PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS COMUNS
Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Em função disso, é necessário utilizarmos métodos físicos de separação se quisermos obter uma determinada substância.
Para a separação dos componentes de uma mistura, ou seja, para a obtenção separada de cada uma das suas substâncias puras que deram origem à mistura, utilizamos um conjunto de processos físicos denominados análise imediata. Esses processos não alteram a composição das substâncias que formam uma dada mistura, logo são processos físicos de separação.
A escolha dos melhores métodos para a separação de misturas exige um conhecimento anterior de algumas das propriedades das substâncias presentes. Assim, se tivermos uma mistura de açúcar e areia, devemos saber que o açúcar se dissolve na água, enquanto a areia não se dissolve.
Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, é necessário usar vários processos diferentes, numa sequência que se baseia nas propriedades das substâncias presentes na mistura.
Alguns dos métodos de separação são tão comuns que nem pensamos neles como processos de separação, por exemplo, a reciclagem do lixo (catação) e beneficiamento de cereais (ventilação), ou ainda classificação da areia na construção civil, em fina, média e grossa (tamisação ou peneiração).
Vamos estudar agora, alguns desses principais processos de separação, lembrando que a escolha sempre é do processo mais viável.
01. SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE MISTURAS HETEROGÊNEAS
I - SÓLIDO - SÓLIDO
CATAÇÃO: é um processo manual, onde as fases são bem distintas, isto é, haja uma diferença visível entre os constituintes da mistura.
Video sobre o processo de Catação na separação do lixo urbano
VENTILAÇÃO: é utilizada quando há grande diferença de densidade entre os componentes da mistura, mas as densidades tem valores baixos. Consiste na passagem de uma corrente de ar sobre a mistura. As máquinas de beneficiar arroz e outros cereais usam o princípio da ventilação para separar a casca dos grãos.
A rotação do ventilador de limpeza deve ser adequada para não serem lançados grãos para fora da colhedora por excesso de fluxo de ar sobre o material e ser suficiente para retirar as impurezas mais leves do que os grãos. A abertura das peneiras deste sistema deve ser regulada para que permita a passagem somente dos grãos em função da cultura que se está colhendo.
LEVIGAÇÃO: consiste na passagem de água sobre uma mistura de sólido com diferentes densidades. A água arrasta a fase de densidade mais baixa. Pode ser empregada na separação do ouro das areias auríferas por exemplo. O ouro tem densidade de 19,5g/ml, enquanto a da areia é de 2,5g/ml(na figura: azul mais escuro). O jato de água arrasta a areia, que é mais leve, deixando o ouro em canaletas apropriadas.
Vídeo mostrando o processo de levigação no tempo de 55 segundos.
FLOTAÇÃO: trata-se a mistura com um líquido de densidade intermediária em relação à dos componentes. O componente menos denso que o líquido flutuará, separando-se assim componente mais denso, que se deposita. O líquido empregado não deve, contudo; dissolver os componentes. O processo de flotação é muito usado em mineração, particularmente na separação da ganga (geralmente areia) do minério. O minério é inicialmente pulverizado e, a seguir, tratado com óleo; somente os grãos de minério adsorvem no óleo; a seguir, a mistura é lançada em água e ar é misturado no meio da solução.
Como os grãos de minério ficam envolvidos pelo óleo, tornam-se menos densos que os grãos de areia, que por não absorverem óleo, precipitam, porque são grãos mais densos que a água.
SEPARAÇÃO MAGNÉTICA: um dos sólidos é atraído por um ímã. Esse processo é utilizado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas ou na reciclagem do lixo urbano para separar os materiais a base de ferro.
VÍDEO ILUSTRATIVO
Separação magnética industrial
CRISTALIZAÇÃO OU PRECIPITAÇÃO FRACIONADA: é um processo de purificação de misturas de sólidos dissolvidos em um solvente, onde será feita a cristalização em etapas e os sólidos são retirados em porções após filtração. Esta baseado na diferença de solubilidade.
A água do mar é uma solução aquosa onde vários sais estão dissolvidos.
Ao ser aquecida precipita primeiro o sulfato de cálcio o sal menos solúveis de todos.
Após a filtração para retirada do sulfato de cálcio, a água do mar é aquecida novamente precipitando o cloreto de sódio, principal componente do sal de cozinha.
Este é retirado da solução por mais uma filtração, sobrando sais de magnésio que não interessam.
O resíduo dessa segunda filtração é o sal com maior teor de cloreto de sódio e portanto é um sal mais puro.
Os sólidos menos solúveis cristalizarão primeiro pois a atração entre suas partículas é mais forte.
Se você deixar água salgada exposta ao ar, pequenos cristais de sal vão se formar enquanto a água evapora. Muitos compostos formam cristais quando deixam de ser soluções, e a maioria dos compostos fundidos forma cristais quando solidifica.
Algumas substâncias, como o iodo, também formam cristais.
O processo de formação de cristais é chamado cristalização. Ocorre quando, átomos, íons ou moléculas se ligam em um padrão regular formando o retículo cristalino. O cristal cresce enquanto mais átomos, íons ou moléculas unem-se ao retículo. A forma do retículo cristalino define a forma do cristal.
DISSOLUÇÃO FRACIONADA OU EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO: um dos componentes sólidos da mistura é dissolvido em um líquido.
Por exemplo, o início do processo de fazer café passado, onde a adição de água separa o café solúvel do café insolúvel. O café solúvel forma uma solução aquosa que é o filtrado, ficando o café insolúvel no filtro como resíduo.
Por exemplo, o início do processo de fazer café passado, onde a adição de água separa o café solúvel do café insolúvel. O café solúvel forma uma solução aquosa que é o filtrado, ficando o café insolúvel no filtro como resíduo.
PENEIRAÇÃO: usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes. São usadas peneiras que tenham malhas ( furos) de diâmetros diferentes. Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações (tamanho do grão).
Exemplo industrial: separação do cobre metálico dos fios plásticos.
FUSÃO FRACIONADA: Serve para separar sólidos, tomando por base seus diferentes pontos de fusão. Baseia-se, portanto, num aquecimento da mistura com controle da temperatura.
PROCESSO FRASCH: mostra a extração de enxofre das rochas vulcânicas por fusão fracionada.
SUBLIMAÇÃO FRACIONADA OU LIOFILIZAÇÃO: é usada quando um dos sólidos, por aquecimento, se sublima (passa para o estado gasoso), e o outro permanece sólido. A obtenção de alimentos desidratados (liofilização) pode usar esse processo.
2. com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase líquida para um outro frasco (sifonação).
Exemplo em estações de tratamento da água a sujeira (impurezas) insolúvel precipita em tanques de decantação iniciando o processo de limpeza.
SIFONAÇÃO: é o processo de transporte de um líquido de um nível mais alto a outro mais baixo. O sifão funciona sugando o líquido para seu interior. O líquido então flui para o nível inferior porque a pressão é maior na extremidade alta do que na baixa.
FILTRAÇÃO SIMPLES: a fase sólida insolúvel ou em excesso é separada com o auxílio de papéis de filtro ou tanques de filtração formados por camadas de areia e cascalho.
A preparação do café, o filtro de água caseiro e os tanques de filtração nas estações tratamento de água são exemplos do uso da filtração no dia-a-dia.
IV- GÁS - SÓLIDO
DECANTAÇÃO: a mistura passa através de obstáculos, em forma de zigue-zague, onde as partículas sólidas perdem velocidade e se depositam.
Existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não podem ser separadas por processos físicos como, por exemplo a destilação. Isso porque tais misturas destilam em proporções fixas e constantes, como se fossem uma substância pura. Essas misturas são denominadas misturas azeotrópicas. Assim, o álcool etílico forma com a água uma mistura azeotrópica (95,5% de álcool e 4,5% de água) que destila na temperatura de 78,1oC
ADSORÇÃO: consiste na retenção superficial de gases. Algumas substâncias, tais como o carvão pulverizado (ativo), têm a propriedade de reter, na sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos e no tratamento de água para tirar substâncias gasosas que podem ser tóxicas, dar cheiro e gosto ruim a água.
IV - SÓLIDO - SÓLIDO
Na obtenção do enxofre misturado as rochas vulcânicas faz-se o aquecimento com vapor de água a 200 oC que é injetado por tubos (conforme figura abaixo) para derreter o enxofre (ponto de fusão = 120oC), enquanto a rocha não derrete (funde) por ter um ponto de fusão muito maior.
Sai do processo água mais fria, mas ainda no estado de vapor e enxofre derretido que é insolúvel na água.
Sai do processo água mais fria, mas ainda no estado de vapor e enxofre derretido que é insolúvel na água.
SUBLIMAÇÃO FRACIONADA OU LIOFILIZAÇÃO: é usada quando um dos sólidos, por aquecimento, se sublima (passa para o estado gasoso), e o outro permanece sólido. A obtenção de alimentos desidratados (liofilização) pode usar esse processo.
II- SÓLIDO-LÍQUIDO
DECANTAÇÃO: a fase sólida, por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposita-se no fundo do recipiente.
DECANTAÇÃO: a fase sólida, por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposita-se no fundo do recipiente.
Obs.: a separação das duas fases pode ser feita de duas maneiras:
1. vira-se lentamente a mistura em um outro frasco;
2. com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase líquida para um outro frasco (sifonação).
Exemplo em estações de tratamento da água a sujeira (impurezas) insolúvel precipita em tanques de decantação iniciando o processo de limpeza.
SIFONAÇÃO: é o processo de transporte de um líquido de um nível mais alto a outro mais baixo. O sifão funciona sugando o líquido para seu interior. O líquido então flui para o nível inferior porque a pressão é maior na extremidade alta do que na baixa.
CENTRIFUGAÇÃO: é uma maneira de acelerar o processo de decantação, utilizando um aparelho denominado centrifuga. Na centrífuga, devido ao movimento de rotação, as partículas de maior densidade, por inércia , são arremessadas para o fundo do tubo.
Exemplo: separação das partes constituintes do sangue e na obtenção do leite desnatado.
FILTRAÇÃO SIMPLES: a fase sólida insolúvel ou em excesso é separada com o auxílio de papéis de filtro ou tanques de filtração formados por camadas de areia e cascalho.
Vídeo: processo de filtração usando filtros de areia (grava) em uma estação de tratamento da água (ETA).
FILTRAÇÃO À VÁCUO: é uma filtração mais acelerada. Na limpeza de piscinas após o processo de decantação é passado um aspirador onde mistura sujeira –
água é forçada a passar por um filtro. A sujeira é retirada e a água passa.
Vídeo mostrando o início do tratamento da água de um esgoto.
água é forçada a passar por um filtro. A sujeira é retirada e a água passa.
Vídeo mostrando o início do tratamento da água de um esgoto.
III- LÍQUIDO - LÍQUIDO
DECANTAÇÃO: separam-se líquidos que não se misturam (imiscíveis) com densidades diferentes; o líquido mais denso acumula-se na parte inferior do sistema.
Em laboratório usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação, ou ainda, funil de separação.
Em laboratório usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação, ou ainda, funil de separação.
FILTRAÇÃO A VÁCUO: é uma filtração acelerada onde a mistura passa através de um filtro, onde o sólido fica retido. Esse processo é muito utilizado nas indústrias, principalmente para evitar o lançamento de partículas sólidas na atmosfera.
A filtração a vácuo é também usada nos aspiradores de pó, onde o sólido é retido (poeira) por um filtro interno à medida que o ar é aspirado.
A filtração a vácuo é também usada nos aspiradores de pó, onde o sólido é retido (poeira) por um filtro interno à medida que o ar é aspirado.
02. SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE MISTURAS HOMOGÊNEAS
I- SÓLIDO - LÍQUIDO
Nas misturas homogêneas sólido-líquido (soluções), o componente sólido encontra-se totalmente dissolvido no líquido, o que impede as sua separação por filtração. Isto pode ser feito de duas maneiras:
EVAPORAÇÃO OU DESTILAÇÃO NATURAL: a mistura é deixada em repouso ou é aquecida até o líquido (componente mais volátil) sofra evaporação. Esse processo apresenta um inconveniente: a perda do componente líquido.
DESTILAÇÃO SIMPLES: a mistura tem substâncias com pontos de ebulição afastados. A mistura é aquecida em uma aparelhagem apropriada, de tal maneira que o componente líquido inicialmente evapora e, a seguir, sofre condensação, sendo recolhido em outro frasco e o sólido que estava dissolvido se cristaliza.
II - LIQUIDO – LÍQUIDO
DESTILAÇÃO FRACIONADA: consiste no aquecimento da mistura de líquidos miscíveis (solução), cujos pontos de ebulição não sejam muito próximos. Os líquidos são separados na medida em que cada um dos seus pontos de ebulição é atingido. Inicialmente, é separado o líquido com menor ponto de ebulição; depois, com ponto de ebulição intermediário e assim sucessivamente até o líquido de maior ponto de ebulição.
A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento ou retificação. Um dos tipos mais comuns de coluna de fracionamento apresenta no seu interior um grande número de bolinhas de vidro, em cuja superfície ocorre condensação dos vapores do líquido menos volátil, ou seja, de maior ponto de ebulição, que voltam para o balão. Enquanto isso, os vapores do líquido mais volátil atravessam a coluna e sofrem condensação fora dela, no próprio condensador, sendo recolhidos no frasco. Só depois de todo o líquido mais volátil ter sido recolhido é que o líquido menos volátil passará por evaporação e condensação.
Obs: Esse processo é muito utilizado, principalmente em indústrias petroquímicas, na separação dos diferentes derivados do petróleo. Nesse caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos. Esse processo também é muito utilizado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique).
Existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não podem ser separadas por processos físicos como, por exemplo a destilação. Isso porque tais misturas destilam em proporções fixas e constantes, como se fossem uma substância pura. Essas misturas são denominadas misturas azeotrópicas. Assim, o álcool etílico forma com a água uma mistura azeotrópica (95,5% de álcool e 4,5% de água) que destila na temperatura de 78,1oC
Então, para obtermos o álcool anidrido ou álcool absoluto (álcool puro) utilizamos processos químicos. Adicionamos à mistura azeotrópica água e álcool, por exemplo, óxido de cálcio (CaO), que reage com a água produzindo hidróxido de cálcio Ca(OH)2. A seguir, submetemos a mistura a uma destilação, pois agora somente o álcool destila, sendo portanto, recolhido puro no béquer.
Observe na tabela abaixo, alguns casos de misturas azeotrópicas:
MISTURA AZEOTRÓPICA | PONTO DE EBULIÇÃO |
álcool etílico (95,5%) + água (4,5%) | 78,1 oC |
acetona (86,5%) + metanol (13,5%) | 56,0 oC |
álcool etílico (7%) + clorofórmio (93%) | 60,0 oC |
ácido fórmico (77,5%) + água (22,5%) | 107,3 oC |
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Exemplo prático: separação do álcool misturado na gasolina após adição de água.
Motivo desta separação líquido-líquido é que a atração das moléculas de água sobre as moléculas de álcool é mais forte que a atração entre as moléculas de álcool e da gasolina.
III - GÁS - GÁS
LIQUEFAÇÃO FRACIONADA: esta baseada na diferença de ponto de ebulição (igual ao ponto de liquefação) dos gases. Por resfriamento o gás de maior ponto de ebulição separa primeiro por condensação.
Na obtenção da amônia da mistura gasosa nitrogênio, hidrogênio e amônia, após resfriamento da mistura separa primeiro a amônia com maior ponto de ebulição.
Pontos de ebulição: da amônia líquida = -33°C, do nitrogênio líquido = -195,8°C e do hidrogênio líquido = -252,9°C
OBS: Este processo abaixo também é considerado uma liquefação fracionada.
A mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada.
Exemplo: uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico: N2 e O2.
O primeiro componente a ser obtido é o gás oxigênio (O2), que possui maior ponto de ebulição (-183,0°C), posteriormente, obtém-se o gás nitrogênio (N2), que possui menor ponto de ebulição (-196,0°C).
O primeiro componente a ser obtido é o gás oxigênio (O2), que possui maior ponto de ebulição (-183,0°C), posteriormente, obtém-se o gás nitrogênio (N2), que possui menor ponto de ebulição (-196,0°C).
ADSORÇÃO: consiste na retenção superficial de gases. Algumas substâncias, tais como o carvão pulverizado (ativo), têm a propriedade de reter, na sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos e no tratamento de água para tirar substâncias gasosas que podem ser tóxicas, dar cheiro e gosto ruim a água.
Obs: o carvão ativado também pode ser usado para aderir em substâncias orgânicas tóxicas, não necessariamente no estado gasoso e eliminá-las da água.
IV - SÓLIDO - SÓLIDO
Fusão fracionada, dissolução fracionada, sublimação fracionada, peneiração, separação magnética.
PROCESSOS INDUSTRIAIS DE SEPARAÇÃO
TRATAMENTO DA ÁGUA (ETA)
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