CAPÍTULO

5 Substâncias e misturas

Questão 1. Você já ouviu falar em látex? O que você sabe sobre isso?

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é que os alunos expressem seus conhecimentos prévios sobre o látex, possivelmente, relacionando-o à borracha ou à seringueira.

Em seu cotidiano, certamente você já utilizou muitos objetos feitos de borracha. Alguns tipos de borracha, como a utilizada na fabricação de algumas borrachas escolares, são feitos de látex.

O látex é a seiva^✚ de uma árvore chamada seringueira, encontrada, principalmente, na floresta Amazônica. Essa seiva apresenta aparência pegajosa, coloração branca leitosa e é extraída das árvores pelos seringueiros. Para isso, eles fazem cortes nos caules das seringueiras, por onde escorre o látex, que é coletado em uma cuia.

Seiva:

material transportado em tecidos de condução de algumas plantas.^↰

O látex é uma mistura formada por diferentes componentes, como água, proteínas, carboidratos e lipídios. Além do látex, existem inúmeros outros exemplos de misturas em nosso dia a dia, como o ar atmosférico, a água mineral e os alimentos.

Afinal, o que são misturas e o que são substâncias? É sobre esse assunto que vamos estudar a seguir.

Substâncias

A matéria^✚ é constituída de uma substância ou de um conjunto de diferentes substâncias. As substâncias, por sua vez, são formadas por átomos, as menores partículas de um elemento químico^✚ e que apresentam todas as características desse elemento.

Glossário

Por serem exemplos de matéria, os materiais podem ser formados por uma única substância ou por uma mistura de substâncias diferentes. A maioria dos materiais encontrados nos ambientes não são puros, ou seja, eles são formados por diversas substâncias misturadas.

Professor, professora: Os símbolos dos elementos químicos e as fórmulas químicas das substâncias serão apresentadas na primeira ocorrência, por capítulo.

Professor, professora: Comente com os alunos que a água pura não é encontrada naturalmente no ambiente, mas obtida em laboratório, por meio da remoção de sais e outros materiais. Aproveite o momento e explique que (${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$) é a fórmula química da água pura e que, ao observar a fórmula química de uma substância, é possível identificar os elementos químicos que a formam.

Considere o exemplo a seguir.

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas, Sonia Midori Yamamoto. 13 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 4.

Considere uma porção de água pura (imagem A), ou seja, composta apenas por moléculas de água (${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$) (imagem B). Nesse caso, podemos dizer que nela há apenas uma substância, a água.

A substância água, por sua vez, é formada por moléculas iguais, constituídas de dois átomos de hidrogênio $\left(\text{H}\right)$ e de um átomo de oxigênio $\left(\text{O}\right)$ (imagem C).

Assim, podemos afirmar que substância é qualquer tipo de matéria com composição característica definida, que não varia de uma amostra para outra e que apresenta um conjunto definido de propriedades. Logo, diferentes amostras de água pura terão a mesma composição e as mesmas propriedades em toda a sua extensão.

As substâncias podem ser simples ou compostas.

Substâncias simples e substâncias compostas

Observe as imagens a seguir.

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas, Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 4.

Questão 2. Explique a diferença de constituição das substâncias apresentadas nas imagens A e B.

Resposta: O objetivo desta questão é incentivar os alunos a analisar as imagens e, mesmo que intuitivamente, refletir sobre substâncias simples e substâncias compostas. Espera-se que eles comentem que a substância água (imagem A) é composta por três átomos, sendo um deles de oxigênio e os outros dois de hidrogênio, ou seja, a molécula é formada por diferentes tipos de átomos. Já a molécula de gás oxigênio (imagem B) é formada por dois átomos de oxigênio, ou seja, a molécula é formada por um único tipo de átomo.

Professor, professora: Durante a abordagem sobre substâncias simples e compostas, por questões didáticas, optamos por citar átomos iguais como referência aos átomos de um mesmo elemento químico e átomos diferentes para nos referirmos a átomos de diferentes elementos químicos.

Ao responder à questão anterior, você deve ter notado que as moléculas das substâncias podem ser formadas por átomos diferentes (imagem A) ou por átomos iguais (imagem B).

As substâncias simples são aquelas constituídas por um ou mais átomos do mesmo tipo. É o caso da molécula de gás oxigênio, formada pela ligação de dois átomos de oxigênio. Já as substâncias compostas são constituídas por mais de um tipo de átomo. É o caso da água, formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.

Agora, observe as imagens a seguir.

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas, Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 4.

Questão 3. Classifique as substâncias representadas nas imagens C e D em substância simples ou composta. Justifique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que o gás hidrogênio (imagem C) é uma substância simples, porque é formado por um único tipo de átomo. Já o etanol (imagem D) é uma substância composta, porque é formado por três tipos de átomo. Complemente as respostas deles comentando que o gás hidrogênio é constituído de dois átomos de hidrogênio. Já o etanol é formado por dois átomos de carbono $\left(\text{C}\right)$, seis átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio.

Misturas

Para iniciarmos o estudo sobre misturas, responda à questão a seguir.

Questão 4. Observando o rótulo a seguir, o que você pode concluir sobre a constituição da água mineral?

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é que os alunos analisem o rótulo, interpretem as informações e reflitam sobre elas, relacionando com o que estudaram a respeito das substâncias. É esperado que eles respondam que a água mineral apresenta diversos outros componentes, além da água, como bário $\left(\text{Ba}\right)$, estrôncio $\left(\text{Sr}\right)$ e cálcio $\left(\text{Ca}\right)$.

Como você estudou anteriormente, a água é uma substância composta. No entanto, materiais formados de uma única substância raramente são encontrados na natureza. De forma geral, substâncias são obtidas industrialmente.

A água mineral que ingerimos, por exemplo, não é uma substância. Nela, estão dissolvidos diversos sais minerais, como você pode perceber ao analisar a imagem do rótulo.

Agora, analise o exemplo a seguir, que mostra o preparo do soro caseiro, utilizado em casos de desidratação.

Em um copo com $200\text{mL}$ de água potável, adicione duas medidas-padrão rasas de açúcar – a maior medida – e uma medida-padrão rasa de sal de cozinha – a menor medida. Em seguida, mistura-se, e o soro caseiro está pronto.

Materiais para o preparo do soro caseiro: copo com água (A), recipiente contendo açúcar (B), recipiente contendo sal (C) e colher de medida-padrão (D) para preparo do soro caseiro.

Professor, professora: Ao abordar o preparo do soro caseiro, comente com os alunos que a colher de medida-padrão é distribuída gratuitamente pelo Ministério da Saúde em diversos postos de saúde de todo o país.

Uma mistura caracteriza-se por ser formada por duas ou mais substâncias. A água mineral e o soro caseiro, por exemplo, são considerados misturas, pois são formados por mais de uma substância. Na água mineral, há sais minerais, além da água, e o soro caseiro apresenta açúcar e sal, que também são misturas, além da água.

Diferentemente das substâncias, as misturas não apresentam composição fixa. Uma xícara de chá adoçado, por exemplo, pode conter pouco ou muito açúcar, dependendo da quantidade adicionada ao chá.

Além disso, algumas propriedades das misturas, como temperaturas de fusão e de ebulição, variam de acordo com as quantidades de cada componente da mistura.

Por exemplo, as temperaturas de fusão e a de ebulição da água podem ser alteradas se adicionarmos sal a ela. Por isso, em locais onde ocorrem geadas ou precipitação de neve, é comum retirar o gelo acumulado nas estradas ou nas residências jogando sal sobre ele. A adição do sal reduz a temperatura de solidificação da água e, como consequência, o gelo derrete.

Misturas homogêneas e heterogêneas

Em alguns tipos de misturas podemos identificar visualmente os diferentes materiais que as compõem. Essas porções reconhecíveis são chamadas fases. Em cada fase de uma mistura, as propriedades dos componentes são conservadas.

Por outro lado, existem misturas cujas substâncias que as compõem não são visualmente identificadas, apresentando apenas uma fase.

Agora, observe as imagens a seguir.

Questão 5. Em qual das misturas apresentadas é possível identificar mais de uma fase: no pedaço de granito (imagem A) ou na liga metálica da roda (imagem B)?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que é possível identificar as fases no granito (imagem A).

Ao responder à questão anterior, você deve ter percebido que na imagem A é possível identificar visualmente as substâncias que compõem o granito, como o quartzo, a mica e o feldspato. Ou seja, essa mistura apresenta diferentes fases.

Já na imagem B, não é possível identificar visualmente os componentes da mistura, ou seja, observamos apenas uma fase. A liga leve é uma mistura de vários materiais, como alumínio $\left(\text{A}\mathrm{\ell }\right)$, silício $\left(\text{Si}\right)$, magnésio $\left(\text{Mg}\right)$, titânio $\left(\text{Ti}\right)$ e estrôncio $\left(\text{Sr}\right)$. Essa combinação oferece características como menor massa e maior resistência às rodas.

A diferença na visualidade das fases de uma mistura está relacionada ao fato de elas poderem ser homogêneas ou heterogêneas.

As misturas homogêneas são aquelas que apresentam uma única fase, ou seja, apresentam as mesmas propriedades e composição química em todo o seu volume. Esse tipo de mistura também é conhecido como solução.

É o que se observa, por exemplo, na imagem B e na mistura de uma colher de açúcar a um copo com água. Qualquer porção dessa solução possui a mesma composição e as mesmas propriedades.

As misturas heterogêneas, por sua vez, apresentam duas ou mais fases. Nesse tipo de mistura, são encontradas porções com diferentes características e composição química.

Se colocarmos um pouco de óleo em um copo com água e agitarmos bem, em poucos segundos perceberemos que se formarão duas fases: uma contendo água e outra contendo óleo. Isso ocorre porque o óleo é insolúvel na água.

No copo que aparece na imagem B, se considerarmos uma amostra da primeira fase – água – e uma porção da segunda fase – óleo –, notaremos que elas apresentam características e propriedades diferentes.

Em algumas misturas heterogêneas, como de água e óleo, podemos identificar visualmente duas ou mais fases que as compõem. No entanto, isso nem sempre ocorre. Algumas misturas que, a olho nu, aparentam ser homogêneas, na verdade são misturas heterogêneas.

O sangue, por exemplo, aparenta ser homogêneo a olho nu. No entanto, se o observarmos com a ajuda de um microscópio, é possível diferenciar seus componentes, como as células (hemácias e leucócitos), os fragmentos celulares (plaquetas) e a porção líquida, chamada plasma. Sendo assim, o sangue é, na realidade, uma mistura heterogênea.

Solução

Questão 6. Em Química, o que é uma solução?

Resposta: O objetivo desta questão é retomar o conceito de solução. Os alunos podem responder que o termo solução refere-se às misturas homogêneas, que são aquelas que apresentam uma única fase, ou seja, apresentam as mesmas propriedades e composição química em todo o seu volume.

Para continuar o estudo sobre solução, analise as situações a seguir.

Inicialmente, é acrescentada uma colher (café) de sal em $180\text{mL}$ de água.

Nessa situação, a quantidade de sal é facilmente dissolvida na água. Como há relativamente pouco sal na água, ainda é possível dissolver mais sal nela.

Em seguida, foram adicionadas mais três colheres (café) de sal na mesma água.

Nessa situação, o sal continua se dissolvendo completamente na água.

Por último, adicionou-se mais uma colher (café) de sal à água do copo, totalizando cinco colheres de sal.

Nesse momento, percebe-se que nem todo o sal se dissolveu. Por isso, parte dele se depositou no fundo do copo.

Questão 7. Por que parte do sal se depositou no fundo do copo na situação C?

Resposta: O objetivo desta questão é levar os alunos a refletir intuitivamente sobre a saturação de soluções. Mesmo sem compreender o conceito de saturação, os alunos podem responder que o sal se acumulou no fundo do copo porque ele não se dissolveu na água.

Os componentes de uma solução podem ser nomeados e classificados como solvente e soluto. Nas situações apresentadas, o sal é o componente dissolvido e, por isso, é chamado soluto. Já a água é o componente que dissolve o soluto e é, portanto, chamada solvente.

A quantidade de soluto em relação à de solvente é uma característica importante das soluções, conhecida como concentração. Dependendo da concentração, uma solução pode ser classificada como insaturada ou saturada.

Na situação A, em que apenas uma colher de sal foi adicionada à água do copo, a quantidade de soluto é inferior à quantidade que o volume de solvente no copo é capaz de dissolver. Por esse motivo, essa solução é classificada como insaturada. Na situação B, em que foram adicionadas quatro colheres de sal à água, foi misturado soluto até atingir, aproximadamente, a capacidade máxima em que aquele volume de água consegue dissolver o sal à temperatura ambiente. Quando a capacidade máxima é atingida, a solução é chamada saturada. Por isso, quando foi adicionada mais uma colher de sal à água, na situação C, certa quantidade de soluto não se dissolveu e se acumulou no fundo do copo.

Fatores que interferem na solubilidade

Observe a imagem a seguir.

Possivelmente, você já deve ter visto mel cristalizado, como o apresentado na imagem, ou ouvido alguém dizer que o mel "açucarou". Para que esse mel volte a ter sua consistência característica, geralmente, é necessário aquecê-lo em banho-maria. Afinal, por que o mel cristaliza e por que o banho-maria é capaz de desfazer os cristais de açúcar?

É comum observarmos, nos dias frios ou em locais onde as temperaturas médias são baixas, que alimentos como o mel e o melado de cana-de-açúcar se cristalizam. Isso acontece porque esses alimentos são soluções supersaturadas de açúcar. A diminuição da temperatura reduz a capacidade da água, presente nesses alimentos, de dissolver o açúcar, causando sua cristalização.

Professor, professora: Comente com os alunos que o mel de abelha é constituído principalmente por dois tipos de açúcares, a frutose e a glicose, que podem corresponder a cerca de 69% da composição do mel.

Ao aquecer o mel, no entanto, aumenta-se a capacidade de dissolução do solvente da solução. Assim, os açúcares do alimento se dissolvem, desfazendo os cristais. Isso ocorre no momento em que o solvente atinge a temperatura necessária para dissolver todo o conteúdo de açúcar presente no mel.

Se a temperatura dessa solução diminuir lentamente, o soluto continuará dissolvido e teremos uma solução supersaturada, como o mel não cristalizado.

Além da temperatura, a pressão também interfere na solubilidade das soluções.

Questão 8. Relate o que ocorre quando se destampa uma garrafa de refrigerante ou água com gás.

Resposta pessoal. Os alunos podem responder que é possível escutar o som de gás vazando da garrafa ao desrosquear a tampa e observar a formação de bolhas no líquido.

O refrigerante, a água com gás e outras bebidas gaseificadas são exemplos de soluções líquidas de água, gás carbônico (${\text{CO}}_2$) e outros componentes que dão cor, sabor e aroma ao produto. Em sua fabricação, essas bebidas passam pelo processo de gaseificação, em que recebem o ${\text{CO}}_2$ dissolvido em água e sob pressão no interior de uma câmara.

A pressão que os gases exercem no interior da garrafa é maior que a pressão atmosférica^✚ externa. Ao abrir a garrafa, parte dos gases em seu interior escapam para o meio externo e a pressão se iguala à da atmosfera.

Pressão atmosférica:

pressão que o ar atmosférico exerce nos corpos que estão na superfície terrestre.^↰

Nessa nova condição, o ${\text{CO}}_2$ que estava dissolvido começa a se desprender do líquido, formando as bolhas de gás carbônico. É isso que gera o chiado característico quando abrimos garrafas que contêm líquidos com gás.

Assim, nesta situação, é a diminuição da pressão interna da garrafa que reduz a solubilidade do gás na solução, causando seu desprendimento.

Professor, professora: Ao abordar as bebidas gaseificadas, comente com os alunos que a temperatura também influencia a dissolução do gás carbônico na solução. Quando abrimos a garrafa de um refrigerante em temperatura ambiente, por exemplo, ele libera mais gás do que um refrigerante gelado, pois a diminuição da temperatura aumenta a solubilidade do gás carbônico na solução.

Atividades

Faça as atividades no caderno.

1. Copie o diagrama no caderno e substitua cada letra pelo termo correto. Para isso, utilize as palavras listadas a seguir.

Resposta: A – substância; B – substância simples; C – homogênea; D – heterogênea; E – gás hidrogênio; F – água; G – água e óleo.

heterogênea

água

água e óleo

substância

gás hidrogênio $\left({\mathrm{H}}_2\right)$

homogênea

substância simples

2. O ar atmosférico é uma substância ou uma mistura? Justifique.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que o ar atmosférico é uma mistura de gases, como o gás oxigênio, o gás carbônico e o gás nitrogênio $\left({\mathrm{N}}_2\right)$, entre outros materiais.

3. O bronze é uma liga metálica feita de cobre $\left(\mathrm{C}\mathrm{u}\right)$ e estanho $\left(\mathrm{S}\mathrm{n}\right)$. Por ser resistente à corrosão, ele é utilizado na produção de moedas, sinos e estátuas, por exemplo.

a) O bronze é uma mistura homogênea ou heterogênea? Justifique.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que o bronze é uma mistura homogênea, pois apresenta a mesma composição e as mesmas propriedades em todo seu volume, além de não ser possível identificar visualmente seus componentes.

4. Em um copo com $300\mathrm{m}\mathrm{L}$ de água, foram adicionadas uma colher de chá de sal e uma colher de sopa de areia.

a) Após misturar bem esse conteúdo, a mistura final será homogênea ou heterogênea? Justifique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que a mistura obtida será heterogênea, porque o sal se dissolve na água e a areia não.

b) Quantas fases apresenta essa mistura e quais são seus componentes?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam duas fases, sendo uma formada pela areia e a outra por sal e água.

5. O chimarrão é uma bebida típica da Região Sul do Brasil. O hábito de tomar essa bebida é uma herança das culturas indígenas, principalmente das etnias Caingangue e Guarani.

Em seu preparo, adiciona-se água aquecida ao mate, que possibilita extrair os principais componentes da erva, como os que dão o sabor e o aroma característicos dessa bebida. A esse processo, dá-se o nome de infusão.

A respeito do chimarrão, responda às questões a seguir.

a) A bebida resultante da infusão do mate é uma substância ou uma mistura? Explique.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que a bebida é uma mistura, pois é formada pela água adicionada ao mate e por componentes da erva extraídos na infusão.

b) Com exceção da água, de onde são extraídos os demais componentes presentes na bebida?

Resposta: As substâncias são extraídas da erva-mate.

c) Cite ao menos duas outras bebidas que você conhece que utilizam o processo de infusão em seu preparo.

Resposta pessoal. Os alunos podem responder chá e café.

6. Ao abrir uma garrafa de refrigerante, Elisa ouviu a seguinte orientação de seu pai: "Após se servir, não se esqueça de tampar a garrafa".

a) Por que devemos evitar deixar a garrafa destampada?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que, além de evitar a contaminação do líquido, isso é necessário para evitar a perda acelerada do gás carbônico do refrigerante.

b) Por que, antes de abrirmos uma garrafa de refrigerante, mantida em repouso, pela primeira vez, não conseguimos observar as bolhas de gás carbônico?

Resposta nas orientações ao professor.

c) Por que, ao abrir uma garrafa de refrigerante gelado, a quantidade de bolhas formadas no líquido é geralmente menor que a quantidade observada ao abrir uma garrafa à temperatura ambiente?

Resposta nas orientações ao professor.

7. Leia a seguir as orientações de consumo de um suco.

a) Por que esse produto deve ser agitado antes de ser consumido?

Resposta nas orientações ao professor.

b) O suco, cuja embalagem é apresentada na imagem, pode ser considerado uma mistura homogênea ou heterogênea? Explique.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que o suco é uma mistura heterogênea, pois o fato de ele necessitar ser agitado para misturar seus componentes possibilita inferir que há uma separação deles, caracterizando diferentes fases.

8. Para o preparo de um copo de leite com achocolatado em pó, foi adicionada uma colher de sopa de achocolatado em $200\mathrm{m}\mathrm{L}$ de leite gelado. Após misturar bem, percebeu-se que parte do achocolatado em pó não se dissolveu no leite.

a) Considerando os fatores que interferem na solubilidade, explique quais as possíveis causas do fato descrito no enunciado da questão.

b) Explique, com suas palavras, como as causas que você citou no item a influenciam no preparo de uma mistura.

c) O que poderia ser feito para evitar o acúmulo de achocolatado em pó na bebida descrita no enunciado?

Respostas nas orientações ao professor.

Separação de misturas

Observe as fotos a seguir.

Questão 9. As salinas são locais onde ocorre a extração do sal da água do mar. Como o processo de obtenção do sal nas salinas (imagem A) pode ser relacionado com a secagem de roupas no varal (imagem B)? Registre sua resposta no caderno.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os alunos a refletir sobre o processo de extração do sal da água do mar, a secagem de roupas no varal e, mesmo que intuitivamente, a separação de misturas que ocorre nas salinas e na secagem de roupas, levantando seus conhecimentos prévios sobre o tema. Eles podem responder que em ambas as situações ocorrem a separação da água dos demais componentes da mistura, tanto no caso da água do mar quanto no das roupas molhadas.

Você já estudou que o ser humano extrai do ambiente diversos materiais que são utilizados em atividades cotidianas e na fabricação de produtos, por exemplo. No ambiente, a maioria desses materiais está misturada a outros. Por isso, para obtê-los, o ser humano utiliza técnicas que possibilitam separar os componentes dessas misturas. O sal de cozinha é um exemplo.

Esse sal pode ser extraído da água do mar por meio de um processo de separação de misturas que ocorre em salinas e se baseia na separação da água por ação do calor da luz solar e dos ventos. Processo semelhante a esse é observado no caso da secagem das roupas no varal, em que ocorre a separação da água presente nos tecidos.

Tanto as misturas heterogêneas como as homogêneas podem ser separadas por meio de diferentes processos. A escolha do método mais adequado depende do tipo de mistura, dos componentes da mistura e do que se deseja obter.

Separação de misturas heterogêneas

As misturas heterogêneas se caracterizam por apresentar duas ou mais fases. Dessa forma, em geral, a separação dos materiais é realizada por meio de processos físicos. A seguir vamos conhecer informações sobre alguns deles.

Decantação

Observe a situação a seguir.

Questão 10. O que ocorreu com a mistura após alguns minutos em repouso (imagem B)?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que a maior parte da areia ficou depositada no fundo do copo.

A decantação é um processo que consiste em deixar a mistura em repouso por determinado tempo, até que um ou mais componentes da mistura se depositem no fundo do recipiente. Em seguida, cuidadosamente, a porção da mistura que não se depositou é retirada e transferida para outro local, realizando-se, assim, a separação.

Esse método de separação de substâncias é utilizado, por exemplo, em estações de tratamento de água e de esgoto doméstico. Nessas estações, as partículas de impureza se depositam no fundo dos tanques, separando-se do restante do líquido, que segue para as demais etapas de tratamento.

Filtração

Observe a imagem a seguir.

Questão 11. Durante o preparo do café, o que acontece quando a mistura de água e pó de café passa pelo filtro de papel?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que a água aquecida faz com que alguns componentes do café se dissolvam nela. Ao passar pelo filtro, o pó do café fica retido nele, enquanto a água com os componentes do café que foram dissolvidos atravessam os poros do filtro, compondo a bebida que é ingerida.

A filtração é um dos métodos de separação de misturas mais comuns em nosso cotidiano, sendo observado, por exemplo, no preparo do café.

A filtração consiste em passar a mistura por uma superfície porosa ou com formato de rede. Nesse processo, a parte sólida fica retida e a parte líquida ou gasosa atravessa a superfície porosa ou reticulada.

No caso apresentado na imagem, o pó de café fica retido no filtro de papel, enquanto a mistura de água e componentes dissolvidos do café atravessa os poros desse filtro e forma a bebida que consumimos.

Questão 12. Por que é recomendado filtrar a água que chega às torneiras das residências antes de ela ser consumida, mesmo que ela tenha passado por estações de tratamento de água?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que filtrar a água contribui para eliminar impurezas e microrganismos que podem tê-la contaminado no caminho percorrido da estação de tratamento de água até as residências.

O filtro de água doméstico é exemplo de um instrumento de filtração. Nele, a água contendo impurezas passa por um elemento filtrante, que é poroso. Nesse caso, a maior parte das impurezas sólidas fica retida no material poroso.

Os processos de decantação e de filtração são os mais utilizados para separar as misturas heterogêneas formadas por sólidos e líquidos. No caso de separação de misturas sólidas, existem outros processos. A seguir vamos estudar os mais comuns.

Catação

Observe a imagem a seguir.

Questão 13. Com que objetivo a pessoa está realizando a atividade apresentada na imagem?

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que a pessoa está separando grãos bons de feijão de grãos ruins, além de alguns componentes sólidos, como pequenas rochas, que também podem ser encontrados em meio aos grãos.

A atividade realizada pela pessoa na imagem é um tipo de técnica de separação de misturas, chamada catação e usada em casos de misturas sólidas.

Na catação, os materiais são separados usando a mão, uma pinça, uma colher ou outro objeto que possa ajudar nesse processo.

A catação também é realizada em usinas de reciclagem para separar os materiais recicláveis coletados de acordo com o principal material que os compõem, como papéis, plásticos, metais e vidros. Essa separação é essencial para a reciclagem dos materiais.

Ventilação

A situação mostrada na imagem a seguir é bastante comum durante a colheita do café. Observe-a.

Na abanação do café, o trabalhador joga os grãos para cima, com uma peneira, para que o vento arraste cascas, folhas e outros materiais mais leves que precisam ser separados dos grãos de café. Ao fazer isso, o trabalhador está aplicando um método de separação de misturas chamado ventilação.

A ventilação é um processo de separação de misturas sólidas no qual se utiliza uma corrente de ar para arrastar e separar o material menos denso dos demais.

Peneiração

A peneiração ou tamisação é um processo de separação de misturas em que são usadas peneiras com malhas de diversas dimensões para separar os sólidos de diferentes tamanhos.

Na peneiração, os materiais maiores que os orifícios da peneira ficam retidos nela e os menores passam pelos orifícios. Essa técnica é utilizada em diferentes situações do nosso dia a dia, como no preparo do concreto.

Questão 14. Cite um exemplo de seu dia a dia em que a peneiração é aplicada.

Resposta pessoal. Os alunos podem citar como exemplo a peneiração durante a produção de sucos naturais, para separar a porção líquida dos restos de polpa, e a peneiração da farinha de trigo na produção de alimentos, como bolos.

Levigação

A levigação é um processo de separação de misturas no qual um líquido corrente passa pela bateia e arrasta o sólido menos denso para fora do recipiente, enquanto o mais denso permanece na bateia.

Esse processo é utilizado, por exemplo, no garimpo para separar o ouro ou outros metais preciosos de rochas e areias.

Flotação

A flotação é um processo de separação em que a mistura é colocada em um recipiente ao qual, em seguida, é adicionado um líquido. Esse líquido não dissolve seus componentes sólidos e tem densidade intermediária à desses componentes.

Assim, o componente sólido com maior densidade fica depositado no fundo do recipiente. Já o de menor densidade flutua no líquido.

A flotação é utilizada, por exemplo, na separação de impurezas de minerais para obter alguns minérios.

Separação de misturas homogêneas

Como você estudou, as misturas homogêneas apresentam apenas uma fase, ou seja, qualquer porção dessas misturas apresenta a mesma composição e as mesmas propriedades.

Sendo assim, a separação dos componentes de uma mistura homogênea ocorre por meio de processos geralmente mais complexos do que os usados para as misturas heterogêneas. Vamos estudar alguns deles a seguir.

Evaporação

Para iniciarmos o estudo sobre a evaporação, responda à questão a seguir.

Questão 15. Defina com suas palavras o que é vaporização.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é retomar os conhecimentos dos alunos com relação às mudanças de estados físicos. Espera-se que eles comentem que a vaporização é a mudança do estado físico líquido para o gasoso.

No início deste capítulo, você analisou duas situações: a obtenção de sal nas salinas e a secagem de roupas no varal. Essas situações envolvem a evaporação, um processo de separação de misturas que se baseia na vaporização de um de seus componentes. Esse processo costuma ser utilizado para separar sólidos dissolvidos em líquidos. A seguir, analise o exemplo das salinas.

A. Na extração do sal nas salinas, a água salgada é encaminhada aos evaporadores, que são tanques abertos com grande área e pouca profundidade. Neles, a água líquida se transforma em vapor de água por meio da ação da luz solar e do vento.

B. O vapor de água se dispersa no ambiente, causando aumento da concentração dos sais presentes na água dos tanques até ela se tornar saturada, a chamada salmoura. Após a evaporação do restante de água, o sal permanece no fundo dos tanques. Esse sal é amontoado, recolhido e, posteriormente, encaminhado às indústrias de beneficiamento.

Destilação

Na situação apresentada anteriormente, a água evapora e se perde no ambiente. No entanto, é possível recolher a água que está sendo separada da mistura com o sal, por meio da destilação.

A destilação é um processo utilizado para separar um líquido de um sólido ou uma mistura de dois ou mais líquidos, com diferentes temperaturas de ebulição. Essa técnica é semelhante à evaporação, pois também ocorre mudança do estado líquido para o gasoso.

Porém, na destilação, o componente que vaporizou se condensa, ou seja, retorna ao estado líquido, podendo ser recolhido. Como os componentes têm diferentes temperaturas de ebulição, um deles evapora antes do outro, possibilitando sua separação. Observe a seguir.

1. No balão de destilação a mistura é aquecida até que um dos componentes entre em ebulição.

2. No condensador, o vapor do líquido que entrou em ebulição se condensa, voltando à fase líquida.

3. No recipiente coletor, o componente que entrou em ebulição é coletado na forma líquida.

Questão 16. Considere uma mistura de água e álcool. Sabendo que a temperatura de ebulição da água é $100°\text{C}$ e a do álcool é $\text{78}°\text{C}$, qual componente evaporaria primeiro? Justifique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que o álcool evaporaria primeiro, pois a temperatura de ebulição dele é menor.

O processo de destilação é amplamente usado em indústrias. As indústrias farmacêuticas, por exemplo, utilizam a destilação para extrair óleos e essências de alguns vegetais, como eucalipto, cravo-da-índia e laranja.

O processo de destilação também é utilizado nas refinarias de petróleo. Nesse caso, é utilizada uma técnica específica, chamada destilação fracionada.

Na destilação fracionada são utilizados equipamentos semelhantes aos da destilação simples, com algumas modificações que permitem separar misturas formadas por substâncias mais complexas, com temperaturas de ebulição diferentes, como é o caso do petróleo. Observe a seguir.

Fonte de pesquisa: LOUDON, Marc; PARISE, Jim. Organic Chemistry. 6. ed. New York: W. H. Freeman, 2016. p. 80.

1. Na refinaria, o petróleo é encaminhado a uma fornalha, onde é aquecido.

2. Com o aquecimento, alguns dos componentes do petróleo evaporam, subindo pela torre de destilação.

3. A torre de destilação é dividida em bandejas que apresentam diferentes temperaturas. Essa temperatura diminui à medida que a altura da bandeja aumenta.

Quando o vapor de um material atinge uma bandeja cuja temperatura é menor do que sua temperatura de ebulição, ele se condensa e é coletado na bandeja. Os outros vapores continuam subindo na torre de destilação, passando para as bandejas seguintes. O processo se repete até o componente mais volátil ser coletado no topo da torre de destilação.

Entre os materiais que são separados na torre de destilação de uma refinaria de petróleo estão gasolina, óleo diesel, óleo lubrificante e resíduos sólidos como betume^✚ e parafina.

Glossário

Atividades

Faça as atividades no caderno.

1. Em um experimento de Ciências, uma aluna filtrou uma solução de água com sal para separar os componentes dessa mistura. Logo após filtrar a mistura, ela constatou que a água continuava salgada. Explique por que esse método não foi eficiente para separar os componentes dessa mistura e cite um método que seria eficaz nessa situação.

Resposta nas orientações ao professor.

2. Como você separaria uma mistura de açúcar e areia?

Resposta pessoal. Os alunos podem responder que uma das possibilidades seria colocar o açúcar e a areia na água e homogeneizar bem. Em seguida, a mistura deve ser filtrada para separar a água com açúcar da areia. Depois disso, a água com açúcar deve ser colocada na superfície de um prato, por exemplo, para que a água evapore e permaneça somente o açúcar no prato.

3. Observe a foto a seguir.

a) A mistura apresentada no copo A é homogênea ou heterogênea? Justifique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que essa mistura é heterogênea, pois é possível identificar diferentes porções dela, ou seja, formaram-se diferentes fases.

b) Como você faria para separar a água e a amostra de solo de modo que a maior parte do solo permaneça no copo A e seja possível transferir a maior parte da água para o copo B?

Resposta nas orientações ao professor.

c) Qual processo de separação de misturas você utilizou na situação apresentada no item b?

Resposta: Nessa situação foi utilizado o método de decantação.

4. O equipamento apresentado na imagem é usado pelo ser humano para remover sujeira dos ambientes, como residências. Nele, o ar carregado de poeira é sugado do ambiente e conduzido a uma câmara. As partículas ficam retidas em um saco de papel e os gases são expelidos para o exterior.

a) Qual é o nome desse equipamento?

Resposta: Aspirador de pó.

b) Qual é o método de separação envolvido em seu funcionamento?

Resposta: A filtração.

c) Nesse equipamento, o processo de separação de misturas que você citou no item b envolve a separação de componentes em quais estados físicos?

Resposta: Espera-se que os alunos citem que o ar está no estado gasoso e que as partículas de poeira estão no estado sólido.

d) O processo de separação de misturas realizado por esse equipamento será comprometido se o saco de papel dele furar? Explique.

Resposta nas orientações ao professor.

5. Em muitos casos de vazamento de óleo no mar, são instaladas barreiras flutuantes para evitar que o óleo se espalhe ainda mais e cause mais danos ao meio ambiente. Observe na foto a seguir um exemplo desse tipo de barreira de contenção.

a) Explique com suas palavras de que maneira as barreiras flutuantes evitam a propagação do óleo no mar.

Resposta: O objetivo desta questão é que os alunos reflitam sobre o óleo como um dos componentes de uma mistura. Espera-se que eles respondam que o óleo permanece na superfície da água do mar, pois não é dissolvido por ela e também é menos denso. Assim, as barreiras flutuantes evitam que essa porção superior se dissipe, atingindo outras áreas.

b) Realize uma pesquisa e converse com seus colegas sobre os danos que acidentes como o mostrado na foto podem causar ao ambiente e aos seres vivos.

Resposta: Os alunos podem citar que o óleo derramado pode provocar a morte por intoxicação de diversos animais, além de impregnar no corpo, dificultando a locomoção deles. Além disso, o óleo prejudica o desenvolvimento das plantas e dificulta a penetração da luz solar nos ambientes aquáticos.

6. Observe a ilustração do funil de decantação.

a) Como você utilizaria esse equipamento para separar os componentes de uma mistura heterogênea?

Resposta nas orientações ao professor.

b) É possível utilizar esse equipamento para separar misturas homogêneas? Por quê?

Resposta: Não, pois as misturas homogêneas não formam fases distintas, impossibilitando sua separação no funil de decantação.