Métodos Físicos de Separação de Misturas

Relatório de actividade experimental
Métodos físicos de separação de misturas

Objectivo

Separar, através de processos físicos, os componentes de misturas homogéneas e heterogéneas.

Introdução Teórica

A matéria, de modo geral, é encontrada na natureza na forma de misturas, conjunto de várias substâncias. Estas misturas podem ter aparência, a olho nu, uniforme, denominamo-las como homogéneas e quando estas nos apresentam uma forma irregular, sem carácter homogéneo ou disformes denominamo-las por heterogéneas.

Para realizarmos a separação de misturas homogéneas podemos utilizar os seguintes processos:

- Cristalização: Utilizamos este processo quando queremos separar um componente sólido de uma solução líquido-sólida. Podemos deixar evaporar o líquido até que a solução fique saturada, a partir desse momento, o sólido vai-se separar em cristais, mas para acelerar este processo aumentamos a temperatura e o contacto com o ar. Os cristais húmidos podem ser secos com um papel de filtro ou numa estufa, ou por filtração ou decantação, quando a quantidade de líquido for muito grande.

Ilustração 1 - Cristalização

- Destilação fraccionada: Este processo utiliza-se quando os componentes a separar são ambos voláteis, com pontos de ebulição próximos. Para a separação dos componentes das misturas homogéneas líquido-líquido, recorre-se muitas vezes  à destilação fraccionada. Ao aquecer a mistura num balão de destilação, os líquidos destilam-se na ordem crescente de seus pontos de ebulição e podem ser separados.

- Destilação simples: Utilizamos este processo quando a substância a separar é o único componente volátil, com baixo ponto de ebulição, e quando os componentes a separar têm pontos de ebulição muito diferentes. A destilação é eficaz na separação de dois ou mais líquidos solúveis entre si. Cada líquido possui uma temperatura de ebulição própria, e os líquidos podem ser separados por meio de um destilador. Ferve-se uma solução formada por líquidos num destilador, sendo a primeira fracção de líquido que se recolhe a que corresponde ao líquido mais volátil, dado que foi o primeiro a entrar em ebulição. Pode utilizar-se eficazmente sempre que os líquidos misturados ou dissolvidos não possuem temperaturas de ebulição muito parecidas. Em caso contrário é preciso utilizar destilações muito mais complexas.

Ilustração 2 - Destilação simples

Quando falamos em misturas heterogéneas os processos que podemos utilizar na separação de misturas são os seguintes:

- Separação magnética: Trata-se de um método de separação específico das misturas com um componente ferro magnético como o cobalto, o níquel e, principalmente, o ferro. Estes materiais são extraídos pelos ímanes, fenómeno que se pode aplicar para reter as suas partículas ou para desviar a sua queda.

- Separação por sublimação: A sublimação é a passagem directa de sólido para o estado gasoso, sendo que algumas substâncias como o iodo sofrem alterações, em determinadas condições de pressão e temperatura. A sublimação pode-se aplicar às soluções sólidas e às misturas, sempre uma das substâncias possa sofrer este fenómeno. Basta aquecer a mistura ou solução à temperatura adequada e recolher os vapores que, quando arrefecem, se vêem submetidos a uma sublimação regressiva, ou seja, passam directamente de gás a sólido.

- Filtração: Quando uma suspensão passa através de um papel de filtro, as suas partículas ficam retidas se o diâmetro da malha que forma o papel for suficientemente pequeno. No caso das partículas sólidas serem muito pequenas pode recorrer-se a um filtro de porcelana porosa. O mais corrente é o filtro de papel, que se dobra em quatro partes, formando-se um cone que se adapta à forma do funil. Existem também filtro de areia, argila e carvão.

- Decantação: Trata-se da separação de dois líquidos ou de um líquido e de um sólido (como o caso indicado na ilustração 3), aproveitando a sua diferença de densidade. Para separar um líquido de um sólido de maior densidade deixa-se a repousar durante um certo tempo, para que este se deposite no fundo do recipiente. Se as partículas sólidas forem muito pequenas, esse tempo pode prolongar-se por horas ou até mesmo dias. A partir do momento em que se depositou totalmente, inclina-se o recipiente com cuidado até se verter o líquido sem que o sólido seja arrastado, para maior facilidade desta tarefa utiliza-se uma vareta de vidro. A decantação é muito utilizada para separar líquidos imiscíveis, ou seja, líquidos que não se misturam. Para isso, coloca-se a mistura a ser separada num funil de separação ou num funil de decantação. Quando a superfície de separação das camadas líquidas estiver bem nítida, abre-se a torneira e deixa-se escoar o líquido da camada inferior.

Ilustração 3 - Decantação

- Centrifugação: Quando numa mistura de sólidos e líquidos, os sólidos possuem uma dimensão muito pequena, não é fiável proceder a uma filtração nem uma decantação. O tamanho reduzido das partículas sólidas provoca uma obstrução do filtro, tornando-a muito lenta mesmo que se produza vácuo no interior do recipiente, para acelerar a filtração. Por outro lado, a pequena dimensão das partículas faz com que sejam retidas pelo líquido, de modo que podem demorar muito tempo a depositar-se no fundo do recipiente, tornando ineficaz a decantação. Neste caso, introduz-se a mistura em tubos de ensaio que, colocados numa centrifugadora, giram em posição quase horizontal a grande velocidade, aumentando assim a rapidez com que se deposita o sólido compactado no fundo do tubo. Verte-se o líquido que fica sobre os resíduos do fundo do tubo de ensaio e fica assim completa a separação.

Procedimentos

Para esta actividade laboratorial, a sua preparação, consistiu na pesquisa dos processos físicos de separação de misturas. No meu grupo de trabalho, a mistura atribuída, foi, uma mistura heterogénea, de sal e areia.

Começámos primeiramente por identificar os métodos a utilizar na separação de ambas as substâncias. Concluímos então que para a realização desta separação iríamos necessitar de dissolver o sal em água, de seguida faríamos uma decantação ao mesmo tempo que filtraríamos a água devido às impurezas depositadas da areia que se verificaram, posteriormente, na água, e por fim teríamos de fazer uma vaporização da água salgada, filtrada, para obtermos apenas os cristais de sal.

Reunido todo o material necessário, principiámos a nossa actividade dissolvendo o sal, da mistura, em água, num gobelé, e, completa a dissolução deixámos assentar as partículas de areia e a maioria dos resíduos pertencentes á areia no fundo do gobelé.

De seguida procedemos á decantação que fizemos a par com a filtração da água salgada devido á presença de impurezas provenientes da areia. A decantação foi feita com o auxílio de uma vareta de vidro que colocamos apoiada ao interior do papel de filtro dentro do funil de vidro, seguro pelo suporte universal com a respectiva garra do mesmo, por onde vertemos a água salgada, faseadamente, tentando ao máximo, não verter, juntamente com a água salgada, a areia depositada no fundo do gobelé. O restante da decantação, o gobelé com a areia molhada, foi colocado numa estufa eléctrica, para assim se proceder á secagem da areia.

A água salgada ao ter sido decantada para o funil foi imediatamente filtrada pelo papel de filtro e, aos poucos, esse produto da filtração foi escorrendo para um copo de precipitação maior que o primeiro utilizado.

Para finalizar a nossa separação, colocámos o gobelé com a água filtrada sobre uma placa de aquecimento e assim deu-se a vaporização da água, ficando no copo resíduos de sal. Através deste procedimento separámos as duas substâncias da mistura inicial. Concluímos a nossa actividade experimental após a limpeza do material utilizado e respectiva arrumação, bem como a limpeza da bancada de trabalho.

Material/Reagentes

Para a realização desta actividade experimental utilizámos o seguinte material:

. Um gobelé de 100ml ± 5ml

. Um gobelé de 250ml ± 12,5ml

. Uma vareta de vidro

. Um esguicho

. Uma rede de amianto

. Uma placa de aquecimento

. Um funil de vidro

. Um suporte universal

. Papel de filtro

. Uma tenaz

Resultados/Registos/Observações

No decorrer da desta actividade, logo após a dissolução do sal, observámos que a água, devido á presença da areia, ficou com impurezas e logo após a filtração, estas mesmas impurezas ficaram, quase na sua totalidade, retidas no papel de filtro, embutido no funil de vidro.

Já no final da nossa experiencia observámos que na vaporização, os cristais que se formaram deveriam ser pequenos, comparando a vaporização ao processo de cristalização, e o resultado que obtivemos foram uns resíduos de sal, secos, dispostos de uma forma homogeneizada.

Observámos ainda o resultado que obtivemos do gobelé que introduzimos na estufa. Visualizámos uma camada com cerca de 3 mm de altura de cristais de sal, que estava agregada às paredes do gobelé e uma camada super fina destes mesmos cristais sobre a areia, já seca, no fundo do gobelé.

Contudo penso que para uma separação eficaz e totalmente completa, os cristais de sal, que refiro após o tempo de estufa do gobelé com areia, deveriam ser peneirados para que ficasse assim totalmente separada a mistura. 

Conclusão

Com esta actividade experimental concluímos que em certos casos de misturas um só processo de separação substâncias é ineficaz. Nesta actividade, tivemos de recorrer a 3 métodos de separação de misturas até obtermos o resultado final pretendido, o sal e a areia em separado.

Concluímos também que todos os processos que efectuámos nos diversos métodos de separação foram bem executados, não verificámos assim qualquer falha nesta actividade experimental.

Bibliografia

Química em Contexto 10, pág. 26-29 - Processos de destilação simples e fraccionada e filtração.

http://www.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/fisico_quimica/ fisico_quimica_trabalhos/processosseparmisturas.htm - Processos de cristalização, centrifugação, decantação, separação por sublimação e separação magnética.

http://www.prof2000.pt/users/anitsirc/cristaliza%C3%A7%C3%A3o.gif&imgrefurl= http://www.prof2000.pt/users/anitsirc/corpomisturashomogeneas.htm - Ilustração 1, 2 e 3.

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