Química - Separação de misturas

Separação de misturas

Objetivos

• Ilustrar a destilação fracionada e a evaporação, processos importantes para a produção de insumos que usamos diretamente no dia a dia, como combustíveis, gases hospitalares e até adubos.
• Fixar a idéia de que, em qualquer separação de misturas, há uma "força" de separação e alguma diferença nas propriedades das substâncias a separar.
• Fixar ou apresentar conceitos como polaridade de moléculas e interações intermoleculares.

Ponto de partida

A separação de misturas geralmente é estudada no início do primeiro ano, quando os alunos têm pouca experiência com a química. Nesse sentido, a aula deve funcionar como um estímulo ao estudo das propriedades da matéria, de forma a explicar os "porquês" da destilação e da evaporação. No entanto, este tema é excelente para ilustrar o tópico "geometria e polaridade de moléculas", visto mais à frente no 1º ano, ou até o tema "tabela periódica". Se as atividades sugeridas puderem ser conduzidas em um laboratório ou como aula demonstrativa, será ainda mais interessante.

Estratégias

1) Peça aos alunos que leiam com antecedência o texto Gases nobres, o texto Identificando substâncias pelo tipo de mistura, e o texto Forças intermoleculares, do UOL Educação, ou outros textos que você considere interessantes.

2) Peça aos alunos que trabalhem em duplas ou trios, por um ou dois minutos, e que um deles conceitue os termos "evaporação" e "ebulição". Os outros devem ajudar a definir o conceito, através de perguntas.

3) Trabalhe com os alunos definições para evaporação e ebulição. Peça, agora, a eles que enumerem fatores que facilitam ou dificultam a ebulição de uma substância pura. Podem aparecer os fatores "calor latente" ou entalpia de vaporização, temperatura, massa molecular, polaridade, pressão, entre outros, dependendo da turma - se de iniciantes ou de revisão.

4) Trabalhe rapidamente os fatores que surgirem, discutindo quais os que tem maior importância (temperatura, polaridade e massa) e deixe de lado outros (como pressão e entalpia), para manter o foco. Esses outros fatores poderão ser discutidos em outra aula.

5) Como fica a ebulição em misturas? Será que moléculas de diferentes substâncias interagem? Claro que sim, mas isso não altera o raciocínio geral do item 6, a seguir.

6) Dadas as misturas de etanol (pe = 78°C) e água (pe = 100°C), de água e sal (1413°C), propano (-42°C) e butano (-0,5°C), ou outras, qual a substância que sai "antes"? Para fazer essa análise, uma boa idéia é, em, mais ou menos, uns 5 minutos:

• Listar as substâncias sem os pontos de ebulição e pedir que os alunos dêem seus palpites, com base nas substâncias que conhecerem;
• Ainda antes de dar a resposta correta, mostrar como é a estrutura de cada uma das moléculas, desenhando no quadro e indicando quando houver polaridade, especialmente para as moléculas orgânicas. Novos palpites aparecerão.
• Finalmente, escrever os pontos de ebulição das substâncias. Nesse ponto ficará claro para os alunos como as pontes de hidrogênio de uma molécula pequena como a da água são importantes.

Analisando os dados, os alunos inferirão, corretamente, que a substância com menor ponto de ebulição em cada par é a que sai "antes" da mistura.

1) Dada a mistura de gases que é apresentada no texto "Gases nobres", qual a ordem provável de "fervura" de cada gás?

2) Explique que a destilação é uma operação antiga, desenvolvida ainda na Idade Média, e de grande utilidade. Peça exemplos, (álcool e petróleo são os mais comuns).

3) Faça o mesmo com a evaporação - também uma operação muito antiga, cujo exemplo mais comum é a extração do sal da água do mar.

4) Para fazer em casa ou no laboratório: peça aos alunos que preparem uma solução saturada de sal e deixem-na cristalizando - essa simples prática mostra a evaporação e a formação de estruturas organizadas do sal. Como fazer uma solução saturada:

• Coloque água em um copo - um pouquinho só de água, senão a evaporação completa será muito demorada.
• Adicione sal, agitando. Se todo o sal for dissolvido, adicione mais. Se depois de um minuto de agitação ainda houver sal no fundo do copo, a solução está "saturada".
• Transfira a solução para outro copo limpo (copos de cafezinho funcionam muito bem). Deixe evaporando em um local ventilado. A evaporação pode levar de algumas horas a alguns dias, dependendo do clima.
• É bem mais difícil fazer essa prática com açúcar; o sal de cozinha funciona muito bem.

Sugestões e dicas

• Alunos do primeiro ano, em geral, não conhecem química orgânica, o que pode complicar a análise das moléculas. Mas porque não usar alguns minutos desta ou de outra aula para explicar o que são hidrocarbonetos? Afinal, esses compostos são usados o tempo todo em combustíveis e solventes, e as noções de química do ensino fundamental são suficientes para uma pequena introdução à quiímica orgânica.
• A secagem é semelhante à evaporação, mas usamos esse termo para a separação de um líquido, de um material sólido ou pastoso; afora isso e a dificuldade de agitação, os princípios de evaporação e secagem são semelhantes.
• Sobrou tempo em aula? Pode ser usado para trabalhar os diagramas de aquecimento x mudança de fase, comuns nos materiais didáticos, e em seguida discutir ou relembrar o que é mistura azeótropica.
• Sobrou tempo ainda? Sugira aos alunos que, em equipes, "projetem" um equipamento que seja capaz de usar a luz solar para aquecer água salgada e fornecer água destilada. Discuta rapidamente os projetos e sugira que eles montem os equipamentos - e relatem os resultados no futuro. Se acharem muito difícil, permita que busquem na Internet ilustrações com os termos solar distiller.