Separação de misturas

Os métodos de separação de misturas são fundamentais para laboratórios, indústrias e ate mesmo no nosso cotidiano, em certas ocasiões é necessário separar as misturas ate que cada substancia fique o mais próximo de ser pura. O conjunto de separação de misturas pode ser chamado de desdobramento da mistura, fracionamento da mistura ou análise imediata da mistura.

Existem inúmeras formas de separar uma mistura, porém, iremos ver os principais processos utilizados.

Decantação
O princípio fundamental para sabermos se é possível separar uma mistura por decantação, é ter a certeza de que a densidade de seus componentes que formam a mistura heterogênea não apresentem o mesmo valor, vejamos dois métodos de decantação.

• Decantação de sólido em um líquido.

Podemos tomar como exemplo uma mistura de água com areia em um recipiente. A areia presente na mistura ira se depositar no fundo do recipiente com o passar do tempo, esse processo se chama sedimentação, logo após, a água pode ser separada cuidadosamente por inclinação, se preferir pode ser despejada com o auxílio de um bagueta (bastão de vidro), para verter o líquido ate o outro recipiente.

Podemos também utilizar o método da aspiração usando um sifão, esse processo se chama sifonação, nele ocorre a sucção do líquido presente no recipiente suspenso ate outro recipiente que se encontra abaixo.

É possível acelerarmos o processo de sedimentação utilizando o uma centrifuga, esse processo se chama centrifugação, esse aparelho executa uma rotação rápida aos recipientes que contem a mistura de um líquido com um sólido, inclinando-os para horizontal, com esta aceleração provocada pela rotação, as partículas da substância sólida se sedimentam de forma mais rápida.

• Decantação de líquidos.

Para separar dois líquidos imiscíveis (que não se mistura) de densidades diferentes, temos que utilizar um funil de separação, também chamado de funil de decantação ou funil de bromo. Ao colocarmos a mistura neste funil, temos que esperar o líquido mais denso se separar do menos denso, com isso podemos abrir a torneira de forma cautelosa e esperar somente o líquido mais denso escorrer, ate que o próximo líquido de menor densidade se aproxime da torneira, para então fechar a torneira concluindo a separação (por mais que uma das substâncias não fique pura 100%).

Filtração
O processo de filtração serve para separar misturas heterogêneas, de um sólido disperso em um líquido ou em um gás. Exemplos desse processo no cotidiano é a utilização no coador de café, que retém suas partículas sólidas, e o aspirador de pó, que filtra o ar retendo a poeira em uma bolsa de pano.

Em laboratórios são utilizados dois tipos de filtração.

• Filtração simples.

A mistura e adicionada em um papel de filtro que esta em um funil, a parte sólida e retida pelo papel enquanto a parte líquida escorre para fora do filtro por ser permeável (possibilitar a passagens de líquidos), ficando isolado em outro recipiente.

• Filtração a vácuo.

A mistura é adicionada em um funil de Buchner (funil de porcelana), que esta fixo em um frasco de kitasato por uma rolha de borracha, a sucção que ocorre no frasco diminui a sua pressão interna, com isso o líquido se separa mais rápido.

Destilação
A destilação é um processo que serve para separar misturas homogêneas, podendo ser de uma solução sólida diluída em um líquida (destilação simples) ou de dois ou mais líquidos (destilação fracionada).

Tanto para a separação fracionada quanto para a simples, a aparelhagem utilizada em laboratórios é a seguinte:

• Destilação simples.

A destilação simples ocorre quando queremos separar uma solução sólida diluída em um líquido. Vamos citar como exemplo uma mistura de cloreto de sódio (NaCl) com água (H2O), para separar esta mistura precisamos adicioná-la em um balão de destilação, este balão ira ser aquecido para que a substancia que apresente o menor ponto de ebulição evapore e a outra permaneça.

A água passa para o estado gasoso ao atingir 100°C, o aquecimento do recipiente onde se encontra a mistura, deve permanecer fixo com o mesmo valor do ponto de ebulição da substancia mais volátil (capacidade de se tornar vapor), ou seja, se a água evapora com uma temperatura menor que a do sal, o aquecimento deve ser apenas o suficiente para transformar a água em vapor, neste caso a temperatura deve ser maior ou igual a 100°C e menor do que o ponto de ebulição do sal, 1465°C (quanto mais próximo do ponto de ebulição da substancia mais volátil melhor) com isso a outra substancia que tem seu ponto de ebulição maior deverá permanecer, sendo assim o sal refinado não ira evaporar.

A água, no estado gasoso, passará pelo condensador, onde a temperatura é menor devido a corrente de água fria que passa por dentro do aparelho (água fria esta que não entra em contato com nenhum elemento da mistura, pois a água fria serve apenas para condensar o vapor de água, passando por uma outra camada que evita o contato entre ambas), com isso, o vapor de água ira se condensar, como o próprio nome do aparelho diz (condensador), e por fim, escorrerá até a saída, onde deverá gotejar até encher o outro recipiente, que estava pronto para receber apenas a água no estado puro.

• Destilação fracionada.

A destilação fracionada ocorre quando queremos separar dois ou mais líquidos. O processo é similar ao anterior, pois, uma mistura de álcool e água, por exemplo, é destilada até o momento em que a água atinge 100°C, a única diferença além da possibilidade de separarmos dois líquidos, e que também podemos separar três ou mais, seguindo as regras da destilação fracionada.

Em uma mistura de três ou mais substâncias diferentes, temos que aquece-la de acordo com a temperatura de seus componentes, ou seja, supondo que tenhamos uma mistura de três elementos de pontos de ebulição bem definidos, X = 100°C, Y = 150°C e Z = 200°C, a mistura deve ser aquecida até chegar ao ponto de ebulição da substância mais volátil, neste caso é de 100°C, após esta substancia ter se separado das outras, em seguida temos que aumentar o grau de aquecimento para atingirmos o ponto de ebulição da outra substancia, neste caso a próxima mais volátil é de 150°C e após esta substância ter se separado da outra, iremos obter as três substâncias, que antes formavam uma mistura, separadas em recipientes diferentes.

Verdades científicas sobrepostas

Na atividade científica, tradicionalmente novos conhecimentos se sobrepõem para que uma verdade seja substituída por outras mais atuais. Quando o assunto é o aquecimento global do Planeta, as mudanças dos fenômenos naturais, aliadas às recentes conclusões dos cientistas que se dedicam a entender o tema, fazem com que esse efeito benéfico da sobreposição do conhecimento seja ainda mais intenso e verdadeiro.

“A controvérsia é sempre algo muito bom na ciência, que é a única atividade humana que pode se desdizer de si mesmo, diferentemente de várias outras áreas como a religião e a transcendentalidade do homem, em que o ser humano pode acreditar ou não”, disse Alberto Brum Novaes, professor do Instituto de Física da Universidade Federal da Bahia (UFBA), na Reunião Regional da SBPC em Boa Vista.

“Na ciência, como os pesquisadores estão sempre em busca da verdade, o avanço do conhecimento é determinado pelo método científico e pelo espírito crítico. Hoje, o que podemos dizer com toda segurança é que o aquecimento global é uma realidade universal e ações para reduzir as emissões de carbono são cada vez mais emergenciais para mitigar seus impactos na biodiversidade”, complementou o docente, que na tarde de quinta-feira (21/10) apresentou a conferência “O efeito das mudanças climáticas no Brasil”.

Na avaliação dele, o conhecimento sobre as causas e os efeitos das mudanças climáticas vêm evoluindo muito bem nos últimos anos, por conta dos estudos de milhares de pesquisadores de renome em todo o mundo. Destaque para os trabalhos dos integrantes do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), que fizeram uma ampla avaliação dos efeitos antropogênicos (derivados de atividades humanas) dessas mudanças não só na atmosfera, mas no meio ambiente como um todo, incluindo os oceanos e as florestas.

“Os estudos se baseiam em modelos numéricos e em séries climáticas dos últimos 150 ou 200 anos, mas as pesquisas atuais já demonstram efeitos há centenas de milhares de anos, particularmente nas regiões polares a partir de testemunhos no gelo. A Terra nunca teve um ciclo de alteração climática como nos últimos anos. Acredita-se, por exemplo, que pelo menos 15 novas espécies estejam sendo extintas por ano”, explicou o secretário regional da SBPC na Bahia.

As alterações na temperatura da Terra são, de acordo com ele, apenas uma das consequências das mudanças ambientais globais, que também inclui o crescimento populacional, consumo de água, desmatamento, exploração pesqueira, consumo de papel, construção de barragens e consumo de petróleo, carvão e fertilizantes. “Essas são as principais atividades humanas responsáveis pelo aquecimento global. A população mundial já se aproxima das 7 bilhões de pessoas e outros 130 milhões de indivíduos estão nascendo todos os anos", apontou.

A emissão de dióxido de carbono (CO2) devido à queima de combustíveis fósseis, no entanto, continua sendo o principal vilão do aquecimento global, destacou Brum. “Só para ter ideia desse impacto, hoje são mais de um bilhão de veículos na terra queimando o gás, além de centenas de milhões de fábricas no mundo que também utilizam combustíveis fósseis em sua matriz energética.”

A concentração de CO2 na atmosfera vem aumentando desde o início da Revolução Industrial, em 1750. Desde 1995, o aumento da concentração do gás tem sido da ordem de 1.9 ppm (partes por milhão) por ano. “Hoje, o Brasil contribui com quase 5% de todo o aporte de CO2 na atmosfera e é o quarto maior emissor do planeta”, disse Brum.

Fonte: Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC)

Substância

É qualquer tipo de matéria formada por átomos, cada molécula de uma substancia possui sua quantidade específica de elementos formando diversas combinações.

Ela pode ser tanto orgânica (são aquelas que contêm carbono, no caso os hidrocarbonetos) ou inorgânica (também conhecidas como minerais, sendo estas formadas pelos demais elementos e ate mesmo o carbono em alguns casos).

As substâncias podem ser classificadas de duas formas:

• Substância simples: é toda substancia formada por um mesmo elemento químico.

Ex: O₂ (gás oxigênio)

Cl₂ (gás cloro)

H₂ (gás hidrogênio)

P₄ (Fósforo branco)

• Substância simples alotrópica: alotropia é uma propriedade da substância simples, que consiste na capacidade de apenas um elemento químico formar varias moléculas diferentes.

Ex: O₂ (gás oxigênio)

O₃ (gás ozônio)

C (grafite, diamante ou fulereno, dependendo da sua estrutura)

S₈ (rômbico ou monoclínico, dependendo da sua estrutura)

• Substância composta: é toda substancia formada por mais de um elemento químico.

Ex: O₂H (água)

NaCl (cloreto de sódio, mais conhecido como sal de cozinha)

H₂SO₄ (ácido sulfúrico)

HCl (ácido clorídrico)

Substância pura e mistura de substâncias 

As substâncias, simples e compostas, podem ser encontradas puras ou misturadas, esta classificação define-se da seguinte forma:

• Substância pura: a substância é pura quando encontramos em sua formula apenas moléculas de uma única matéria.

Ex: em um copo de água pura encontramos apenas moléculas de H₂O.

• Mistura de substâncias: a substância é uma mistura quando encontramos em sua formula mais de uma molécula de diferentes matérias, ou seja, mais de uma substância.

Ex: em um copo com água + Sal encontramos duas moléculas de H₂O e NaCl.

Mistura eutética e azeotrópica 

Uma mistura pode apresentar ponto de fusão ou ponto de ebulição similares, porém não há registros de misturas que apresentem os dois pontos iguais:

• Mistura eutética: é toda mistura que apresenta comportamento de substância pura durante o processo de fusão, devido as temperaturas não variarem do começo ao fim deste processo.

• Mistura azeotrópica: é toda mistura que apresenta comportamento de substância pura durante o processo de ebulição, devido as temperaturas não variarem do começo ao fim deste processo.

A água mineral é uma mistura de varias substancia, seu próprio nome indica que nela encontram-se minerais, junto com esses minerais encontram-se outras substancias tais como: O₂, CO₂, NaCl, KHCO₃, MgSO₄ etc.

Gráfico de uma substância
Toda substância possui ponto de fusão e ponto de ebulição, é essa propriedade que nos possibilita separar os componentes de uma determinada substância. Uma substância simples possui ponto de fusão e ebulição bem definidos, já uma mistura pode apresentar: pontos de fusão e ebulição diferentes, apenas o de fusão similar a outra substância (Eutética) ou apenas o de ebulição (Azeotrópica).

Aspectos de uma mistura 

Uma mistura de substâncias pode ser vista de duas formas:

• Homogênea: quando apresenta apenas um aspecto.

Ex: Água + Álcool.

• Heterogênea: quando apresenta dois ou mais aspectos.

Ex: Água + Óleo.

   

Fase

É o aspecto de uma substância, visíveis de forma macroscópica, definidas pelo seu estado e as características de sua composição, geralmente a densidade é a mais estudada. 

Podemos definir quantas fazer uma mistura tem observando o seu aspecto, por exemplos, uma mistura de água e areia apresenta duas fazer, pois podemos definir de forma clara o que é areia e o que é água, por ser uma mistura heterogênea, neste caso definimos 2 substâncias juntas, ou seja, duas fases, no caso de água com álcool apresenta apenas 1 fase, pois, a mistura entre elas é homogênea a aparenta apenas um aspecto.

Obs. Toda mistura de gazes são homogêneas, por isso apresentam apenas uma faze.

Obs2. Não confunda substância simples e composta com substância pura e mistura de substâncias, caso tenha duvidas leia novamente o assunto e olhe a imagem do resumo abaixo:

Fenômeno físico e químico.

• Fenômeno físico: é a transformação da fisionomia de uma matéria que não altera sua estrutura química, podendo reverte-se.

Ex: mudanças do estado físico (como o próprio nome já diz), separação por destilação, fusão da parafina ocasionada pelo aumento de temperatura (apenas passou do seu estado sólido para o líquido).

• Fenômeno químico: é a transformação da fisionomia de uma matéria que altera sua estrutura química, dando a ela novas propriedades, neste caso é irreversível (se utilizar o mesmo processo inicial).

Ex: digestão, formação da chuva ácida, queima da parafina ao manter contato direto com o fogo (caso a parafina tenha contato direto com o fogo, sua estrutura química será alterada ganhando novas propriedades).

A vela acesa é um conjunto misto de fenômeno físico e químico, pois o pavio ao ser aceso é queimado diretamente pelo fogo modificando sua estrutura química, e a parafina tem dois caminhos, parte dela que se encontra muito próxima do pavio acaba sendo queimada diretamente e tem sua estrutura química modificada, já parte dela que se encontra mais afastada apenas passa do estado sólido para o líquido.

Propriedades específicas da matéria

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São as propriedades que variam de acordo com as substâncias na qual a matéria é feita.

• Densidade: É o resultado entre a razão da massa pelo volume de uma determinada matéria

A formula que permite este resultado é feita da seguinte forma:
D(densidade) = M(massa)/V(volume)

Propriedades gerais da matéria

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São as propriedades da matéria que podem ser observadas em qualquer corpo, independentemente de sua substancia.

• Extensão: Propriedade que a matéria tem de ocupar um lugar no espaço, sendo o volume o responsável por medir a extensão desse corpo.

OBS: Para calcular o volume de qualquer objeto que seja difícil de medir, como uma pedra, basta calcularmos utilizando uma proveta ou outro tipo de medidor que possa conter água medindo sua área.

Volume = espessura x largura x altura

Ex: O volume que a água atinge em um recipiente no início é de:
V0 = 10.5.5
V0 = 250cm³
Com a variação do volume após colocar a pedra, que obviamente deve ser maior, devemos subtrair o valor final do inicial:
V = 10.7.5
V = 350cm³
Sendo assim:
V(da pedra) = V(final)-V0(inicial)
V = 350-225
V = 100cm³ (isso quer dizer que a pedra tem o volume de 100cm³, o que representa, por exemplo, seu volume ocupado no espaço).

• Impenetrabilidade: É a famosa propriedade da matéria que diz, dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço.
• Mobilidade: Capacidade que a matéria tem de ocupar continuamente diversas posições no espaço.
• Compressibilidade: Propriedade da matéria que reage se comprimir (diminuindo seu volume) ao receber uma determinada força.
• Elasticidade: Propriedade da matéria de retornar ao seu estado inicial após a interrupção da ação que o comprimia, ou de se esticar sob a ação de duas forças opostas.
• Inércia: Propriedade da matéria de se manter em seu estado de repouso ou movimento, que pode ser alterada se outras forças agirem em prol ou contra ela. Quanto maior a massa de um corpo, mais difícil será de alterar seu movimento, logo sua inércia será maior.
• Ponderabilidade: Propriedade que a matéria recebe ao se encontrar perto de um ambiente onde esteja sujeito as ações de um campo gravitacional, permitindo avaliá-lo pelo seu peso.
  A formula na física que permite esta avaliação é feita da seguinte forma:
  P(peso) = M(massa) x G(aceleração da gravidade)
• Divisibilidade: É a capacidade que a matéria tem de se dividir em partes menores, podendo dividir ate seus átomos que o compõem.
• Indestrutibilidade: Capacidade da matéria de ser indestrutível, podendo ser apenas transformada quimicamente ou fisicamente.
• Energia: Toda matéria apresenta energia, nenhuma energia se esgota ela apenas se transforma em outra, em sua menor estrutura atômica se faz presente a existência de energias.
• Massa: É uma propriedade da matéria básica podendo ser definida ou identificada através de outras formulas que a tenha presente em sua estrutura.
  Ex:
  P = M x G
  M = P/G

ONU proclamou o ano de 2011 como o Ano Internacional da Química

A Assembléia Geral das Nações Unidas (ONU) proclamou o ano de 2011 como o Ano Internacional da Química. A proposta aprovada havia sido encaminhada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) pela delegação da Etiópia, com o patrocínio de 35 países.

O evento será organizado pela IUPAC e pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization - UNESCO). Em comunicado oficial, as duas instituições destacam que o Ano Internacional da Química permitirá celebrar as contribuições da química para o bem-estar da humanidade.

No ano 2011, comemora-se o 100º aniversário do Prêmio Nobel em Química para Marie Sklodowska Curie, o que, de acordo com os organizadores, motivará também uma celebração pela contribuição das mulheres à ciência.

De acordo com os organizadores, “a química é fundamental para a nossa compreensão do mundo e do cosmos. As transformações moleculares são centrais para a produção de alimentos, medicina, combustíveis e inúmeros produtos manufaturados e naturais”.

A programação do Ano Internacional da Química também será inserida nas atividades da Década da Educação e do Desenvolvimento Sustentável (2005-2014), estabelecida pela ONU. Assim, as atividades programadas para 2011 darão ênfase à importância da química para os recursos naturais sustentáveis. 

Fonte: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Melhores informações: AIQ 2011

Estados físicos da matéria

Os estados físicos da matéria ou fazes da matéria são definidos pela velocidade em que as moléculas de uma determinada substância se movimentam, levando em consideração a temperatura, a pressão e a matéria que compõe a substancia.

Nomes dos respectivos estados físicos da matéria.

 
Toda passagem em que uma determinada substancia sofre ao modificar seu estado físico, recebe um determinado nome, estes nomes estão visíveis em um diagrama abaixo.

Diagrama representando o nome dado a cada mudança de estado físico.

• Fusão: a matéria passa do estado sólido para o líquido. Podendo ser classificada de duas formas:

1. Gelatinosa: a matéria se derrete toda por igual. Ex: plástico.
2. Cristalina: a matéria se derrete de fora para dentro. Ex: gelo.

• Vaporização: a matéria passa do estado líquido para o gasoso. Podendo ser classificada de três formas:

1. Evaporação: a matéria líquida trona-se gás em qualquer temperatura, lentamente.
2. Ebulição: a matéria líquida se encontra na temperatura de ebulição e começa a borbulhar, recebendo calor tornando-se gás, rapidamente.
3. Calefação: a matéria líquida recebe uma grande quantidade de calor em um período curto de tempo tornando-se gás de forma muito rápida, instantaneamente.

• Condensação ou  Liquefação: a matéria passa do estado gasoso para o líquido.

• Solidificação: a matéria passa do estado líquido para o estado sólido.

• Sublimação: a matéria passa diretamente do estado sólido para o gasoso. 

• Ressublimação: a matéria passa diretamente do estado gasoso para o sólido.

Existe mais dois estados em que a matéria poder se encontrar, o condensado de Bose-einstein e o plasma, porém estes são estudados em níveis mais avançados na físico-química.

• Ionização: a matéria passa do estado gasoso para o plasma.

• Desionização: a matéria passa do estado plasma para o gasoso.

Conceito de química

É o ramo da ciência que estuda os elementos que a constitui toda e qualquer matéria conhecida, com base em suas características, processos de obtenção, propriedades semelhantes, suas aplicações e sua identificação.

Estuda a maneira que os elementos têm de se ligam e reagirem entre si, tendo como princípio fundamental o entendimento da energia que é desprendida ou absorvida durante estas modificações.