Separação de misturas

A separação de misturas consiste em um conjunto de técnicas desenvolvidas, com base em propriedades físicas e químicas da matéria, para que se consiga extrair substâncias puras a partir de misturas. O objetivo é obter uma substância de interesse ou, ainda, retirar do sistema uma substância que seja danosa à saúde e ao meio ambiente. As técnicas para separação de misturas também devem levar em conta as condições materiais e econômicas, além do tempo para se realizar a separação.

Pode ser empregada tanto em misturas heterogêneas quanto em misturas homogêneas. São diversas técnicas desenvolvidas para todo e qualquer tipo de mistura, que pode ser sólida, líquida ou até mesmo gasosa. Tal tema, de grande relevância, é objetivo de conhecimento do Exame Nacional do Ensino Médio, a prova de seleção para as principais universidades do país.

Leia também: Afinal, o que é uma mistura?

Resumo sobre separação de misturas

• A separação de misturas é um conjunto de técnicas realizadas para a obtenção de substâncias de interesse ou danosas à saúde e ao meio ambiente a partir de misturas.

• As técnicas de separação se baseiam nas propriedades físicas e químicas da matéria.

• Além disso, as técnicas devem levar em consideração as condições materiais e econômicas, além do tempo para que a separação seja realizada.

• Existem técnicas para tratar tanto misturas heterogêneas quanto homogêneas, independentemente de serem sólidas, líquidas ou gasosas.

• São métodos de separação de misturas homogêneas: cristalização, evaporação, destilação simples, destilação fracionada e liquefação.

• São métodos de separação de mistura heterogêneas: catação, peneiração, imantação, flotação, levigação, decantação, filtração, centrifugação, dissolução fracionada e sedimentação fracionada.

• A separação de misturas é um tema recorrente no Exame Nacional do Ensino Médio, o Enem.

O que é separação de misturas?

Separação de misturas consiste em um conjunto de técnicas que se baseiam em propriedades físicas e químicas da matéria e que são empregadas para a separação dos componentes de uma mistura, com o objetivo de obter substâncias puras de interesse ou de retirar substâncias que sejam danosas à saúde e ao meio ambiente.

Deve-se lembrar que, na natureza, boa parte das substâncias químicas está em misturas, como minérios, o petróleo, o sal da água do mar, entre outros. Nesses sistemas, existem diversas substâncias que são utilizadas pela indústria para a fabricação de medicamentos, cosméticos, combustíveis, condimentos alimentares, peças diversas etc.

Por outro lado, as atividades humanas impactam dia após dia o nosso ecossistema, e, por isso, existe uma preocupação para que a ação antropogênica não cause um desequilíbrio ambiental significativo. Nesse aspecto, as técnicas para separação de misturas são empregadas para prevenir o contato entre substâncias danosas e comunidades, fauna e flora.

Aspectos que influenciam a separação de misturas

As técnicas de separação de misturas são projetadas de acordo com alguns critérios, dos quais podemos citar:

• A natureza da mistura: deve-se perceber se a mistura é um sistema sólido, líquido ou gasoso, além de se avaliar se a mistura é homogênea ou heterogênea.

• As propriedades físicas e químicas: técnicas de separação de misturas se baseiam em propriedades físicas e químicas da matéria; portanto, a escolha da melhor técnica para separar os componentes da mistura depende da natureza das substâncias que serão separadas.

• As condições materiais e econômicas: algumas técnicas são mais dispendiosas que outras, outras são mais simples, outras exigem aparelhos maiores, outras não; logo, uma separação de mistura viável a pela avaliação dos seus objetivos e dos seus recursos.

• O tempo para a separação: existem técnicas de separação que são mais lentas que outras, e, por isso, deve-se avaliar qual a melhor técnica para o seu interesse. Por vezes, técnicas mais rápidas são mais custosas, o que pode encarecer o produto final ou tornar o processo economicamente inviável.

Veja também: Destilação simples e destilação fracionada — diferenças, exemplos e outras curiosidades

Processos de separação de misturas

A obtenção de substâncias puras a partir de misturas ocorre por meio de métodos, os quais são comumente dimensionados para misturas homogêneas ou heterogêneas. A seguir, alguns exemplos.

→ Separação de misturas heterogêneas

• Catação

Método de separação que utiliza mãos ou instrumentos, como pinças, para fazer a separação manual de materiais sólidos. Um grande exemplo é a coleta seletiva, em que é feita a separação de materiais recicláveis, como plástico, metais, vidro e papel.

• Peneiração (ou tamisação)

Também serve para separar sólidos, porém se baseando no tamanho das partículas, por meio de uma peneira ou outro aparelho. É muito importante, por exemplo, em estudos do solo, para se ter noção da distribuição das dimensões das partículas que constituem o solo. Instituições financeiras, por exemplo, utilizam máquinas para separar moedas de acordo com o seu valor, pois o diâmetro é diferente para cada moeda.

• Levigação

É utilizada para separar sólidos de densidades diferentes com o auxílio de uma corrente líquida, que, em geral, é de água. É muito comum no garimpo artesanal, onde os garimpeiros se utilizam de pratos metálicos chamados de bateia para a extração do ouro. Neste caso, a areia (com pedaços de ouro) é colocada na bateia e a água é utilizada para arrastar a areia, a qual é bem menos densa que o ouro, que fica depositado no sulco central da bateia. Para saber mais, clique aqui.

• Separação magnética (ou imantação)

Como o nome dá a entender, é a utilização de um ímã que consegue atrair materiais ferromagnéticos. Seu uso é muito comum em ferros velhos ou depósitos de entulhos, onde alguns metais podem ser retirados facilmente por meio da ação de um eletroímã.

• Dissolução fracionada

Baseia-se na utilização de um líquido que dissolve seletivamente um dos componentes da mistura, separando-o do sistema. É o que ocorre, por exemplo, quando garimpeiros utilizam mercúrio para extrair o ouro. Neste caso, o mercúrio forma uma amálgama com o ouro, enquanto não se mistura com os demais componentes da mistura. Dessa forma, o garimpeiro tem a certeza de que qualquer resquício de ouro foi solubilizado pelo mercúrio.

A dissolução fracionada também se aplica em misturas líquidas, como no teste de determinação do álcool na gasolina. No caso, água salgada é colocada em contato com a gasolina, e, pelo fato de o álcool ter maior atração pela água salgada que pela gasolina, consegue-se extrair todo o álcool presente na gasolina e, assim, avaliar uma possível adulteração do combustível. Saiba mais sobre a dissolução fracionada clicando aqui.

• Decantação

Tal técnica é aplicada tanto para misturas entre líquidos e sólidos quanto entre líquidos imiscíveis. Neste caso, a decantação se baseia na densidade (ou gravidade), com o material mais denso sendo depositado na parte inferior do recipiente. É muito empregada nas estações de tratamento de água ou na separação de petróleo bruto da água do mar e da areia, por exemplo.

Em laboratórios, a decantação entre uma mistura líquida é feita em um funil de bromo (ou funil de separação). A parte mais densa é removida com a abertura da torneira, como se vê na imagem abaixo:

• Centrifugação

Baseia-se no mesmo princípio da decantação, mas é mais rápida, uma vez que faz com que a mistura seja rotacionada em uma alta velocidade, fazendo com que o material mais denso vá ao fundo por ação da força centrípeta. A centrifugação é muito importante para separar os componentes básicos do sangue em análises clínicas.

• Filtração

Funciona tanto para misturas em que sólidos estão dispersos em um gás quanto para misturas em que sólidos estão dispersos em um líquido. Nessa técnica, os sólidos dispersos ficam retidos em uma barreira mecânica porosa, o filtro, permitindo a agem da corrente líquida ou gasosa. No processo de confecção de café, é utilizada a filtração para a retenção da borra residual após a extração do líquido por parte da água quente.

Também vemos a filtração em aparelhos de ar-condicionado ou em aspiradores de pó, em que o filtro retém a poeira dispersa no ar. A filtração pode ser acelerada por meio de uma bomba de vácuo, que faz a sucção mais rápida da corrente de ar ou líquida. Saiba mais sobre filtração clicando aqui.

• Flotação

É utilizada para retirar materiais sólidos de baixa dimensão de líquidos por meio de uma corrente de ar que carrega esses particulados para a superfície. As partículas aderem às bolhas de ar, e, por isso, é comum ver a formação de uma espuma na flotação. É muito utilizada para o tratamento de rejeito de mineradoras, pelo fato de os resíduos estarem pulverizados na água. Para saber mais sobre flotação, clique aqui.

• Sedimentação fracionada

Consiste na separação de dois sólidos de densidade diferente por meio da adição de um líquido com densidade intermediária. Dessa forma, um sólido flutua, enquanto o outro permanece no fundo. Alguns autores reconhecem a sedimentação fracionada também como flotação.

• Videoaula sobre separação de misturas heterogêneas

→ Separação de misturas homogêneas

• Cristalização fracionada

Serve para separar diversas substâncias sólidas que estão dissolvidas em um meio líquido, baseando-se nas suas diferenças de solubilidade. A ideia é evaporar, lentamente, o solvente, de modo que as substâncias sólidas dissolvidas sejam cristalizadas em ordem crescente de solubilidade (o menos solúvel cristalizará primeiro, depois o segundo menos solúvel, até chegar ao mais solúvel).

Também é possível realizar a cristalização fracionada com a alteração da temperatura, uma vez que a solubilidade é afetada pela temperatura. Durante a formação do nosso planeta, em que ele foi resfriando gradualmente, diversas rochas foram formadas em um processo de cristalização fracionada.

• Evaporação

Tal método se baseia nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura, sendo aplicado para misturas em que um sólido está dissolvido em um líquido. No caso, a mistura é deixada em repouso para que o líquido, mais volátil, evapore lentamente, deixando os demais componentes da mistura.

O único problema é que a evaporação é feita em campo aberto e, por isso, o líquido é perdido. É muito empregado na produção do sal de cozinha, em unidades conhecidas como salinas. Para saber mais sobre evaporação, clique aqui.

• Destilação simples

Também se baseia na diferença dos pontos de ebulição, permitindo a separação de uma mistura líquida em duas frações. Nesse método, a mistura líquida é aquecida, e, conforme se forma o vapor, ele vai se enriquecendo do componente de menor temperatura de ebulição. Esse vapor é então canalizado para um condensador, no qual retornará ao estado líquido, porém com maior índice de pureza, e então segue para um frasco coletor.

O componente de maior ponto de ebulição permanece no frasco original, também sem a presença da substância que foi vaporizada. Para saber mais sobre esse método, clique aqui.

• Destilação fracionada

É uma destilação de maior performance em que é possível separar componentes de menor diferença de pontos de ebulição. No caso, ocorrem sucessivas destilações simples. O vapor formado, em vez de ser prontamente canalizado para o condensador, entra em uma coluna de fracionamento, a qual cria um gradiente de temperatura.

Ao chegar ao topo dessa coluna, a temperatura é suficientemente baixa para recondensar alguns componentes do vapor, que descem pela coluna como num efeito cascata e colidindo com o vapor ascendente.

Esse movimento permite uma melhor separação e maior purificação. A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo, em que a coluna de fracionamento é adaptada para a retirada de diversos produtos de acordo com o nível de temperatura.

• Liquefação

Consiste em liquefazer os componentes de uma mistura gasosa, os quais serão separados por uma destilação fracionada posterior. Como a pressão também interfere nos valores das temperaturas de mudança de fase, o aumento da pressão também pode ser empregado nessa técnica. Uma vez que toda mistura gasosa esteja liquefeita, ela é submetida a uma destilação fracionada para a separação dos componentes por meio de frações gasosas.

É utilizada para separar os componentes do ar atmosférico, por exemplo, que se liquefaz sob pressão de 40 atm e em -140 °C de temperatura. Isso permite a obtenção de gases oxigênio e nitrogênio com elevado índice de pureza. O oxigênio, por exemplo, é utilizado em hospitais para pacientes com dificuldade respiratória.

• Videoaula sobre separação de misturas homogêneas

Separação de misturas no Enem

Separação de misturas é um tema recorrente no Exame Nacional do Ensino Médio. Ao se observar a Matriz de Referência do Enem, elaborada pelo Inep, vê-se que separação de misturas está dentro das habilidades e competências da matriz de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

• Competência de área 3 – Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos.

  • H8 – Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos.

• Competência de área 5 – Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos.

  • H18 – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.

  • H19 – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental.

• Competência de área 7 – Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico tecnológicas.

  • H25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção.

Nos objetos de conhecimento associados à matriz de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, a necessidade de compreensão de separação de misturas é explícita:

• Materiais, suas propriedades e usos – Propriedades de materiais. Estados físicos de materiais. Mudanças de estado. Misturas: tipos e métodos de separação. Substâncias químicas: classificação e características gerais. Metais e Ligas metálicas. Ferro, cobre e alumínio. Ligações metálicas. Substâncias iônicas: características e propriedades. Substâncias iônicas do grupo: cloreto, carbonato, nitrato e sulfato. Ligação iônica. Substâncias moleculares: características e propriedades. Substâncias moleculares: H₂, O₂, N₂, Cl₂, NH₃, H₂O, HCl, CH₄. Ligação Covalente. Polaridade de moléculas. Forças intermoleculares. Relação entre estruturas, propriedade e aplicação das substâncias.

Saiba mais: Ebulição, evaporação e vaporização — qual a diferença?

Exercícios resolvidos sobre separação de misturas

Questão 1. (Enem/2024) O magnésio metálico utilizado em ligas leves é produzido em um processo que envolve várias etapas e utiliza água do mar como matéria-prima. A primeira etapa desse processo consiste na reação entre o íon Mg²⁺ e hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂, obtendo uma mistura que contém hidróxido de magnésio, pouco solúvel, e íons Ca²⁺, de acordo com a equação química:

Mg²⁺ (aq) + Ca(OH)₂ (aq) → Mg(OH)₂ (s) + Ca²⁺ (aq)

O método adequado para separar o Mg(OH)₂ dessa mistura é a

(A) filtração.

(B) catação.

(C) destilação.

(D) dissolução.

(E) evaporação.

Resposta: Letra A. O Mg(OH)2 é um sólido não dissolvido em um líquido. Dessa forma, trata-se de uma mistura heterogênea sólido-líquido. A técnica mais adequada para a separação dessa mistura é a filtração, em que o filtro reterá o Mg(OH)₂.

Questão 2. (Enem/2022) O urânio é empregado como fonte de energia em reatores nucleares. Para tanto, o seu mineral deve ser refinado, convertido a hexafluoreto de urânio e posteriormente enriquecido, para aumentar de 0,7% a 3% a abundância de um isótopo específico – o urânio-235.

Uma das formas de enriquecimento utiliza a pequena diferença de massa entre os hexafluoretos de urânio-235 de urânio-238 para separá-los por efusão, precedida pela vaporização. Esses vapores devem efundir repetidamente milhares de vezes através de barreiras porosas formadas por telas com grande número de pequenos orifícios. No entanto, devido à complexidade e à grande quantidade de energia envolvida, cientistas e engenheiros continuam a pesquisar procedimentos alternativos de enriquecimento.

ATKINS, P; JONES, L. Principios de química: questionando a vida modema eo meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2006 (adaptado).

Considerando a diferença de massa mencionada entre os dois isótopos, que tipo de procedimento alternativo ao da efusão pode ser empregado para tal finalidade?

(A) Peneiração.

(B) Centrifugação.

(C) Extração por solvente.

(D) Destilação fracionada.

(E) Separação magnética.

Resposta: Letra B. A diferença entre os isótopos é na massa, assim sendo, o urânio-238 é mais denso que o urânio-235, pois concentra maior massa em um mesmo volume. Das técnicas listadas, a que é capaz de separar em função da densidade é a centrifugação.

Créditos das imagens

^[1] Caio Pederneiras/ Shutterstock

^[2] Alexey_Rezvykh/ Shutterstock

Fontes

FRANCISCO, F. M.; DO CANTO, E. L. Química na abordagem do cotidiano. 5ª ed. vol. 1. São Paulo: Moderna, 2009.

USBERCO, J.; SPITALERI, P.; SALVADOR, E. Química 1: conecte live. 3ª ed. vol. 1. São Paulo: Saraiva, 2018.

REIS, M. Química: ensino médio. 2ª ed. vol. 1. São Paulo: Ática, 2016.