Um dos grandes desafios da Química sempre tem sido a obtenção de substâncias puras a partir de misturas, já que a maioria dos materiais presentes na natureza é formada por misturas de substâncias. Como vimos anteriormente, torna-se possível saber se uma espécie de matéria é substância pura ou mistura por meio da análise de suas propriedades específicas. Se o resultado das análises indicar que se trata de uma mistura de substâncias e caso o químico queira isolar as substâncias que a constituem, será necessário escolher um método adequado de purificação.
Há vários métodos de purificação de misturas, e a escolha do método depende:
- Do tipo de mistura a ser separada;
- Das condições materiais e econômicas;
- Do tempo gasto na separação;
Processos de separação (ou fracionamento) de misturas heterogêneas
Para realizar o fracionamento de misturas heterogêneas, o primeiro passo é classificá-las quanto ao estado físico de seus componentes. Nesse sentido, as misturas heterogêneas podem ser de quatro tipos:
1. Sólido-sólido
2. Sólido-líquido
3. Líquido-líquido
4. Sólido-gasoso
• Catação
Trata-se de processo rudimentar e cotidiano, empregado somente quando as partes da mistura são evidentes e soltas, podendo ser separadas com as mãos ou com pinças. Ex: Separação (catação) do feijão das sujidades, separação do lixo reciclável pelos catadores, etc.
• Peneiração ou Tamisação
Este método é aplicado a misturas cujos componentes possuam diferentes tamanhos de granulação. É o que faz o pedreiro, por exemplo, quando deseja separar a areia fina da areia grossa usando uma peneira ou tamis.
• Separação Magnética ou Imantação
É aplicável em misturas de sólidos quando um dos componentes é magnético (substância que apresenta propriedade de ser atraída por um imã, geralmente metais magnéticos). Passando-se um imã sobre uma mistura de limalha de ferro e enxofre, por exemplo, o ferro é atraído por ele.
• Ventilação
Utilizada quando uma corrente de ar é capaz de arrastar o componente menos denso, sem arrastar o mais denso. Um exemplo comum é o da separação da casca de cereais. Outro exemplo é a clássica manobra do lavrador num cafezal: ele joga os grãos de café para cima, com o auxilio de uma peneira, para que o vento leve as folhas e outros materiais mais leves (menos densos).
• Levigação
Método utilizado quando há grande diferença de densidade entre os componentes de uma mistura. Consiste na passagem de água sobre a mistura. A água arrasta a fase de densidade menor. A levigação é empregada na separação de ouro das areias auríferas, por exemplo. O ouro tem densidade 19,5 g/cm3, enquanto a da areia é de 2,5 g/cm3. O jato de água arrasta a areia, que é mais leve, deixando o ouro.
• Dissolução Fracionada
Este processo é baseado nas diferentes solubilidades dos componentes, ou seja, quando somente um componente é solúvel em um determinado líquido. É um método que visa separar solúveis de insolúveis; basta colocar a mistura em um solvente adequado. Formar-se-á uma solução da fase solúvel, a qual poderá ser separada da fase insolúvel por filtração. Por exemplo: separar uma mistura de areia e sal. Joga-se a mistura em água. O sal se dissolverá; a areia não.
• Flotação
É um processo utilizado na separação de dois sólidos de densidades diferentes com o emprego de um líquido de densidade intermediária, e que não dissolva nenhum dos sólidos. Ex.: Separação de serragem da areia. Por ser mais densa, a areia fica no fundo do recipiente enquanto que a serragem, menos densa, flota até a superfície do recipiente.
2. Misturas sólido-líquido
• Decantação
Consiste em deixar a mistura em repouso, até que o componente sólido se deposite por ação da gravidade. Uma maneira de separar uma mistura de água e areia é esperar que a areia, mais densa que a água, se deposite no fundo do recipiente. (Essa deposição do sólido no fundo é chamada por alguns de sedimentação). Após a deposição da areia no fundo, pode-se cuidadosamente transferir a água pura para outro recipiente inclinando-se lentamente o frasco em que está a mistura. Após essa transferência restarão, no fundo do frasco original, a areia e um pouco de água (que pode ser eliminada simplesmente esperando que se evapore).
• Centrifugação
Caso a separação das fases de uma mistura heterogênea sob a ação da gravidade seja muito lenta, ela pode ser apressada submetendo a mistura a uma intensa rotação, técnica conhecida como centrifugação. Ela é realizada em aparelhos denominados centrífugas.
• Filtração
Método utilizado para separar sólidos do líquido. Nos laboratórios, realiza-se com freqüência a filtração através de papel de filtro convenientemente dobrado e adaptado num funil. Outros exemplos de filtrações sólido-líquido bastante empregadas no dia-a-dia são no preparo do café, onde o coador retém as partículas sólidas do café e também nos filtros empregados nos purificadores de água, onde as possíveis partículas sólidas suspensas presentes na água da torneira ficam retidas em filtros com baixíssima porosidade.
3. Misturas líquido-líquido
• Decantação
Esse processo é empregado para separar líquidos imiscíveis submetendo-os a uma decantação em um funil especial, conhecido como funil de bromo, funil de decantação ou funil de separação. Abrindo-se a torneira do funil, o líquido mais denso, que está embaixo, passa e é recolhido em um recipiente. O outro líquido fica retido no funil. Dessa forma, ocorre a separação dos dois líquidos. Esse processo é muito usado para separar água e óleo, por exemplo.
• Sifonação
Processo similar à decantação, ou seja, usado para separar líquidos imiscíveis. Entretanto, faz-se uso de um sifão (mangueira) para que os líquidos possam ser separados.
4. Misturas sólido-gás
• Filtração
O exemplo mais conhecido é o do aspirador de pó. A ventoinha do aspirador aspira a mistura de ar com poeira (que é constituída de pequenas partículas sólidas). Um saco de pano ou de papel funciona como um filtro, retendo o pó e deixando o ar passar.
• Câmara de Poeira
Trata-se da separação do ar, que é uma mistura gasosa, da poeira, que é constituída de partículas sólidas, com o auxílio de uma câmara de poeira, que é constituída por uma série de compartimentos interligados, mas separados por obstáculos verticais. À medida que se faz o ar percorrê-los, as partículas sólidas de poeira vão colidindo com esses obstáculos, perdendo velocidade e depositando-se no fundo.
• Decantação
Processo natural de sedimentação das partículas sólidas suspensas no ar (poeira) sobre algum objeto. Perceptível diariamente nos móveis das nossas casas onde, ao passarmos a mão em cima de uma estante, percebemos a poeira depositada.
Processos de separação (ou fracionamento) de misturas homogêneas
Para realizar o fracionamento de misturas homogêneas, podemos considerar quatro tipos
básicos de misturas:
1. Sólido-líquido
2. Sólido-sólido
3. Líquido-líquido
4. Gasoso-gasoso
1. Misturas sólido-líquido
• Evaporação
Ocorre quando a mistura é deixada em contato com o ar atmosférico, fazendo com que a parte líquida evapore, restando, assim, a parte sólida. É o que se faz, por exemplo, nas salinas. A água do mar é recolhida em tanques grandes e rasos, para que a água se evapore e o sal fique livre.
Este, a seguir, passa por um processo de purificação, ou refino, durante o qual são eliminadas as impurezas presentes. A evaporação é uma técnica barata, usada para se obter o componente sólido que está dissolvido no líquido (o sal, no caso). O componente líquido (a água, no caso) é perdido no processo. A evaporação é usada, portanto, quando só há interesse na fase sólida; a líquida, então, é desprezada.
• Destilação Simples
Como proceder se o interesse fosse obter a água pura a partir da água do mar? Para separar a mistura de água e sal, e recuperar também a água, emprega-se a destilação simples (conforme a figura). A mistura é aquecida em um balão de vidro e a água entra em ebulição, mas o sal não. O vapor de água passa pelo interior do condensador, que é refrigerado por água corrente. Graças a isso, esse vapor condensa-se. A água líquida isenta de sal é recolhida no recipiente da direita (Erlenmeyer) e, ao final, restará sal sólido no balão de vidro. O líquido purificado que é recolhido no processo de destilação recebe o nome de destilado (nesse caso, trata-se da água destilada). A destilação simples é utilizada quando há interesse nas duas fases, ou apenas na líquida.
2. Misturas sólido-sólido
• Fusão Fracionada
Usada para separar sólidos de diferentes pontos de fusão, como as ligas metálicas. Aquecesse a liga e quando a temperatura atingir o ponto de fusão do metal que apresentar a menor Aquecesse temperatura de fusão este é separado. Sobra então o outro metal no estado sólido, pois a temperatura de fusão dele é maior do que a do que foi separado. Se for o caso de uma mistura de mais de 2 metais, o procedimento é o mesmo, e os metais são, então, separados em frações, de acordo com os seus pontos de fusão.
• Cristalização Fracionada
A mistura de sólidos é dissolvida em água e a solução é submetida à evaporação. Quando a solução ficar saturada em relação a um componente, o prosseguimento da evaporação do solvente acarretará a cristalização gradativa do referido componente, que se separará da solução. A solução contendo o componente cuja saturação ainda não foi atingida, fica sobre os cristais do outro e é chamada água-mãe de cristalização. O componente menos solúvel cristaliza primeiro, deixando os outros componentes em solução. Por controle da temperatura é, por vezes, possível retirar os componentes, um de cada vez. Ex.: Separação de NaCl na evaporação da água do mar.
3. Misturas líquido-líquido
• Destilação Fracionada
As misturas homogêneas formadas por dois ou mais líquidos oferecem uma razoável dificuldade para a sua separação. A técnica da destilação fracionada, esquematizada a seguir, pode ser usada com sucesso para separar algumas misturas desse tipo. A destilação fracionada é um aprimoramento da destilação simples, na qual uma coluna de vidro cheia de obstáculos (bolinhas ou cacos de vidro) é colocada entre o condensador e o balão no qual a mistura é aquecida. Os obstáculos permitem que o componente de menor ponto de ebulição, aquele que ferve com mais facilidade, chegue mais rapidamente ao condensador e destile primeiro. Assim que ele destilar totalmente, destilará o próximo componente líquido da mistura (em ordem crescente de pontos de ebulição), que é recolhido em outro frasco. E assim por diante.
Alguns componentes do petróleo são separados por meio de destilação fracionada, realiza em grandes colunas de aço, nas refinarias. Essa técnica também é empregada para separar os gases componentes do ar atmosférico. O ar é resfriado até atingir o estado líquido e, a seguir, passa por destilação fracionada.
4. Misturas gasoso-gasoso
• Liquefação Fracionada
A liquefação fracionada é um processo de separação feita para separar gases em uma mistura homogênea. Primeiramente, a mistura é resfriada, fazendo com que os gases sejam liquefeitos. A seguir, sabendo que cada um tem um ponto de ebulição característico, eles são submetidos a uma destilação fracionada. Um exemplo consiste na separação do Nitrogênio e do Oxigênio do ar. O ar é resfriado até -200°C, quando então passa para o estado líquido. Depois, os gases são separados por destilação fracionada, já que o ponto de ebulição do Nitrogênio é -195ºC e o do Oxigênio é -183ºC.
• Efusão
Trata-se do escoamento de moléculas gasosas por um orifício pequeno, que depende da massa das moléculas, ou seja, as de menor massa possuem maior velocidade de escoamento, o que permite a sua separação.
Fonte:
http://www.deboni.he.com.br/ccount/click.php?id=39