sexta-feira, 7 de setembro de 2012

O que a aparelhagem de Laboratório tem haver com a Indústria Química?

Por: Maykon Mendes
A aparelhagem de Laboratório simula práticas mais incomuns nas indústrias químicas como separação de misturas, torres de destilações simples e fracionadas nas refinarias de petróleo e outras atividades como a produção do etanol nos complexos sucoalcoleiros e muitos outros processos nos quais a química, seus comportamentos e propriedades estão sempre presente.

SEPARAÇÃO DE MISTURAS

Pesquisa extraída do Site Professor Paulo Cezar.
A obtenção do sal a partir da água do mar, o tratamento da água do rio para utilização no consumo doméstico ou uso do mercúrio nos garimpos para separar o ouro das rochas são alguns exemplos dos inúmeros processos de separação dos componentes de misturas.
Os processos de separação de misturas são chamados processos de desdobramentofracionamento ou de análise.

APARELHAGEM DE LABORATÓRIO
Para a realização do fracionamento dos componentes de uma mistura, utilizamos alguns equipamentos específicos que podem ser de ferro, de vidro, de porcelana, de plástico entre outros.

Equipamentos de ferro

Tripé de ferro
Utilizado como apoio para realizar aquecimentos. É usado com a tela de amianto.
Tela de amianto
Suporte para as peças a serem aquecidas. A função do amianto é distribuir uniformemente o calor recebido pelo bico de Bunsen.


Suporte universal, garras e argolas
Utilizados para montagem e sustentação dos aparelhos de laboratório em várias operações como filtração, suporte de condensador, sustentação de peças, etc.


Equipamentos de vidro

Balão de fundo chato
Empregado para aquecer líquidos ou soluções ou ainda fazer reações com desprendimento de gases. Pode ser aquecido sobre o tripé com tela de amianto.
Erlenmeyer
Utilizado para preparar soluções, dissolver substâncias, aquecimento de líquidos e reações entre soluções.


Copo de Becker
Serve para reações entre soluções, dissolver substâncias, efetuar reações de precipitação e aquecer líquidos.

Funil
Utilizado na filtração, para retenção de partículas sólidas. Não deve ser aquecido.
Tubo de ensaio
Serve para fazer reações em pequenas quantidades de reagentes. Pode ser aquecido diretamente sobre a chama do bico de bunsen.

Condensador
Utilizado na destilação, tem por finalidade condensar os vapores do líquido.
Proveta ou cilindro graduado
Empregado para medir e transferir volumes de líquidos. Não pode ser aquecida.

Bastão ou baqueta
É um bastão de vidro maciço, utilizado para agitar e facilitar as dissoluções.

Pipeta graduada (1)
Utilizada para medir e transferir volumes de líquidos com precisão.

Pipeta volumétrica (2)
Utilizada para medir e transferir volumes de líquidos com precisão maior do que a pipeta graduada.

Bureta
Serve para medir líquidos com precisão por escoamento.

Funil de Bromo e Kitassato
Usados em filtração a vácuo
Funil de separação
Utilizado para separação de líquidos imiscíveis.
Balão volumétrico
Recipiente destinado à diluição e preparo de soluções de concentrações definidas com volumes precisos e pré-fixados.
Vidro de relógio
Usado geralmente para medir a massa de pequenas quantidades de substâncias, para evaporar pequenas quantidades de soluções e para cobrir béqueres e outros recipientes contendo soluções.

Utensílios de porcelana

Cápsula de porcelana
Usado para aquecimento e fusão de sólidos a altas temperaturas.

Almofariz e pistilo
Utilizados para trituração de sólidos.

Triângulo de porcelana
Usado como suporte para cadinhos, quando aquecidos diretamente na chama de gás.

Cadinho de porcelana
Serve para aquecimento e fusão de sólidos a altas temperaturas.


Utensílios de plástico

Pisseta
Frasco geralmente contendo água destilada, álcool ou outros solventes, usado para efetuar a lavagem de recipientes ou materiais com matos do líquido nele contido.
Para facilitar o estudo dos principais métodos de separação de misturas, denominados também de análise imediata, utilizaremos a seguinte classificação:
 Separação de misturas heterogêneas.
 Separação de misturas homogêneas.

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS
A separação dos componentes de uma mistura heterogênea dependerá do estado físico dos participantes do sistema.

SÓLIDO-SÓLIDO
Catação
O arroz ou o feijão que compramos podem vir misturados com impurezas, como pequenas pedras, gravetos, etc. Para separar os cereais das impurezas ou separação da mistura de diamantes com cascalho, usa-se o processo denominado de catação, que consiste em separar os sólidos utilizando pinças ou as mãos.
Limpeza do feijão das impurezas pela ação das mãos

Ventilação
Uma corrente de ar pode separar duas substâncias sólidas de densidades diferentes. Por exemplo, separação da casca de arroz, feita através de ventilação nas máquinas de beneficiamento. Outro exemplo é a separação das cascas do amendoim já descascado utilizando o sopro. Como a película é menos densa que o grão, este fica em nossas mãos, enquanto que as películas flutuam e caem.
Grãos de arroz que serão separados da casca por ventilação

Levigação
Processo de separação de duas substâncias sólidas, em que se fundamenta no princípio de que a água pode arrastar corpos menos densos que ela, deixando os mais densos. Este processo é utilizado nos garimpos, onde o ouro misturado com areia é colocado numa rampa de madeira, através de corrente de água, a areia, que é menos densa que a água, é arrastada, ficando apenas o ouro na parte superior da rampa.
Levigação sendo aplicada na separação do ouro da areia nos garimpos

Tamisação ou peneiração
Consiste na separação dos sólidos de diferentes diâmetros utilizando uma peneira. Um exemplo é a separação da areia fina de pedras e pedregulhos pelo pedreiro. Da mesma forma, no garimpo, os garimpeiros em busca de pedras preciosas separam a areia do cascalho pelo mesmo processo.
A largura das malhas das peneiras regula o tamanho das partículas que deverão ser separadas. Assim, quanto menores as partículas que queremos separar, menor será a largura da malha. Nos laboratórios, as peneiras são denominadas de tamises, e apresentam malhas muito finas, feitas de seda ou lã, utilizadas para separação de até partículas pulverizadas.
Tamisação ou peneiração: separação de partículas sólidas pelo seu diâmetro

Flotação
Método utilizado para separação de sólidos que apresentam densidades diferentes em um determinado líquido. O sólido mais leve (menos denso) flutua no líquido. Um exemplo é separação entre serragem e areia, por adição de água.

Separação magnética
Processo utilizado para separação de sólidos, onde um dos componentes é atraído pelo imã. Por exemplo, passando um imã na mistura de enxofre com limalha de ferro, as partículas de ferro são atraídas pelo imã, separando-se do enxofre.
Separação magnética – o ferro pode ser separado da mistura com areia utilizando-se um ímã.

Sublimação
Processo utilizado quando um dos sólidos sofre sublimação por aquecimento. Por aquecimento da mistura o componente que sublima separa-se no estado de vapor e a seguir cristaliza. Por exemplo, a purificação do iodo e a purificação da naftalina.
A mistura areia+iodo por aquecimento é separada através da sublimação do iodo, que volta ao estado sólido em contato com a superfície fria. Ao final a areia resta no béquer.

Fusão fracionada
Utilizado para separação de sólidos com pontos de fusão diferentes. Por exemplo, aquecendo a mistura de areia com enxofre, quando é atingido o ponto de fusão do enxofre este é fundido e depois separado da areia.

Dissolução fracionada
Processo utilizado quando um dos sólidos da mistura é solúvel num determinado líquido.
Por exemplo, considere a mistura de areia e sal. Como separá-los, colocando novamente o sal em condições de uso?
Primeiro passo: adição de água à mistura. A água dissolve o sal, mas não dissolve a areia.
Segundo passo: filtra-se a mistura. A areia fica retida no filtro, enquanto a água e o sal dissolvido, passam por ele.
Terceiro passo: aquecendo-se a solução, a água é eliminada por evaporação, restando o sal que pode ser utilizado novamente.

SÓLIDO-LÍQUIDO
Decantação
Você já deve ter observado o interior da caixa d´água de sua casa ou uma piscina cheia de água sem ser limpa há algum tempo, pôde observar que no fundo desses recipientes se forma um depósito de lama, enquanto na parte superior se encontra água limpa. Neste caso, as partículas sólidas, denominados de precipitado, corpo de fundo ou corpo de chão, depositaram no fundo do recipiente pela ação da gravidade, devido à diferença de suas densidades. Este processo físico é denominado de decantação ousedimentação.
Para realizar a separação dos componentes desta mistura heterogênea, deve-se realizar o seguinte procedimento:
Primeiro passo: a mistura deve ficar em repouso por algum tempo, para que as partículas mais densas se depositem no fundo do recipiente.
Segundo passo: retira-se o líquido com cuidado, passando-o para um outro recipiente. Esta retirada pode ser realizada por meio de um bastão de vidro ou um sifão. No processo onde se aplica o sifão é denominado de sifonação.

Centrifugação
Processo utilizado para acelerar o processo de decantação, onde se aplica o aparelho denominado de centrifugador. Nele, devido ao movimento de rotação, as partículas de maior densidade, por inércia, são arremessadas para o fundo do tubo.


Filtração
Este processo é utilizado para separar uma fase sólida misturada à outra fase líquida.
Consiste em separar um líquido das partículas sólidas que nele se encontrem em suspensão. O sólido fica retido através de uma superfície porosa, denominada filtro.
No laboratório, a filtração de uma mistura heterogênea sólido – líquido, é realizada com um funil e um papel especial que funciona como papel de filtro. Este processo é denominado de filtração comum.
A seguir, observe o modo de preparação do papel de filtro. O pequeno rasgo confere maior aderência ao papel, evitando sucção de ar por entre o papel e o corpo do funil.

Filtração comum com papel de filtro por ação da gravidade

Filtração a vácuo
A filtração por gravidade é, geralmente, um processo lento. No entanto, quando o sólido e o líquido formam uma mistura de difícil filtração, pode-se acelerar o processo através da filtração a pressão reduzida, chamada habitualmente de filtração a vácuo(filtração por sucção), que é feita utilizando-se um funil de Büchner acoplado a um frasco de Kitassato. A sucção do ar, com conseqüente redução da pressão, é feita por um outro aparelho, denominado trompa d’água.

LÍQUIDO-LÍQUIDO
Decantação
Numa mistura de dois líquidos imiscíveis, isto é, que não se misturam, a decantação é feita utilizando um aparelho denominado funil de bromo, também chamado funil de separação ou funil de decantação. Este aparelho é provido de uma torneira na parte inferior, a qual permite o escoamento do líquido mais denso.

A decantação pode ser feita também de uma maneira mais simples, utilizando-se um sifão através do processo denominado de sifonação.
GÁS-SÓLIDO
Decantação
Na mistura sólido-gás, a decantação pode ser feita em câmara de poeira ou chicana. É usada industrialmente. O filtro de ar é composto de vários compartimentos que impedem o fluxo da poeira, permitindo apenas o trajeto do ar, que sai purificado na extremidade de onde entrou.

Filtração de ar
A mistura (sólido – gás) passa através de um filtro, onde o sólido fica retido. Este método de separação pode ser utilizado em casa, com um equipamento conhecido: o aspirador de pó. As partículas sólidas aspiradas junto com o ar são retidas no filtro.
Aspirador de pó onde a poeira é separada do ar através de um filtro existente dentro do aparelho.

A poluição provocada pela fumaça das grandes chaminés de fábricas também pode ser controlada através de um aparelho chamado precipitador elétrico, que é um tipo de filtro de ar. Um sistema de ventilação faz a fumaça entrar no aparelho, onde as partículas suspensas na fumaça são transportadas por correntes de ar até um compartimento de onde não podem mais sair. Dessa forma, o ar sai limpo pela chaminé.

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HOMOGÊNEAS
A separação dos componentes de uma mistura heterogênea dependerá do estado físico dos participantes do sistema.
Não se esqueça que as misturas homogêneas apresentam uma única fase.

SÓLIDO-LÍQUIDO
Se você tiver uma mistura homogênea água e sal dissolvido, qual o melhor método de separação dos seus componentes?
Isto dependerá do tipo de componente que se deseja obter no estado puro: água ou sal.
Neste caso, podemos realizar:
 A evaporação do líquido
 Destilação simples

Evaporação
A evaporação é utilizada quando se deseja obter a fase sólida, sendo que a fase líquida é desprezada. A mistura é exposta ao ar e sob temperatura não muito elevada, o que faz a parte líquida evaporar-se. A parte sólida fica então depositada.
Este processo é utilizado, nas salinas, para obter o sal de cozinha (NaCl) a partir da água do mar. A água é colocada em tanques rasos expostos à ação dos ventos e da energia solar; quando a água evapora, o sal fica depositado no fundo do tanque. O material sólido é retirado de dentro dos tanques e em seguida é amontoado ao lado.
Salina, onde o sal é separado da água do mar por evaporação

Destilação simples
O processo da destilação simples é utilizado quando se deseja obter o líquido puro.
Este método pode ser utilizado para a obtenção da água pura a partir da água do mar.
Nos laboratórios, a destilação é feita por meio de um aparelho chamado destilador.

A solução (água + sal) é aquecida até a ebulição, ocorrendo a vaporização da água. O vapor, ao ser expulso do balão de destilação, dirige-se ao condensador, que é refrigerado a água; quando entra em contato com as paredes frias do condensador, condensa-se, retornando ao estado líquido. A seguir, o líquido é recolhido em um frasco apropriado e recebe o nome de destilado (neste caso, água destilada). No final do processo, o destilado fica no frasco e o sólido, no balão.

Para destilar grandes quantidades de soluções com apenas dois componentes usa-se o aparelho denominado alambique, que é um destilador em grandes dimensões.

Alambique utilizado nas indústrias.

No alambique, a mistura é inicialmente colocada na caldeira, onde o líquido é aquecido até vaporizar-se. O vapor é recolhido pelo capitel e daí conduzido para a serpentina imersa em água fria. Quando todo líquido da caldeira se vaporiza, as partículas sólidas da mistura ficam ali depositadas.


LÍQUIDO-LÍQUIDO
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Processo utilizado para separar, num destilador, misturas com mais de dois componentes, cujos pontos de ebulição sejam diferentes.
Os líquidos se destilam separadamente à medida que os seus pontos de ebulição vão sendo atingidos.
Para efetuar a destilação fracionada usa-se uma coluna de fracionamento.
Um dos tipos de colunas de fracionamento consiste em um tubo de vidro relativamente longo, cheio de bolinhas de vidro, na superfície das quais ocorre a condensação do vapor. O vapor, subindo pela coluna, sofre sucessivas condensações, seguidas de vaporizações e vai-se enriquecendo no componente mais volátil. Ao sair da coluna de fracionamento o vapor é constituído praticamente de 100% do componente mais volátil. Na parte superior da coluna de fracionamento o vapor é mais rico no componente mais volátil que é o líquido que destila em primeiro lugar, e na parte inferior é mais rico no componente menos volátil que será destilado depois ou permanecerá no balão, caso a mistura seja constituída por dois líquidos.

Este processo é muito utilizado, principalmente em indústrias petroquímicas, na separação dos diferentes derivados do petróleo, denominados de frações do petróleo. A coluna de fracionamento, neste caso, apresenta obstáculos na forma de bandejas ou pratos. Seu princípio de funcionamento é semelhante ao de um destilador de laboratório, mas é capaz de operar com toneladas de líquidos por dia e com elevada eficiência.
Torre de destilação de uma refinaria de petróleo

Na destilação fracionada do petróleo, que é constituído por uma mistura de várias substâncias, o que ocorre, é a destilação de grupos de substâncias com pontos de ebulição próximos. Tais grupos, chamados frações, irão constituir o óleo diesel, a gasolina, o gás combustível, etc.
Destilação fracionada do petróleo

GÁS-GÁS
Liquefação fracionada seguida de destilação fracionada
A mistura é resfriada gradativamente, e os gases vão se liquefazendo à medida que os seus pontos de liquefação vão sendo atingidos. A seguir, a mistura dos gases liquefeitos é submetida à destilação fracionada e os líquidos são separados à medida que os seus pontos de ebulição vão sendo atingidos.
Uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico (N2 e O2). Após a liquefação do ar, a mistura do ar líquido é destilada e o primeiro componente a ser obtido é o N2, pois apresenta menor ponto de ebulição, - 196ºC, e, depois, obtém-se o O2, que possui maior ponto de ebulição, - 183ºC.

SAIBA MAIS SOBRE....
Purificação da água em estações de tratamento
Vimos alguns exemplos de operações, de técnicas de separação. Vamos agora ver como se procede a purificação, ou seja, a separação de substâncias indesejáveis, de uma das mais importantes substâncias: a água, mais particularmente a água de consumo urbano, a “água de torneira” ou “água potável”, a qual se consome em grande quantidade. Sua purificação é feita em estações de tratamento de água.
Estação de tratamento de água.
A água que utilizamos em nossas casas é proveniente de rios e represas e contém dois tipos de impurezas: materiais sólidos em suspensão, como areia, restos de animais e vegetais mortos, etc., que geralmente se separam quando a água permanece em repouso e materiais que não se separam nestas condições, como bactérias, substâncias solubilizadas, sais solúveis, etc.
O tratamento da água destinada ao consumo humano envolve as seguintes etapas: floculação, decantação, filtração e desinfecção.
Por meio de uma bomba, a água do rio ou represa é puxada até a estação de tratamento. Ali ela recebe uma substância chamada sulfato de alumínio, que faz a floculação das impurezas, ou seja, este produto faz com que as impurezas se juntem formando flocos. Como os flocos são bem mais pesados do que as impurezas separadamente, eles se depositam no fundo do tanque, esta operação é chamada de decantação. Junto com o sulfato de alumínio adiciona-se cal à água, pois o sulfato de alumínio torna a água ácida e a cal corrige essa acidez.
A água que fica por cima, mais limpa, é conduzida para o filtro de areia, às vezes também de carvão, semelhantes aos que temos em casa, esta operação é chamada de filtração. Aí se completa a limpeza da água.
Finalmente, a essa água já filtrada e bem limpa é esterilizada, onde se adiciona um gás esverdeado e tóxico, o cloro, que serve para exterminar os microorganismos que possam estar presentes nela, capazes de produzir doenças, esta operação é chamada dedesinfecção.
Esquema da estação de tratamento de água
Após todo esse processo temos então, uma água purificada, pronta para ser consumida pela população.
Águas que se destinam a certos usos industriais (como em caldeiras) são submetidas a outros processos de separação para eliminar substâncias que ainda permaneceram em solução (sais de cálcio e magnésio). A água pode ser ainda destilada para uma maior purificação, como a água destinada às baterias elétricas, a água para uso nos laboratórios químicos, na indústria farmacêutica, etc.

Fluoretação das águas de abastecimento
Nas estações de tratamento de algumas cidades do Brasil, costuma-se adicionar à água, além de cloro, outra substância chamada flúor. O flúor é, do mesmo modo que o cloro, um gás esverdeado, tóxico e de cheiro irritante. Mas usado na proporção adequada ele possui uma função diferente: previne a ação das cáries.

Uso do filtro doméstico
Após passar pela estação de tratamento, a água dos rios e reservatórios torna-se potável. No entanto, ainda assim, não é aconselhável consumi-la depois que sai da torneira. É aconselhável, filtrá-la ou fervê-la, pois, ao atravessar a rede de canos que liga a estação de tratamento às caixas d’água da cidade pode adquirir novas impurezas que podem causar doenças.
Filtro doméstico a vela
No filtro doméstico ocorre uma filtração da água utilizando o filtro de vela. A “vela” é um cilindro oco de material poroso, utilizado para reter as impurezas da água.
Vela: elemento filtrante dos filtros a barro
O acúmulo de impurezas na “vela” dificulta a filtração. Por isso, a vela deve ser lavada periodicamente com uma escova ou usando açúcar refinado.

Ozonizador
Existem muitos filtros caseiros equipados com um dispositivo que utiliza a eletricidade para produzir ozônio e misturá-lo à água.
O ozônio, O3, é um potente germicida que pode ser utilizado para esterilizar a água, matando os microorganismos patogênicos, que prejudicam a saúde. Mas o ozônio é um gás tóxico e, portanto, quando a água é ozonizada, devemos deixá-la em repouso por alguns instantes para que o ozônio se desprenda do ar e só depois disso é que podemos consumi-la.
Ozonizador de água (esquerda) e de ambiente (direita)

Cuidados que se deve ter com o poço
Existem locais que não dispõem de um sistema de abastecimento e tratamento de água. Nesse caso, utiliza-se água proveniente de poços.
Ver imagem em tamanho grandeA água de um poço geralmente é muito limpa, pois não contém terra nem restos de animais e vegetais mortos. Mas não convém consumi-la sem fervê-la ou adicionar-lhe cloro, porque pode conter microorganismos patogênicos, capazes de produzir doenças.
Quando não há rede de esgotos e cada casa tem uma fossa, esse perigo se torna ainda maior, pois os microorganismos da fossa podem passar para o poço.
O cloro utilizado no tratamento do poço, pode ser encontrado em vários produtos de uso doméstico, como água sanitária, cândida, Q-Boa, água de lavadeira, etc. É recomendado sua utilização na proporção de 1:1000, ou seja, 1 litro de produto contendo cloro para 1000 litros de água, aguardando por cerca de 3 horas para ser realizado o consumo da água após o tratamento.

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