Métodos de separação de misturas, parte I.

Desde quando o ser humano fez suas primeiras ferramentas, também desenvolveu métodos rudimentares de seleção para "fabricá-las". A capacidade de produzir o próprio fogo contribuiu no processo. A seleção de qual pedra lascar para criar a superfície cortante ou qual madeira para iniciar o atrito que origina o fogo são um processo de separação chamado hoje de catação. 

À medida que o ser humano evoluiu a tecnologia à sua disposição, ocorreu uma melhoria nos métodos de separação. Muitos deles praticados até hoje, mas com objetivos diferentes, como veremos a seguir. Ao invés de apresentar um monte de métodos e figurinhas exemplificando-os, começarei por um diagrama a partir do qual determinaremos qual método utilizar, explicando-o então. Observe:

É evidente que não são apenas quatro, mas são os mais frequentes em atividade desta área, falemos do mecanismo para escolhê-los. Uma vez que já sabemos como distinguir uma mistura homogênea de uma heterogênea, resta-nos determinar os estados físicos dos componentes.

Filtração

Todo sistema heterogêneo formado por substâncias que são uma sólida e a outra líquida quando separadas, veremos que é separável por filtração.

Filtração. Imagem retirada de "trabalhos para escola" (link).

Observe o papel de filtro, ele possui poros pequenos os suficiente para o líquido atravessar, mas não as partículas do sólido.

Observe que o sólido é incapaz de passar pelos poros do papel de filtro, encontrando-se retido, portanto. O mesmo não acontece com o líquido e qualquer substância nele solúvel. Dia após dia milhões de pessoas preparam café com este processo em uma de suas etapas.

Um caso de filtração pouco lembrado é a separação de partículas sólidas do ar. Aspirador de pó, ar condicionado e veículos dependem de filtro para retirar tais partículas e estas não comprometerem o desempenho de seus motores.

Filtro (muito) usado.

Filtros novos.

Note a sujeira acumulada no filtro após certo tempo. É necessário trocar o filtro com uma certa frequência, pois em caso de a sujeira acumular, partículas sólidas entram no motor e provocam desgaste, diminuindo desempenho e a vida útil dele.

Filtração no ar condicionado.

Filtro de ar condicionado, modelo aleatório.

Processo de troca do filtro ou retirada para limpeza.

Limpeza de um filtro de ar condicionado.

Aspirador de pó.

É impressão minha ou esse aspirador de pó se parece com o R2D2?

Aspirador de pó por dentro.

Fossas nasais.

Os pelos dentro do nariz fazem a vez de filtro.

Outro tipos de filtração: filtração a vácuo.

Em muitas situações, o material a se filtrar é viscoso em excesso. Difícil de escorrer ou se prende aos poros do filtro de modo a impedir o líquido de passar por eles. Quando acontece de a gravidade não ser o suficiente, ajudamos ela com um empurrão da atmosfera criando uma diferença d pressão entre a parte externa e a interna do recipiente, chamado de kitasato.

Diagrama de uma filtração a vácuo.

Montagem real de uma filtração a vácuo.

Funil de Büchner

Eduard Büchner, Nobel de química de 1907 e inventor do funil.

Destilação Simples

Caso o sólido seja solúvel no líquido, o sistema se apresentará como homogêneo e o método de separação adequado será a destilação simples.

Diagrama de uma destilação simples.

Se você já viu esta tirinha por aí, a analogia é com a destilação simples, mas falta uma peça.

Equipamento real de destilação simples, mas ainda há uma diferença entre ele e o diagrama.

Na destilação simples o objetivo é retirar a maior quantidade possível de solvente (líquido) da mistura por aquecimento e consequente evaporação ou ebulição. Uma vez no estado gasoso, ele retorna ao estado líquido no condensador, gotejando no erlenmeyer. A água destilada é obtida por este método.

Condensador, note como se trata de um tubo espiralado dentro de outro.

Garimpo de ouro.

Garimpeiros usam o mercúrio para remover o ouro de impurezas como pedras e grãos de areia. Mercúrio e ouro são capazes de formar uma mistura homogênea, como a água e o sal de cozinha. Esta mistura é colocada dentro de uma retorta para recuperar o metal líquido evaporado e que dissolve o ouro.

Diagrama de uma retorta de garimpo.

Diagrama de uma retorta dos tempos da alquimia.

Uma retorta de laboratório.

Modelos de retorta mais simples, usados em garimpo.

Uma retorta de aço inoxidável.

Decantação

Todo sistema formado por dois líquidos que não se misturam de forma homogênea, chamados assim de imiscíveis, é heterogêneo. E a decantação é o método da vez.

Líquidos imiscíveis. Imagem retirada de "Mundo Educação - UOL" (link).

Nesse procedimento utiliza-se um funil conhecido por funil de bromo ou funil de decantação. É importante observar que o líquido mais denso é retirado primeiro, por ficar na parte inferior e mais próximo, portanto, do orifício. A válvula é girada de modo permitir a passagem do líquido mais denso primeiro e, sem seguida, do menos denso.

Abaixo você encontra uma imagem da vidraria com os líquidos em seu interior.

Equipamento de decantação.

A decantação é um processo de separação que permite separar misturas heterogêneas. Utilizada principalmente em misturas bifásicas, como sólido-líquido (areia e água), sólido-gás (poeira-gás), líquido-líquido (água e óleo) e líquido-gás (vapor d’água e ar). Sendo esse processo fundamentado nas diferenças existentes entre as densidades dos componentes da mistura, e na espera pela sua decantação. A mistura é colocada em repouso num recipiente, de preferência fechado.

Após a separação visual (fases), o processo pode ser feito através de vários métodos, que podem mudar o nome decantação por sifonação ou funil de decantação:

Separa-se um componente do outro através de um bastão de vidro, vertendo o líquido lentamente com a ajuda do bastão, até a substância menos densa passar para o outro recipiente. Este método evita que o líquido escorra para fora do recipiente, passando perfeitamente pelo bastão, e muito utilizado em separações de misturas sólido-líquido, como areia e água.

Um funil de bromo.

Anexo de 17/02/2014: Passeando pelo youtube encontrei um vídeo com a aplicação do método, interessados cliquem aqui.

Funil de bromo ou funil de decantação: este método é usado para separar líquido-líquido, como óleo e água. O líquido mais denso passa controladamente através de uma válvula que é fechada imediatamente quando sua separação se completa, ou seja, antes que o líquido menos denso passe pela válvula e se misture novamente com o outro recipiente.

Uma caixa de gordura é uma aplicação deste método.

Diagrama de uma caixa de gordura. Imagem retirada de "fazfacil.com.br" (link).

A seguir você observa o “caminho” da água dentro da caixa de gordura.

Caminho da água dentro da caixa de gordura.

No canto superior direito é a entrada da mistura vinda da cozinha de uma casa, a saída da caixa é contornada por uma "barreira" que se estende até quase o fundo dela, assim, só o líquido mais denso, no caso a água, sai da caixa. Isso significa que, vez ou outra, é necessário limpar a caixa de gordura.

Limpeza de uma caixa de gordura.

Centrifugação, uma decantação acelerada.

A centrifugação é uma versão da decantação “acelerada” pela gravidade. É um processo de separação de misturas feita por um aparelho centrifugador que faz a separação dos componentes via sedimentação dos líquidos imiscíveis de diferentes densidades. É usada em diferentes maneiras laboratoriais, industriais e domésticas.

Diagrama de uma centrifugação.

Um outro detalhe relevante é a necessidade de se acelerar o processo de decantação por conta de a mistura estragar ou apodrecer antes que se separe. Para tal, existe a centrifugação.

A centrifugação é uma técnica fundamental usada em diversos ramos da Química, Biologia e Bioquímica para a separação de amostras. Em geral, estas são introduzidas em tubos de diferentes tamanhos, que são dispostos num motor de centrífuga. As centrífugas estão normalmente adaptadas para a utilização de diferentes tipos e tamanhos de rotores, conforme a velocidade e aplicação desejadas.

Uma centrífuga antes de funcionar, note a simetria ao posicionar os tubos de ensaio.

Abaixo você observa o diagrama mostrando a separação com base na densidade dos componentes do sangue.

Diagrama mostrando a separação com base na densidade dos componentes do sangue. Imagem retirada de "centrifugadelaboratorio.com.br", (link).

Mais uma vez, note como a simetria é importante.

A aceleração da gravidade recebe uma "ajudinha" da aceleração centrífuga. Tornando a separação muito mais rápida e eficiente. Todos as etapas relacionadas a análise de sangue para doação ou determinar doenças dependem disso, como mostra o diagrama abaixo, no qual separou-se as plaquetas por centrifugação.

Diagrama com os componentes do sangue separados pela centrifugação.

Destilação Fracionada

Caso o sistema seja constituído por dois ou mais líquidos e homogêneo o método indicado será a destilação fracionada.

Diagrama de uma destilação fracionada.

Note que a diferença para a destilação simples é a presença de uma coluna contendo bolinhas de porcelanas. Em alguns livros e apostilas, esta peça é chama de coluna de fracionamento ou coluna de vigreaux (leia vigrô).

Coluna de Vigreaux

O objetivo é que o líquido mais volátil, ou seja, de menor temperatura de ebulição, separe primeiro. Isto acontece justamente pelo fato de o vapor do líquido menos volátil (maior temperatura de ebulição) condensar-se nas bolinhas de porcelana, enquanto o outro passa em maior quantidade sem condensar-se.

Equipamento de destilação fracionada. Imagem retirada de "Allerbest" (link).

Destilação ou refino do petróleo.

Diagrama com os subprodutos após a o refino do petróleo.

Desde a descoberta do potencial do petróleo como fonte de matéria para combustão, primeiro o querosene em lampiões, depois a gasolina em motores de combustão interna, o refino do óleo negro consiste de um processo de destilação com muito mais que dois componentes.

Bebidas alcoólicas destiladas.

Diagrama de um alambique.

Note a semelhança com os equipamentos da destilação fracionada de laboratório.

Um alambique real com peças em cobre.

Uma última observação sobre a destilação fracionada. O mais comum é que os dois líquidos constituintes da mistura sejam voláteis. Então é de se esperar que o destilado será uma mistura deles. Porém esta mistura terá um teor maior do mais volátil. Por isto destilamos bebidas alcoólicas, para aumentar o teor de álcool dentro delas. Não eliminamos a água.

Estes foram os quatro principais métodos de separação de misturas. Dois deles são para misturas homogêneas e dois deles para misturas heterogêneas. A porção restante dos métodos será apresentada de acordo com a classificação da mistura quanto à quantidade de fases e seus respectivos estado físico.

As técnicas de separação restantes serão vistas na parte II (link) deste tópico. De momento, observe que, pela quantidade de exemplos, estes são o métodos mais lembrados pelas bancas responsáveis por formular questões ENEM e vestibulares. Ficou alguma dúvida? Comente aí... até a próxima.