Estamos acostumados a definir mistura como a junção de duas ou mais substâncias que podem ser solúveis uma nas outras ou não. Logo, classificamos as misturas como homogêneas, quando não há separação de fases, em oposição, heterogênea, quando vemos separação de fases.

Mas todas as misturas são iguais? Vamos descobrir !

Tipos de misturas

As misturas podem ser classificadas em três tipos: soluções, suspensões e coloides. Vamos compreendê-la dando exemplos do dia a dia.

Primeiramente, vamos analisar três sistemas, um chá com açúcar, um suco de laranja e um copo de leite. Em todos os casos temos uma mistura, porém, com características diferentes.

Antes de mais nada, pegue um papel e uma caneta e tenta conectar os sistemas com os tipos de misturas.

Terminou? Então, vamos prosseguir!

No primeiro caso, quando dissolvemos açúcar em um chá, sem que este esteja supersaturado, não vemos a decantação do açúcar. Teste você mesmo! 

Se você passar o chá no filtro (desses que você coa café), o chá deixará de ficar doce? A esse tipo de mistura chamamos de solução.

Agora, vamos experimentar o suco de laranja. Faça um suco de laranja e não coe. Aparentemente, o suco está homogêneo, você classificaria-o como uma solução? Aguarde por um tempo e olhe o suco novamente. O que mudou? 

Certamente houve uma sedimentação no interior do copo, que ocorreu devido a força da gravidade. A esse tipo de mistura chamamos de suspensão. Por fim, pense agora no copo de leite. Primeiramente, coloque-o em um copo e aguarde-o por um tempo. Sedimentou?

Não né? Agora passe-o em um filtro. E aí? Esse tipo de mistura conseguimos separar em filtros muito finos. Sendo assim, denominamo-la soluções coloidais. Mas como definimos um coloide?

O que são coloides? 

Os coloides são definidos como mistura heterogênea de duas ou mais substâncias que não separam por ação da gravidade. Ainda, estas partículas possuem dimensões de 1 a 1000 nanômetros e estão dispersas uniformemente em um meio contínuo. 

Sendo assim, denominamos essas partículas como fase dispersa, e o meio como fase de dispersão.  Olhem a imagem abaixo, a diferenciação das misturas que fizemos anteriormente quanto ao tamanho de partículas.

Propriedades dos coloides

Você parou e pensou…. Por que os coloides não sofrem ação da gravidade?  Seria pelo tamanho das partículas?

Nesses sistemas coloidais as partículas estão em constante movimento. Contudo, esses movimentos são aleatórios e em alta velocidade que são oriundos das colisões que ocorrem na solução.

Portanto, definimos esse efeito como movimento browniano. Ao mesmo tempo, essas soluções ainda sofrem outro efeito. O efeito Tyndall. Imagina o que é? Vamos trabalhar um pouco nossa imaginação!

Pense em uma manhã ensolarada com um pouco de névoa. Nós conseguimos “ver” os feixes de raios solares, não é? O que está ocorrendo é o tal do efeito Tyndall.

E porque ele ocorre? Os coloides dispersam a luz pois as partículas possuem o mesmo comprimento de onda da luz visível. E sim, as gotículas de água dispersas no ar são um coloide.

Pegue dois copos e em um coloque um copo de água e no outro coloque leite. Em seguida, enfileire os copos e com o auxílio de uma lanterna ou laser coloque luz, fazendo com que ela passe dentro dos copos. Veja o que acontece! Interessante não?

Exemplo e classificação dos coloides

Sobretudo, será que as soluções coloidais são todas iguais? Esse tipo de mistura pode ser classificada por três aspectos. Ou seja, seu aspecto físico, sua natureza e seu comportamento termodinâmico. Vamos nos aprofundar!?

Aspecto físico

Os coloides seguem uma combinação binária entre os três estados da matéria e cada combinação possui uma denominação diferente, podendo ser exemplificado pela imagem abaixo.

Natureza

Quando separamos os coloides quanto sua natureza, estamos nos referindo se este é micelar, molecular ou iônico. Caso este seja micelar, a fase dispersa é composta por átomos, moléculas ou íons, por exemplo, enxofre em água. (Não teste em casa!)

Em contrapartida, quando molecular temos a mistura de macromoléculas unidas por ligações covalentes, por exemplo amido em água. Um exemplo prático (você pode fazer em casa). Lembram do vídeo onde as pessoas conseguiam andar por cima de uma “gosma” branca, a famosa areia movediça? É isso.

Por fim, a iônica é quando temos a fase dispersa apresentando densidade superficial de carga elétrica, por exemplo, proteínas e sais.

Estabilidade termodinâmica

Nesta classificação teríamos uma explicação mais teórica que não vem ao caso no momento. Contudo, em sóis e emulsões podemos classificar essa estabilidade mais facilmente sem o rigor teórico e com nomenclaturas que já conhecemos.

Logo, caracterizamos esses tipos de coloides em liofílicos, liofóbicos. Nos liofílicos temos a atração entre as partículas e o solvente. Em contrapartida, nos liofóbicos, temos a repulsão das fases. Em comparação, podemos classificá-los com hidrofílicos ou hidrofóbicos, quando o solvente for água.

Reflexão final  

Viram como os coloides estão presentes 24h em nossas vidas e nunca nos foi dito que essas mistura são chamadas COLÓIDES? Em suma, façam os experimentos em casa, aprendam na prática.  De preferência, se tiver uma criança por perto, mostre-a e veja qual a reação dela.

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Teremos muito mais teorias e práticas. Já que não podemos estar em um laboratório, vamos fazer de nossa casa um. E claro: SEM RISCOS !

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Sempre que vamos iniciar algum estudo procuramos saber o básico do que iremos estudar. Lemos o sumário e nos perguntamos qual valor será agregado. Ao iniciarmos um curso universitário, não seria por menos.

Além disso, nós fazemos os seguintes questionamentos: será que eu sirvo pra isso? Tenho conhecimento/base suficiente para realizar o curso?

Já se viram nessa situação, não é?!

Durante o curso de engenharia química, iremos nos deparar com diversos conceitos, que, com certeza, serão melhor detalhados por seus professores.

Vamos estar um passo à frente e aprender alguns conceitos básicos?

Operações na engenharia química

Antes de tudo, temos que considerar a economicidade do processo, afinal, os processos químicos demandam custos.

Desta maneira, podemos determinar qual regime de operação o nosso processo irá ocorrer, isso quer dizer, se irá operar de forma contínua ou descontínua.

Os processos contínuos, ou que estão em regime permanente, são mais econômicos pois lhe permite fazer o equipamento trabalhar de maneira contínua, realizando apenas paradas programadas. Essa condição é preferida para processos de larga escala.

Outra característica dos processos contínuos é que as variáveis do processo não se alteram com o tempo. Sendo assim, instalam-se equipamentos para controlar perturbações que possam vir a ocorrer.

Que perturbações são essas?

Queda na vazão, aumento do nível do vaso, pressão, temperatura.

Em contrapartida, as operações descontínuas, ou em regime transiente, são desejadas quando a possibilidade de corrosão é alta ou o processo é em pequena escala.

Grandezas e unidades.

Constantemente, nos deparamos com esses termos. Até mesmo no vestibular ou no ensino regular.

Contudo, ao se trabalhar os cálculos na engenharia química temos que nos atentar em qual sistema de unidades estamos trabalhando, pois há uma grande possibilidade de haver erros grosseiros que podem custar caro.

Estamos acostumados a utilizar m (metros) como unidade de comprimento, ºC (grau celsius) para temperatura e atm para pressão. Todavia, no mundo dos adultos não é essa maravilha.

Ah! Mas não é pra isso que serve o S.I. (Sistema Internacional) ?

Sim, ou melhor, deveria ser.

Por exemplo, vamos começar com a temperatura. Nos Estados Unidos utiliza-se  Fahrenheit. 

E aí? O que faz? Reclama? Não interage com o outro engenheiro?

Vamos fazer uma discussão mais avançada?

Número de Reynolds

Vamos dizer que você queira calcular o Número de Reynolds e que seu fluido de escoamento seja água.

Analogamente, suponha que você receba a especificação de uma tubulação em polegadas, usual na indústria química, e a massa específica da água é dada em kg/m3.

Como ficaria esse cálculo se o Reynolds é adimensional? Faça essa análise!

Uma pequena variação pode fazer você projetar um sistema em que o regime deve ser turbulento, mas na verdade ele é laminar.

Outro termo com o qual irão se deparar é a vazão, que nada mais é a quantidade de fluido que irá escoar em um certo tempo. 

Essa quantidade pode ser dada em unidades de volume, massa ou quantidade de matéria.

Em resumo, o importante aqui não é apenas saber as relações de conversão, converter as unidades adequadamente, mas também, ter uma noção de grandeza.

Neste ponto foram abordadas apenas unidades básicas. A massa já dominamos bem, se a partir deste ponto falar apenas em toneladas, vocês rapidamente terão noção de quanto vale em quilogramas. 

Agora imagina falar em vazão em kmol/h. Ou energia em Btu. Volume em m3.

Tipos de escoamento na engenharia química

Acima, eu disse que pelo cálculo de Reynolds podemos descobrir se o escoamento é laminar ou turbulento. Agora, vamos falar da direção do escoamento.

E mais adiante falaremos sobre operações unitárias na engenharia química e veremos que dois fluidos podem escoar de duas formas, a saber: 

Em contracorrente, quando os dois fluidos escoam em direções opostas, paralelo, quando os fluidos escoam na mesma direção e, por fim, mas não tão utilizado, perpendicular.

Similarmente, essas correntes podem entrar em contato ou não, a depender do processo/operação, por exemplo: se queremos transferir massa entre as correntes estas devem entrar em contato, em contrapartida, se queremos apenas transferir energia, haverá uma interface e essas correntes não entram em contato.

Mas Paulo, faz tanta diferença? 

Usualmente, na engenharia química, trabalhamos com as correntes escoando em contracorrente, pois nos permite uma maior transferência de massa e energia.

Ou seja, faz diferença.

Operações unitárias da engenharia química

Qualquer que seja o processo químico, possuímos equipamentos que causam apenas mudanças físicas no material, ou seja, não entra em questão o reator.

O conjunto dessas operações na engenharia química é conhecido como operações unitárias. Ainda assim, temos uma macrodivisão entre essas operações, que é a que se segue: transporte de material, transferência de calor, mistura e agitação, separação e manuseio de material.

A começar pelo transporte de material, temos, por exemplo, as bombas (centrífugas e volumétricas) e os compressores.

Existem diferenças?

Sim ! As bombas servem apenas para fluidos líquidos e compressores para gases. 

Já para a transmissão de calor, temos os trocadores de calor, que nos permitem transmitir energia térmica entre duas correntes. Na indústria, possuímos vários tipos de trocadores, casco e tubo, placas, grampos e também, podem ter múltiplos passes.

Sobretudo, cabe salientar que os reboilers e condensadores funcionam também como trocadores de calor. Os agitadores visam homogeneizar a mistura dos materiais. Para essas operações temos os vasos com agitador.

As operações de separação formam o maior de operações.

E quais são elas?

Para ilustrar, temos a destilação, absorção, adsorção, secagem, extração líquido-líquido, evaporação, cristalização…

Entretanto, cada equipamento possui uma característica específica, por exemplo, a destilação leva em consideração a diferença de volatilidade dos componentes da mistura.

Mas, dentro da própria destilação possuímos segregação, temos destilação atmosférica, destilação criogênica, destilação extrativa. Em resumo, a escolha da operação unitária, ou do conjunto de operações vai depender das características da corrente de interesse.

Por fim, para manuseio de material, uma das técnicas que podemos lançar mão é a moagem.

Ao longo do curso de engenharia química, aprenderemos esses e muitos outros conceitos que servirão como suporte para nos tornarmos engenheiros químicos. 

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