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Artur Albino de Oliveira
Daniel Pavan Becker
Fernando Souza da Silva
Giorgi Pietro Canever
Hercílio Pedro da Silva
Hermogenes Zanetti Ribeiro da Silva
separação de misturas
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Quimica - Quimica
Tipologia: Notas de estudo
2011
1 / 22
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faculdade satc Artur Albino de Oliveira Daniel Pavan Becker Fernando Souza da Silva Giorgi Pietro Canever
Hercílio Pedro da Silva
Hermogenes Zanetti Ribeiro da Silva
separação de misturas
Criciúma Abril – 2011
Lista de Figuras
A escolha dos melhores métodos para a separação de misturas exige um conhecimento anterior de algumas das propriedades das substâncias presentes. Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, é necessária a utilização de processos diferentes, numa seqüência que se baseia nas propriedades das substâncias presentes na mistura.
Podemos classificar misturas em homogêneas ou heterogêneas. A mistura homogênea tem como principal característica de apresentar uma única fase, como por exemplo, água e álcool.
A mistura heterogênea tem como principal característica de possuir mais de uma fase, como por exemplo, água e óleo.
Neste relatório vamos abordar os seguintes processos: Destilação fracionada, peneiração, flotação, câmara de poeira e evaporação. Também serão abordados o funcionamento do bafômetro, alguns grandes nomes da química, radioatividade e algumas descobertas acidentais em ciências.
2 SEPARAÇÃO DE MISTURAS
2.1 Câmara de poeira
Processo de separação dos componentes (sólido e gás) de uma mistura heterogênea. Trata-se de um processo em que a mistura passa pelo interior de uma câmara onde existe uma série de obstáculos em forma de zigue-zague (chicanas). O componente sólido choca-se com estes obstáculos e perde velocidade, não acompanhando, portanto, o gás, que sai sozinho do outro lado.
A poeira que normalmente se deposita em móveis e no chão de nossas casas é um exemplo deste método de separação.
Entrada de Sólido e gás
Saída de
Figura 1: Câmara de Poeira.
2.2 - Evaporação
Processo de separação dos componentes (líquido e sólido) de uma mistura homogênea, onde o componente sólido encontra-se totalmente dissolvido no líquido, o que impede as sua separação por filtração. A maneira mais comum de separar os componentes desse tipo de mistura está relacionada com as diferenças nos seus pontos de ebulição (PE). Para que a evaporação seja eficiente e rápida, deve-se ter uma boa ventilação e uma grande superfície de contato com o ar atmosférico.
Consiste em deixar a mistura em repouso ou aquecer até que o líquido (componente mais volátil) sofra evaporação. Esse processo apresenta um inconveniente: a perda do componente líquido.
Este processo de separação é empregado nas salinas para obtenção do sal, onde a água do mar é bombeada para tanques rasos e grandes, que por ação do calor do sol e do vento, a água evapora, deixando apenas o sal.
2.3 - Tamisação ou peneiração
fracionamento, a primeira substância vai condensar, voltando para o balão, e a outra substância continuará subindo, até encontrar o condensador. O termômetro serve para manter uma temperatura constante, um pouco acima do maior ponto de ebulição. Ao final do processo, o béquer conterá o líquido mais volátil, e o balão de vidro terá o líquido menos volátil.
Figura 3: Aparelho de Destilação Fracionada.
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 à temperatura de 78,1° C.
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.
Na tabela abaixo, alguns casos de misturas azeotrópicas:
MISTURA AZEOTRÓPICA PONTO DE EBULIÇÃO
álcool etílico (95,5%) + água (4,5%) 78,1° C acetona (86,5%) + metanol (13,5%) 56° C álcool etílico (7%) + clorofórmio (93%) 60° C ácido fórmico (77,5%) + água (22,5%) 107,3° C
Tabela 1: mistura azeotrópica
A destilação encontra aplicação nos alambiques, para a preparação de bebidas alcoólicas e também muito utilizado nas indústrias petroquímicas, na separação dos diferentes derivados do petróleo. Nesse caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos.
Figura 4: Destilação Fracionada do Petróleo. 2.5 - Flotação
A flotação ou flutuação é um processo de separação de misturas sólidas heterogêneas. Consiste em colocar a mistura dentro de um recipiente, adicionando-
reação ocorre com a ajuda de um catalisador; Ocorre a liberação de elétrons, de ácido acético e de íons de hidrogênio. Os elétrons então passam por um fio condutor, gerando corrente elétrica. Um chip presente dentro do aparelho calcula a porcentagem e dá a concentração de álcool no sangue. Quanto mais álcool, maior será a corrente elétrica.
2.7 – Grandes nomes da química
2.7.1 - Robert Boyle
Filho mais velho de um dos homens mais ricos e influentes da Grã Bretanha, Richard Boyle, primeiro Conde de Cork.
Nasceu em Lismore Castle em Munter, Irlanda no dia 25 de janeiro de 1627. Obteve uma formação tradicional, em parte no Eton College, em parte em casa e complementando com algumas viagens, como: França, Itália e Suíça. Foi durante essas viagens que se converteu religiosamente.
Até que em 1644, começa uma nova fase na carreira de Robert Boyle, como escritor, abrangendo a moral, filosofia e a religião. Mas chega um determinado período de sua vida que suas preocupações mudam, então é ai que começa a idéia de construir um laboratório em sua própria casa em Sailbridge, onde trabalha com varias experimentações, o que o que acarreta a mudança de sua carreira.
Para sua bela carreira, tornou-se influenciado por autores do século XVI e inicio do século XVII, como Jan Baptista Van Helmont, Francis Bacon, Bernardino Telecio, entre outros. Onde também “revidam” com criticas os “Químicos Vulgares”, aqueles que não têm um método filosófico para estudar a natureza. O aperfeiçoamento de Boyle com os experimentos aumentava cada vez mais, o que acarreta a mudança para Oxford em 1655 a 1656, onde se junta com um grupo de filósofos naturais liderado por John Wilkins. Este grupo em si influenciou muito Boyle.
Trabalhou, juntamente com Robert Hooke, em suas principais experiências, montando seus principais equipamentos e onde estudou a natureza do ar: a câmera de vácuo e a bomba de ar. Mas durante essa ida a Oxford, ele não
deixou de lado a sua paixão literária, sendo assim foi muito presente, o qual suas principais obras foram publicadas e até mesmo em latim, que era a língua cientifica da época. Robert multiplicou as suas obras experimentais durante sua vida inteira. Publicando obras para diversas áreas de seguimento, como por exemplo: Memoirs for the Natural History of Human Blood, essa que foi utilizada na área da medicina e entre outras obras. Publicou também uma segunda edição de novas experiências (1960), onde divulga o que viria a ser conhecida como Lei de Boyle, que o volume de um gás é inversamente proporcional a sua pressão, desde que a temperatura seja constante. Onde várias outras publicações foram publicadas, ajudando ainda mais a descobrir novos experimentos para novas descobertas.
Dentre vários experimentos de Boyle, que influenciaram a sociedade naquela época podemos citar alguns como:
- A lei dos gases, que tem seu nome;
- Um indicador colorido para ácidos (xaropes de violeta);
- Um melhoramento do termômetro de Galileu;
- O abaixamento do ponto de ebulição dos líquidos no vácuo;
- Uma explicação do paradoxo hidrostático;
- Uma refutação das teorias de Aristóteles sobre os quatro elementos;
- A acetona;
- O isolamento de hidrogênio;
- A prova que o ar é uma mistura;
- A fosfina;
- O sulfato de mercúrio;
- O álcool metílico;
- O primeiro aparecimento da noção de elemento químico;
simples, no caso, não é cal, mas sim o metal. Calcinando estanho em um recipiente fechado e em presença de ar, verificou-se a inalteração da massa total. Mais tarde em 1777 essa experiência com o mercúrio e descobre a partir daí, a composição do ar atmosférico. Com isso Lavoisier mostrou que a água se obtém através da combustão do hidrogênio, e quatro anos mais tarde, submetendo o diamante à ação do fogo, determina a composição do gás carbônico. Ele também foi um grande pioneiro na medição calorimétrica. Em um determinado relatório que ele tinha para anotações sobre o calor, Boyle registrava diferentes valores de calor especifico, e daqueles resultantes de reações químicas. Para a devida experimentação correspondente, emprega um calorímetro baseado na fusão de gelo.
Mas umas das grandes descobertas de Lavoisier, juntamente com Berthollet e outros, é a de criar, uma nomenclatura racional da química, se baseando no conceito do “elemento químico”, que não se poderia estabelecer, pois havia demonstrado que o oxigênio é um dos componentes necessários dos ácidos e das bases. Que em abril de 1787, expôs novos fundamentos da nomenclatura.
Foi absolutamente um dos grandes pioneiros da bioquímica, com isso Lavoisier associa calor dos animais ao produzidos pelas combustões orgânicas, que são dependentes do carbono e do hidrogênio, sendo assim encontrando na combinação do oxigênio respirado com o “ar fixo” proveniente do sangue mecanismo de conservação do calor nos seres animais.
Lavoisier não tinha a mesma “capacidade” relacionada com assuntos políticos e sociais. Mas então começou a se empenhar com medidas de caráter reformista, as quais abalavam os alicerces de sua sociedade, o que acarretou a levá- lo a guilhotina. Sendo assim morre em 8 de maio de 1794 em Paris, o homem que foi e é até hoje considerado criador da química moderna, onde trouxe para a sociedade grandes descobertas, aperfeiçoamento, mudanças que até hoje trouxeram vários benefícios pára a sociedade em qual vivemos.
2.7.3 – Pierre Curie
Pierre Curie nascido em 15 de maio 1859, morte no dia 19 de abril de 1906 com 46 anos. Francês, campo de atuação, fisica. Em 1880, Pierre e o seu irmão mais velho Jaques demonstraram que se gerava um potencial elétrico quando se comprimiam cristais, a piezoelectricidade, e esse comportamento foi utilizado mais tarde em toca disco e alto-falante. Pouco depois, em 1881, eles demonstraram a existência do efeito inverso: que os cristais podiam ser deformados quando submetidos a um campo elétrico. Quase todos os atuais circuitos eletrônicos digitais recorrem a este fenômeno. Pierre Curie enunciou em 1894 o "Princípio universal de simetria". Pierre Curie e um estudante seu foram os primeiros a descobrir a energia nuclear, ao identificarem a emissão contínua de calor das partículas do rádio. Ele também investigou as emissões de radiação das substâncias radioativas, e conseguiu demonstrar, com o recurso a campos magnéticos, que as emissões apresentavam carga positiva, negativa ou eram neutras. Essas emissões correspondem às partículas alfa, beta e radiacões gama.
Foi num pequeno galpão improvisado em laboratório, mais parecido com um celeiro ou uma estrebaria, que, em dezembro de 1898, o casal francês Pierre e Marie Curie fez uma descoberta que está na base da ciência moderna: o elemento químico a que chamaram radium. Eles trabalhavam com duas panelas em um fogão que esquentava mal e escreviam suas anotações sobre mesas de madeira. O lugar, nos fundos da modesta Escola Municipal de Física e Química, em Paris, onde Pierre era professor, tinha sido emprestado pela diretoria. Foi desse trabalho quase primitivo que brotaram dois prêmios Nobel, atribuídos, um, ao casal e, outro, a Marie Curie, já viúva.
Marie Sklodowska, imigrante polonesa, chegara a Paris em 1891 tendo como diploma apenas o de professora. Em quatro anos, formou-se em Física e em Matemática. Em abril de 1894, aos 26 anos, ela se dedicava a uma pesquisa sobre as propriedades de certos metais e, para tanto, procurava um lugar onde pudesse fazer suas experiências. Foi quando um amigo polonês fez, para ajudá-la, algo que mudaria o curso da vida de Marie e da própria ciência. Ele a apresenta a um conhecido, chefe de pesquisa na Escola de Física, chamado Pierre Curie. A essa altura os dois já haviam se casado, Marie engravidou e em setembro de 1896, Irene nasceu. Marie não permitiu que a condição de mãe a afastasse da Física. Assim, ao mesmo tempo em que preparava sua monografia sobre os aços, ela procurava uma
elemento da natureza e não uma substância produzida em laboratório. Foi a isso que, de 1899 a 1902, o casal se dedicou. Pierre mergulhou no estudo das propriedades da radiação, enquanto Marie tentava isolar a substância e obter um frasco de sal de rádio. Para consegui-lo, ela trabalhou sobre toneladas de resíduos de pechblenda.
Em março de 1902, ela havia chegado ao peso de um átomo de rádio. As experiências sobre as propriedades do rádio pareciam indicar que ele poderia ser útil no combate ao câncer. A notícia correu mundo e o casal foi propelido à celebridade. Pierre é convidado a pronunciar uma conferência na respeitadíssima Royal Society de Londres, o templo supremo da ciência européia. Marie recebe menção honrosa ao apresentar sua tese de doutorado em Física, na Sorbonne. Em dezembro de 1903, enfim, a Academia Sueca concede o Prêmio Nobel de Física ao casal Curie e a Antoine-Henri Becquerel.
Mesmo assim, pressionado pelo reitor da Universidade de Paris, no mesmo ano Pierre aceita disputar uma cadeira na Academia de Ciências e ganha em abril de 1906, Pierre acabara de abandonar os trabalhos com a radioatividade e se preparava para voltar a seus velhos cristais.
Na tarde do dia 5, depois do almoço dos professores da Faculdade de Ciências, foi a pé até a editora que publicava seus artigos. A porta estava fechada: gráficos em greve. Pierre. Então, decidiu caminhar até o cais do Sena, em direção à Academia. No meio do caminho, foi atropelado: a roda de uma charrete passou por cima de sua cabeça. Tinha apenas 47 anos. Arrasada devido a notícia, Marie se abandonou a uma dor profunda. Sete meses mais tarde, depois de muita insistência, aceitou ocupar a cadeira que pertencera ao marido na Sorbonne. Sua aula inaugural reuniu mais de uma centena de pessoas dos mais diferentes meios. Ela não fez por menos: começou o curso retomando a última aula de Pierre, exatamente onde ele havia terminado. Nos quatro anos seguintes, além de lecionar, dedicou-se a extrair rádio puro, numa tarefa penosa.
Marie recebe da Academia Sueca o seu segundo Prêmio Nobel, desta vez de Química, pela descoberta do rádio e do polônio. A essa altura, Marie era amiga de todos os grandes nomes da ciência, Albert Einstein, por exemplo, chegou a passar férias com ela, na sua casa no sul da França.
O Curie tornou-se a unidade de medida da radioatividade. Com a saúde minada e quase cega, Marie morreria aos 66 anos, em 1934, vítima de leucemia provável consequência de anos de manipulação de substâncias radioativas. Um ano a mais de vida e ela teria tido a alegria de ver a filha Irene e o genro Frédéric também físicos e formados à sombra da velha dama receber o terceiro Prêmio Nobel (de Química) da família Curie.
Os restos mortais de Pierre e Marie foram depositados na cripta do Panthéon de Paris em Abril de 1995.
O Curie (Ci) é uma unidade de radioactividade correspondente a 3.7 x 1010 desintegrações por segundo.
2.8 – Radioatividade
A radioatividade é a capacidade com que alguns elementos químicos podem emitir radiações, com a propriedade de impressionar placas fotográficas, ionizar gases, produzir fluorescência, entre outros. A radioatividade pode ser tanto natural, no qual se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos encontrados na natureza, que por sua vez poluem o meio ambiente, como artificial, onde é provocada por reações nucleares artificiais. Os principais isótopos são o urânio-235, césio-137, cobalto-60 e tório-232, que são fisicamente instáveis e radioativos. Os mesmos liberam energia através de ondas eletromagnéticas (raio gama) ou partículas em alta velocidade, no que se denomina radiação.
A radioatividade é utilizada em diferentes áreas apresentando benefícios ao homem. Na medicina, ela é empregada no tratamento de tumores cancerígenos; nas usinas é utilizada para obtenção de energia elétrica, na indústria alimentícia utilizam-se radiações de alta energia, evitando que frutas se estraguem mais rapidamente, na área industrial (mecânica) , utiliza-se a radiação para
chamou seu amigo Arquimedes e lhe deu a tarefa de descobrir se a coroa realmente era de ouro puro. Arquimedes era um engenheiro e matemático muito inteligente, e já havia desenvolvidos fórmulas matemáticas para volume de sólidos regulares, como esferas e cilindros. Ele percebeu que se pudesse encontrar o volume da coroa, seria capaz de afirmar se ela era feita de ouro puro ou de uma mistura.
Um dia, ao entrar em uma banheira, viu a água transbordar, e percebeu que o volume de água excedente era exatamente o volume da parte de seu corpo que estava submersa. Com isso, descobriu uma maneira de encontrar o volume de qualquer sólido irregular. Colocando a coroa em um recipiente cheio de água, ele poderia medir o volume de água que se derramou. Este volume seria o mesmo volume da coroa. Portanto, o volume e o peso do cubo de ouro puro entregue pelo rei deveriam ser exatamente o mesmo volume e peso da coroa entregue pelo artesão. Como a densidade do ouro é maior que a de qualquer outro metal comum, uma coroa produzida a partir de uma mistura de ouro e outros metais teria um volume maior que do que o volume do cubo entregue pelo rei.
Depois da descoberta acidental de Arquimedes, o rei foi informado que o volume da coroa era consideravelmente maior do que deveria ser e o artesão desonesto recebeu uma sentença imediata na forma de execução.
2.9.2 - A lei da gravitação universal
Isaac Newton nasceu em Woolsthorpe, em Lincolnshire, na Inglaterra, no dia de Natal de 1642. Em 1661, com 18 anos, Isaac entrou na universidade e sua genialidade em matemática e ciência pareceu ter despertado, construindo as bases de seu trabalho monumental em óptica, matemática e física da gravitação e do movimento, porém, ainda não havia elaborado inteiramente a lei da gravitação.
Um dia, sentado em um banco de jardim, Isaac presenciou a queda de uma maçã de uma árvore e observou que a maçã caiu perpendicularmente em direção ao centro da Terra. O motivo seria que algo estaria atraindo ela da mesma maneira que a Lua era atraída pela Terra. Então ele foi mais além desse
pensamento, e sugeriu que os corpos se atraem, ou seja, não somente a Terra atrai a maçã, mas atrai todos os corpos do universo. E não é somente a Terra que atrai todos os corpos do universo, mas todos os corpos do universo que possuem massa atraem outros corpos que também possuem massa. As forças aparecem aos pares: se um corpo atrai outro, é também atraído pelo outro.
Assim, no ano de 1687, estava formulada a lei da gravitação, onde Isaac Newton chamou essas forças de gravitacionais e enunciou a lei da gravitação universal: “Dois corpos atraem-se com forças proporcionais a suas massas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre seus centros”.
3 CONCLUSÃO
Vimos que as separações de misturas são necessárias e importantes para que se possam obter substâncias puras, pois tais substâncias encontram-se na natureza na maioria das vezes na forma de misturas. Com isso, a escolha de uma determinada técnica depende da natureza da mistura e das propriedades dos seus componentes, levando em consideração o estado físico dos componentes, o numero de fases e as propriedades das substâncias que compõem a mistura.