Separação de misturas - Conheça os diferentes processos

As pessoas que moram nas zonas urbanas recebem a água para consumo, em geral, de uma ETA (Estação de Tratamento de Água), ou pelo menos deveria ser assim. Em linhas gerais, uma ETA deve separar da água uma variedade de materiais impróprios para o consumo humano, deixando-a potável. Esse sistema de tratamento da água pressupõe um processo baseado em estruturas e equipamentos destinados a produzir água em quantidade e qualidade adequadas.

A separação dos materiais nas ETAs, baseada nos processos de separação de misturas, é um tópico estudado, geralmente, na 1ª série do Ensino Médio. Mas a separação dos componentes de uma mistura, em cada uma das suas substâncias que deram origem à mistura, é, na verdade, um conjunto de processos químico-físicos.

Os processos de separação não alteram a composição das substâncias que formam uma dada mistura. Eles servem para separar materiais sólidos, líquidos e gasosos. No caso da separação de materiais sólidos de uma mistura heterogênea (que ocorre em fases distintas) utiliza-se, por exemplo, a catação, a separação magnética e a dissolução fracionada, entre outros.

Diferentes processos

A catação consiste na separação de materiais por simples operação manual. Por exemplo, o processo de catar feijão impróprio em meio a feijões de boa qualidade.

A separação magnética é, basicamente, um método baseado na utilização da força de atração que um ímã exerce sobre certos metais (principalmente materiais ferrosos), a fim de separá-los dos demais. Uma mistura de limalha de ferro com pó de enxofre, um pó amarelo, pode ser separada com o emprego de um ímã.

Para ocorrer um outro método de separação de misturas, a dissolução fracionada, deve-se dissolver um dos componentes sólidos em um solvente, geralmente água. A partir dessa dissolução, o material que foi dissolvido na água pode ser separado dos demais sólidos por uma filtração simples.

A filtração simples, assim como a decantação e a centrifugação, é um processo para separar sólidos de líquidos. No caso da filtração, o sólido é separado por meio de papéis de filtro. A preparação do café e o filtro de água são dois exemplos do uso da filtração:

A decantação consiste na separação dos objetos sólidos, utilizando-se, para tanto, a própria diferença de densidade dos materiais presentes no líquido.

Por exemplo, o tratamento de água das ETAs adota esse processo após a etapa de floculação (formação de flocos a partir de uma reação química). Esses flocos, à medida que vão se formando - ou seja, à medida que as impurezas se unem -, tornam-se mais densos que a água e, por esse motivo, acabam sedimentando na parte de baixo do tanque de decantação. Depois dessa fase, a água passa por várias camadas filtrantes, nas quais ocorre a retenção dos flocos que não ficaram na decantação.

Já a centrifugação é uma maneira de acelerar o processo de decantação, utilizando-se uma centrífuga. Na centrifugação, a decantação é acelerada devido à rotação, que, por inércia, faz com que os sólidos procurem o fundo do recipiente:

A separação de misturas homogêneas (única fase) requer métodos diferenciados, pois todos os métodos apresentados até aqui não dão conta de separar, em uma fase única, materiais misturados (soluções). Essas misturas podem ser compostas de componentes líquidos, gasosos e até mesmo sólidos.

Na separação dos componentes das misturas homogêneas sólido-líquidas, deve-se separar os componentes por meio dos diferentes pontos de ebulição (PE) dos materiais, pois os sólidos encontram-se dissolvidos no líquido, o que impede que a filtração consiga separá-los. Nesses casos, é comum adotar como método de separação a evaporação ou a destilação simples.

Na evaporação, a mistura deve ser aquecida (naturalmente ou não) até o líquido (componente com menor temperatura de ebulição) sofrer a mudança de estado físico, ou seja, de líquido passar a ser gás. Esse processo apresenta um problema, que é o desprendimento do líquido para a atmosfera. A produção de sal de cozinha (NaCl) é baseada nesse processo: o sal é colhido por meio da evaporação da água do mar ou de lagos com água salgada. O vento e o sol evaporam a água, deixando somente o sal.

A destilação simples é um processo que permite separar um líquido de um sólido ou de outro líquido, desde que a diferença na temperatura de ebulição (TE) dos componentes seja maior do que 80^o C. É um método largamente utilizado, principalmente em laboratórios:

Na destilação simples, o componente líquido contido no recipiente entra em ebulição ao sofrer aquecimento (quando se tratar de solução de sólido com líquido) e acaba passando para o condensador. Uma vez nesse recipiente, ele entra em contato com a superfície fria da câmara do instrumento e retorna ao estado líquido, passando, assim, para outro recipiente, na extremidade do condensador. Ao final, o sólido (ou líquido de TE alta) e o líquido ficam separados, em recipientes diferentes.

Agora, para soluções compostas por materiais com temperaturas de ebulição próximas, a destilação simples não é um método eficaz. Nesse casos, o processo mais indicado é a destilação fracionada:

A destilação fracionada é um método de separação de líquidos presentes em misturas homogêneas ou heterogêneas. Consiste em elevar a temperatura até a ebulição do líquido que apresente valor mais baixo para essa propriedade. As substâncias (componentes) com baixo ponto de ebulição conseguem contornar os "obstáculos" da torre e chegar ao topo da coluna.

Substâncias com pontos de ebulição mais altos não conseguem chegar ao topo, acumulando-se nos diversos níveis da torre, até que a temperatura do sistema alcance a temperatura de ebulição dessas substâncias, de forma que, assim, elas possam ser separadas, cada uma, na sua respectiva temperatura de ebulição. Quanto mais próximos forem os pontos de ebulição dos líquidos, menor o grau de pureza das frações destiladas.

A destilação fracionada é usada na obtenção das diversas frações do petróleo, para a obtenção de água destilada, de aguardentes, etc.

Porém, existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não podem ser separadas por destilação fracionada, pois se comporta

como se fossem substâncias puras. Essas misturas são denominadas misturas azeotrópicas. A mistura de água e álcool é um exemplo

mistura com essa natureza. Nesse caso, utilizam-se processos químicos para a obtenção do álcool anidrido ou álcool absoluto (álcool puro).

Para misturas gasosas, o procedimento inicial é liquefazer os componentes, para só depois realizar uma destilação fracionada. Uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico.

A separação dos materiais de uma mistura é um processo largamente empregado em diferentes setores industriais. A separação dos componentes também é imprescindível nos centros de pesquisa, pois estes se baseiam na obtenção dos materiais para realizar seus estudos.

No caso específico das ETAs, elas também lançam mão de alguns desses processos - no caso, decantação e filtração -, porém, para o término do tratamento da água, ainda utilizam a cloração, que consiste na adição de cloro usado para a destruição de microorganismos presentes na água, e a fluoretação, com a função de colaborar para reduzir a incidência da cárie dentária.