[CIÊNCIA COMPLETA]

Separação de misturas e suas aplicações sociais, ambientais e nos meios de produção

Existem vários tipos de misturas e para separá-las são aplicados diferentes processos para distintas situações cotidianas, industriais e ambientais. Abaixo veja a explicação destes processos e exemplos de onde são aplicados.

O que são misturas?

Em muitos sites na internet você encontrará a informação de que misturas são compostos com duas ou mais substâncias distintas, no entanto, esta definição está um pouco equivocada pois a junção de substâncias iguais em estados físicos diferentes também se caracteriza como mistura. Um exemplo disso é um copo d’água com gelo, isso também se caracteriza como uma mistura.

Sendo assim, uma mistura é a junção de substâncias que se diferem em estado físico e/ou essência.

Processos de separação de misturas

Os processos de separação de misturas consistem em isolar os elementos que compõem uma mistura. Estes processos se diferem de acordo com as características de cada mistura. Abaixo vamos ler um pouco sobre estes processos.

Catação

É utilizado para se separar misturas de substâncias sólidas (sólido + sólido) e que seja fácil diferir uma substância de outra.

Exemplos: este processo é aplicado cotidianamente ao se separar o feijão de pedras e impurezas antes de cozinhar.

Também é feita todos os dias pelo mundo por catadores de materiais recicláveis, que ganham a vida com a reciclagem de resíduos sólidos e podem atuar tanto nas ruas individualmente como organizados em uma cooperativa de materiais recicláveis. Uma das formas de facilitar o trabalho destes profissionais é fazer a separação prévia dos resíduos antes de disponibilizá-los aos catadores.

Desenho de um catador de materiais recicláveis, puxando sua carroça de materiais recicláveis a pé.
Imagem: Gabrieljordaobatistasouza, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Filtração

É utilizada para separar líquidos de sólidos que não estão dissolvidos, ou então gases de sólidos que não estão dissolvidos. Para isto, o líquido ou o gás deve passar por um filtro, um material com poros pequenos, capaz de reter as impurezas sólidas que não estão dissolvidas.

Temos como alguns exemplos os filtros de água presentes em diversas casas, eles são bastante usados para retirar partículas como grãos de argila ou ovos de vermes que podem, por algum motivo, passar pela estação de tratamento de água.

Temos como exemplo também os filtros presentes nos aspiradores de pó e em ar condicionado, seja ar condicionado de casa ou de carro. Estes filtros normalmente são de tecido e retém somente o pó ou impurezas presentes no ar, deixando que o ar passe. Com o tempo esses filtros ficam sujos e precisam ser trocados ou lavados.

Exemplo especial: filtros de gases industriais

Nos processos industriais muitas vezes são gerados gases tóxicos ou com alto potencial de poluição atmosférica (que podem causar doenças respiratórias, chuvas ácidas, intensificar o aquecimento global ou outros problemas), por isso eles precisam ser tratados para que a emissão desses poluentes não aconteça ou ao menos seja mitigada.

Representação de uma indústria emitindo gases tóxicos na atmosfera

O tratamento desses gases em grande maioria ocorre por meio da filtração. Neste processo são utilizados grandes filtros de pano com a função de reter os poluentes industriais.

Logicamente que depois de um determinado tempo de uso esses filtros precisam ser lavados e a água residuária tratada. Ou então, devem ser descartados adequadamente para não provocarem dano ambiental.

Ainda sim, estes filtros industriais também não são capazes de reter moléculas muito pequenas, como o dióxido de carbono ( CO2 ), este gás é danoso ao aquecimento global e é liberado para a atmosfera, mesmo passando pelos filtros industriais.

Outro exemplo especial: osmose reversa

Outro exemplo especial e excêntrico que podemos dar a filtração é a osmose reversa, este é um processo famoso por ser utilizado para dessalinização de água em países e regiões com pouquíssima disponibilidade de água, mas também é utilizado em processos menores como na fabricação de alguns tipos de água mineral.

Na osmose reversa a água é forçada a passar por uma membrana com a capacidade de reter partículas extremamente pequenas, como moléculas de sal, fazendo com que uma água mais “pura” chegue do outro lado.

Este não é um processo simples, é necessário aplicar pressão para que a água consiga passar pelos pequenos poros da membrana, demandando assim uma quantidade considerável de energia, a membrana funciona como um super filtro, tem sua constituição bastante complexa e uma vida útil que faz com que tenha que ser trocada com o tempo. Por isso, mesmo em lugares que fazem uso deste processo para dessalinização a água é bastante cara e escassa.

Peneiração (tamisação)

A peneiração é muito semelhante a filtração mas é usada para separar sólidos de diferentes tamanhos, neste processo a mistura passa por uma peneira, um objeto feito de grades que retêm as partículas maiores e permitem a passagem das partículas de menor tamanho.

Este processo é bastante feito na construção civil, para se separar a areia do cascalho, também é aplicado nas indústrias alimentícias, em diversos processos, seja para se separar batatas, cebola e alho da terra, peneirar a farinha e em vários outros processos.

Separação magnética

A separação magnética desempenha um papel semelhante ao da catação, mas selecionando principalmente os materiais que são atraídos magneticamente, como o ferro. Usando um ímã que os separa dos demais materiais.

Exemplo: este processo é bastante utilizado por empresas que usam resíduos sólidos em seus processos industriais ou trabalham com reciclagem.

É importante para separar clipes e grampos que são colocados nos papéis na hora de reciclar o papel, também é bastante utilizado para separar embalagens de enlatados de outros materiais recicláveis.

Levigação

Neste método é utilizado a força da água para separar substâncias sólidas com densidades diferentes.

Exemplo especial: levigação durante a mineração de ouro

Aplica-se a levigação durante a mineração de ouro para separá-lo do cascalho. Neste processo, além da água é aplicado mercúrio, pois ele facilita a aglomeração das partículas de ouro, o que facilita o processo de separação de ouro de suas impurezas. Esta água torna-se contaminada de mercúrio, metal que se acumula na cadeia alimentar, podendo provocar danos ao sistema neurológico, demência, depressão, ansiedade, falhas de memória, assim como, dores de esôfago, diarréia e moleza nos dentes.

O mercúrio que permanece junto ao ouro é aquecido e evaporado para que reste apenas o ouro puro, usado na confecção de jóias. Isso acontece pois o mercúrio evapora em temperaturas mais baixas que o ouro e este processo gera o vapor de mercúrio, um gás tóxico e corrosivo e quando liberado em ambientes abertos contamina diretamente a atmosfera, em ambiente fechados pode provocar problemas respiratórios e irritações na pele dos trabalhadores.

Ventilação

Neste processo é utilizado a força do vento para separar componentes que são arrastados pelo vento de componentes que não são arrastados pelo vento.

Exemplo: Este processo é bastante utilizado no beneficiamento de produtos como café, alho e amendoim, para separar a casca desses produtos pelo vento.

Flotação

Neste processo é adicionado água para separar substâncias que flutuam na água de substâncias que não flutuam na água.

Exemplo: Separação de areia e serragem.

Sifonação e funil de bromo

Sifonação

Estes dois métodos são utilizados para separar líquidos que não se misturam, como água e óleo.

A Sifonação consiste em utilizar uma pipeta, um instrumento mais simples e barato, comprido e fino, que é utilizado para transportar líquidos. Com ela retira-se um dos tipos do líquido presente para separar a mistura heterogênea e armazena-se em outro reservatório.

Funil de bromo

O funil de bromo desempenha o mesmo papel que a sifonação, consiste em um reservatório com um bico bem fino na parte de baixo e um torneirinha que quando aberta, libera o líquido que fica na parte de baixo da mistura e deve ser fechada quando o líquido da parte de baixo acaba, separanda assim a mistura. A separação da mistura é feita muito mais rápida do que na sifonação e a parte fina que fica no bico do funil permite que haja uma precisão muito maior. Contudo, o funil de bromo apresenta a desvantagem de ser mais caro do que a pipeta.

Decantação, centrifugação, floculação e flotação

Decantação

É feita para separar líquidos ou líquidos + sólidos que não se dissolvem na água. Através da densidade, um dos materiais se posiciona embaixo do material menos denso. Um exemplo deste processo é a separação do vinho e suas impurezas. É um processo demorado e pode ser acelerado com aditivos químicos ou com outro processo chamado de centrifugação.

Centrifugação

A centrifugação faz uso de uma centrífuga para acelerar o processo de decantação usando a rotação, é um processo bastante utilizado em análises clínicas, como exames de urina e de sangue, mas também é bastante utilizado para secar frutas e hortaliças em agroindústrias.

Floculação

A floculação é o nome dado ao processo de decantação que é acelerado por aditivos químicos, ele é bastante empregado no tratamento da água potável, já que precisa tratar grande quantidade em pouco tempo.

No tratamento de água é utilizado o sulfato de alumínio, este reagente faz com que algumas impurezas na água formem coágulos que decantam para o fundo ou fazem a flotação, que nada mais é que estes coágulos com impurezas que, ao invés de decantar para o fundo, flutuam na parte de cima para serem retirados posteriormente.

Dissolução fracionada

Imagine que você tem dois sólidos misturados e precisa separá-los, tendo conhecimento das características físico-químicas destes materiais fica mais fácil.

A dissolução fracionada faz uso do conhecimento sobre a solubilidade dos materiais para separá-los.

Um exemplo bem comum é a mistura de areia e sal. A areia não se dissolve na água, enquanto o sal se dissolve facilmente na água.

Adicionando água na mistura, a água irá dissolver o sal e não dissolverá a areia, passa-se a mistura por um filtro para se separar a areia e depois evapora-se a água. Deixando somente o sal e a areia separados uns dos outros.

Fusão fracionada

Este método faz uso do conhecimento do ponto de fusão para separar dois sólidos que estejam misturados. Funciona de maneira simples, ao aquecer a mistura um dos sólidos derrete e o outro permanece na forma sólida, separando-os.

Exemplo de aplicação no garimpo de ouro

Este processo é usado por exemplo no garimpo de ouro, onde é adicionado mercúrio, facilitando o processo de levigação, que separará o ouro do cascalho.

Depois de separar o ouro do cascalho é necessário separar também o ouro do mercúrio que está ligado a ele, para isto é aplicado o processo de fusão fracionada.

Neste processo a mistura é aquecida até que o mercúrio derreta e se separe do ouro. Contudo este processo é muitas vezes feito com um maçarico muito quente e gera também vapor de mercúrio.

Além do vapor de mercúrio, o garimpo de ouro também resulta em água contaminada de mercúrio, esse metal se acumula nos organismos dos peixes e gradualmente em toda a cadeia alimentar, provocando sérios danos neurológicos aos animais e a nós humanos.

Evaporação

A evaporação é um processo físico muito conhecido. Nele uma substância é aquecida até que mude de estado físico, do líquido para o vapor.

Este processo é bastante aplicado nas salinas. Onde a água do mar é represada em áreas extensas e rasas, e lá são deixadas até que toda a água do mar evapore e o sal possa ser retirado, passe por processos industriais como a adição de iodo e depois possa ser vendido para temperarmos nossos alimentos.

Exemplo especial: evapotranspiração e fossa de evapotranspiração

A evapotranspiração é o processo de evaporação junto com a transpiração, processo onde os seres vivos liberam água em forma de vapor para a atmosfera. A transpiração é feita por por exemplo pelas plantas, através de suas folhas.

Representação de uma fossa de evapotranspiração para tratamento de esgoto doméstico, onde o esgoto é tratado pelo metabolismo das plantas e a água é liberada em forma de vapor, pela transpiração das plantas.
Imagem: Gabrieljordaobatistasouza, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

As fossas de evapotranspiração fazem uso da evapotranspiração para tratar e separar os componentes dessa grande mistura que é o esgoto. São piscinas de concreto impermeável onde constrói-se um sistema de descarte de água negra, a água que é usada para a descarga dos vasos sanitários, em cima deste reservatório de água negra colocasse camadas de brita, areia e mais perto da superfície são plantadas plantas de folhas grandes e largas, pois estas plantas ao possuírem folhas maiores acabam por transpirar mais, normalmente são usadas bananeiras.

As plantas vão absorver a água de esgoto que será descartada dentro da fossa e ao transpirar irão liberar para a atmosfera a mesma água, mas desta vez limpa e em forma de vapor.

O tamanho deste tipo de fossa varia de acordo com a quantidade de água que vai receber e é fundamental que as paredes e o fundo da fossa sejam impermeáveis para que não haja contaminação do solo.

Destilação simples e destilação fracionada

Tanto a destilação simples, quanto a destilação fracionada fazem uso da evaporação para separar duas substâncias em estado líquido.

Destilação simples

Na destilação simples uma mistura é aquecida até que uma das substâncias evapore, depois este gás passa por um tubo de resfriamento (chamado condensador) para voltar a forma líquida e ser armazenado em um recipiente separado. Separando assim uma substância da outra.

Este processo é aplicado em regiões com escassez de água, que fazem uso da dessalinização da água do mar para tornar a água potável. Também existem alguns barcos e navios que fazem isso para ter água potável disponível. Contudo, evaporar e depois liquefazer a água é um processo que demanda bastante energia, tornando-se caro e inviável financeiramente em regiões como o Brasil, que pelo menos por enquanto ainda dispõe de bastante água.

Destilação fracionada

Na destilação fracionada são separadas substâncias que possuem pontos de ebulição muito próximos, ou seja, que evaporam em uma temperatura muito próxima uma da outra. Então, para garantir que as substâncias serão realmente separadas, o aquecimento da mistura é feito mais lentamente, tendo um controle de temperatura, além disso os gases passam por uma coluna de fracionamento (também chamado de torre de destilação), que basicamente é um tubo com obstáculos que faz com que o gás percorra esse caminho lentamente, permitindo maior controle da operação. Depois de passar pela coluna de fracionamento, o gás segue seu caminho pelo tubo de resfriamento (chamado condensador), para se liquefazer, e é armazenado na forma líquida.

Exemplo de aplicação: Destilação fracionada do petróleo

Um dos exemplos mais comuns para o processo de destilação fracionada é o beneficiamento do petróleo. Nele o petróleo é destilado fracionadamente para obter separadamente os gases butano e propano (usados como gás de cozinha), a gasolina, o querosene e o diesel, além de outros subprodutos.

Liquefação

Este método faz uso do conhecimento do ponto de liquefação para separar dois gases que estejam misturados. Funciona de maneira simples, ao resfriar a mistura um dos gases se liquidifica (transforma-se em líquido) e o outro permanece na forma gasosa, separando-os.

Um exemplo dessa aplicação é a obtenção do nitrogênio líquido, este nitrogênio é amplamente utilizado em câmaras criogênicas em laboratórios. Que precisam armazenar substâncias em baixíssimas temperaturas.

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SOUZA, G. J. B. Separação de misturas e suas aplicações sociais, ambientais e nos meios de produção. Ciência Completa, 2021. Disponível em: <https://cienciacompleta.gitlab.io/atg/separacao-misturas.html>. Acesso em: ??(dia) de ??(mês) de ??(ano).