. Justifique sua resposta.
Dados: temperaturas de ebulição a 1,0 atm
Argônio = -186°C
Nitrogênio = -196°C
Oxigênio = -183°C
Passo 1
A destilação é um processo que separa os componentes a partir de seus pontos de ebulição. O que tiver o menor ponto de ebulição, vai evaporar primeiro, e assim consecutivamente.
A ordem de obtenção das substâncias, portanto, vai depender da ordem crescente dos pontos de ebulição, e será:
Nitrogênio, depois o Argônio e em seguinda o Oxigênio.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)