Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12

8Substâncias puras e misturas

O rótulo de uma garrafa de água mineral lista uma dúzia de substâncias dissolvidas, com as quantidades em miligramas por litro. A água que sai do purificador de um laboratório não lista nenhuma. As duas são límpidas e incolores, as duas matam a sede — e, no entanto, só uma delas é o que um químico chama de pura. Este capítulo dá à palavra “pura” o seu sentido exato, e mostra como distinguir uma substância pura de uma mistura sem provar nada.

O que você já sabe

Misturar é juntar coisas diferentes; um sólido que se dissolve na água deixa o líquido límpido, e o líquido límpido é uma solução (Capítulo 2). As misturas podem ser separadas por peneiração, decantação, filtração e evaporação (Capítulo 3). Todo material tem propriedades que podem ser testadas: duro ou macio, transparente ou não, flutua ou afunda (Capítulo 1).

8.1 Espécies químicas e substâncias puras

Definição 8.1 (Espécie química)

Uma espécie química é um tipo determinado de substância, com nome próprio e propriedades próprias: a água, o açúcar, o sal, o oxigênio, o etanol (o álcool do vinho), o ferro.

Definição 8.2 (Substância pura)

Uma substância pura é formada por uma única espécie química e mais nada: a água destilada, um cristal de açúcar, um anel de ouro puro.

Definição 8.3 (Mistura)

Uma mistura contém várias espécies químicas. O ar, a água do mar, a água mineral, o leite, o granito e o suco de laranja são misturas.

Observação 8.4 (Puro na linguagem do dia a dia)

Uma caixa de “suco de laranja puro” quer dizer que nada foi acrescentado ao suco. Para um químico, o suco continua sendo uma mistura: água, açúcares, ácidos, vitaminas, corantes e aromas, muitas espécies químicas. A “água pura da montanha” também é uma mistura: água com sais dissolvidos.

A classificação da matéria. As caixas de baixo dão exemplos de cada tipo.

8.2 Misturas homogêneas e heterogêneas

Definição 8.5 (Misturas homogêneas e heterogêneas)

Uma mistura é uma mistura homogênea quando suas diferentes partes não podem ser distinguidas a olho nu, nem mesmo com uma lupa: ela tem o mesmo aspecto em toda parte. Ela é uma mistura heterogênea quando pelo menos duas partes diferentes podem ser vistas.

Exemplo 8.6 (Quatro misturas)

A água salgada e o ar são homogêneos: suas partes não podem ser vistas. O óleo sobre a água é heterogêneo: duas camadas. A água barrenta é heterogênea: grãos ficam em suspensão nela e se depositam. O suco de laranja com polpa é heterogêneo: os pedacinhos de polpa podem ser vistos.

Uma mistura homogênea e três misturas heterogêneas.

O granito: dá para ver grãos de três ou quatro minerais diferentes. Um sólido heterogêneo. Foto: Eurico Zimbres, CC BY-SA 2.0 br.

Observação 8.7 (Homogêneo não quer dizer puro)

A água salgada tem exatamente o aspecto da água pura. Olhar não basta para distinguir uma substância pura de uma mistura homogênea: é preciso medir alguma coisa.

8.3 Identificar uma substância pura por suas constantes

Proposição 8.8 (Uma substância pura tem constantes próprias)

Cada substância pura funde a uma temperatura fixa própria, ferve a uma temperatura fixa própria (à pressão normal) e tem uma massa própria para um dado volume, a sua densidade. Esses números são as suas constantes; o livro de física explica o que elas medem. Para algumas substâncias puras:

substância pura	funde a	ferve a	massa de $1\,\mathrm{cm}^{3}$
água	$0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	cerca de $1.0\,\mathrm{g}$
etanol	$-114\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$0.79\,\mathrm{g}$
propanona (acetona)	—	$56\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	$0.78\,\mathrm{g}$
sal (cloreto de sódio)	$801\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	—	$2.17\,\mathrm{g}$
ferro	$1538\,{}^{\circ}\mathrm{C}$	—	$7.87\,\mathrm{g}$

Proposição 8.9 (Uma mistura não tem temperatura de ebulição fixa)

Uma mistura não ferve a uma temperatura fixa: a água salgada começa a ferver um pouco acima de $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , e a temperatura dela continua subindo durante a ebulição, à medida que a água sai e o sal que fica para trás se torna mais concentrado.

Método 8.10 (Este líquido é puro? Qual é ele?)

Aqueça-o, no laboratório, e leia a temperatura dele durante a ebulição.
Se a temperatura fica fixa, o líquido provavelmente é uma substância pura: compare essa temperatura com uma tabela de constantes.
Se a temperatura continua subindo, é uma mistura.
Confirme com uma segunda constante, por exemplo a massa de um volume conhecido.

No laboratório — Ferver água salgada

O professor aquece lado a lado água pura e água salgada, cada uma com um termômetro dentro. A água pura ferve a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e fica nessa temperatura enquanto ferve. A água salgada começa a ferver um pouco acima de $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , e o termômetro vai subindo devagar, minuto após minuto.

8.4 A água, pura ou não

Exemplo 8.11 (Quatro águas)

A água destilada, produzida num laboratório, é quase exatamente uma substância pura: água e mais nada.
A água da torneira é uma mistura homogênea: água com pequenas quantidades de substâncias dissolvidas (uma gota seca num prato escuro deixa um anel branco).
A água mineral é uma mistura homogênea cujo rótulo dá as substâncias dissolvidas, em miligramas por litro.
A água do mar é uma mistura homogênea que contém cerca de $35\,\mathrm{g}$ de sais em cada quilograma.

Uma garrafa de água mineral: límpida e incolor, e mesmo assim uma mistura.

Exemplo 8.12 (Ler o rótulo de uma água mineral)

Um rótulo diz: cálcio $78\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , magnésio $24\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , sódio $5\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , hidrogenocarbonato (bicarbonato) $357\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , sulfato $10\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ , cloreto $4\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ . (Esses números são um exemplo.) Em um litro há $78 + 24 + 5 + 357 + 10 + 4 = 478$ mg de substâncias dissolvidas, cerca de meio grama: muito pouco ao lado dos $1000\,\mathrm{g}$ de água, mas o bastante para fazer dela uma mistura.

8.5 Exercícios

Exercício 8.1 ★

Substância pura ou mistura? Água destilada, ar, água do mar, um bloco de ferro puro, leite, um cristal de açúcar.

Solução

Solução de Exercício 8.1.

Substâncias puras: a água destilada, o bloco de ferro puro, o cristal de açúcar. Misturas: o ar, a água do mar, o leite.

Exercício 8.2 ★

Homogênea ou heterogênea? Água salgada, granito, óleo sobre água, água da torneira, granola.

Solução

Solução de Exercício 8.2.

Homogêneas: a água salgada, a água da torneira. Heterogêneas: o granito, o óleo sobre a água, a granola.

Exercício 8.3 ★

O que é uma espécie química? Dê três exemplos.

Solução

Solução de Exercício 8.3.

Um tipo determinado de substância, com nome e propriedades próprios: por exemplo a água, o sal, o etanol (e também o açúcar, o oxigênio, o ferro).

Exercício 8.4 ★

Um líquido ferve a $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , e a temperatura dele fica em $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ enquanto ele ferve. Use a tabela de constantes para sugerir o que ele é.

Solução

Solução de Exercício 8.4.

Uma temperatura de ebulição fixa sugere uma substância pura; $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ é a temperatura de ebulição do etanol.

Exercício 8.5 ★

Por que o “suco de laranja puro” não é uma substância pura para um químico?

Solução

Solução de Exercício 8.5.

Ele contém muitas espécies químicas (água, açúcares, ácidos, vitaminas, aromas): é uma mistura. “Puro”, na caixa, só quer dizer que nada foi acrescentado.

Exercício 8.6 ★★

Um líquido começa a ferver a $100.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e a temperatura dele sobe enquanto ele ferve. Ele é uma substância pura? O que ele poderia ser?

Solução

Solução de Exercício 8.6.

Não: uma substância pura ferve a uma temperatura fixa. É uma mistura, provavelmente água com alguma coisa dissolvida, como a água salgada.

Exercício 8.7 ★★

Olhe a figura dos quatro béqueres. Em que béquer um filtro poderia separar as partes da mistura? Em qual não poderia?

Solução

Solução de Exercício 8.7.

Um filtro poderia separar a água barrenta (os grãos ficam no papel) e o suco com polpa (a polpa fica). Ele não consegue separar a água salgada (o sal está dissolvido) nem o óleo da água (os dois líquidos passam; eles são separados despejando a camada de cima).

Exercício 8.8 ★★

Um cubo de metal de volume $10\,\mathrm{cm}^{3}$ tem massa $78.7\,\mathrm{g}$ . Qual é a massa de $1\,\mathrm{cm}^{3}$ ? Que metal da tabela ele poderia ser?

Solução

Solução de Exercício 8.8.

$78.7 \div 10 = 7.87\,\mathrm{g}$ para $1\,\mathrm{cm}^{3}$ : ferro.

Exercício 8.9 ★★

Com o rótulo de água mineral do exemplo, que porcentagem da massa dissolvida é hidrogenocarbonato? Arredonde para o número inteiro mais próximo.

Solução

Solução de Exercício 8.9.

$\frac{357}{478} \approx 0.747$ : cerca de $75\,\%$ .

Exercício 8.10 ★★

A água do mar contém cerca de $35\,\mathrm{g}$ de sais por quilograma. Que massa de sais há num balde de $2\,\mathrm{kg}$ de água do mar? Que porcentagem da massa da água do mar é sal?

Solução

Solução de Exercício 8.10.

$2 \times 35 = 70\,\mathrm{g}$ de sais. Porcentagem: $\frac{35}{1000} = 3.5\,\%$ .

Exercício 8.11 ★★★

Dois líquidos límpidos e incolores parecem idênticos. Descreva duas medidas, feitas num laboratório, que mostrariam se eles são a mesma substância pura.

Solução

Solução de Exercício 8.11.

Medir as temperaturas de ebulição (cada uma deve ficar fixa durante a ebulição, e as duas devem ser iguais) e pesar o mesmo volume de cada líquido (massas iguais). Duas constantes iguais, as duas fixas, indicam a mesma substância pura.

Exercício 8.12 ★★★

Uma mistura é feita de $90\,\mathrm{g}$ de água e $10\,\mathrm{g}$ de etanol. Que porcentagem da massa dela é etanol? Ela pode ser identificada com a tabela de constantes? Explique.

Solução

Solução de Exercício 8.12.

$\frac{10}{90 + 10} = 10\,\%$ de etanol. É uma mistura: ela não tem temperatura de ebulição fixa e não aparece na tabela, que só lista substâncias puras.

8.6 Problema: três líquidos incolores

Problema 8.1

Problema de fim de semana — três frascos sem rótulo de um líquido límpido e incolor, e as medidas que os distinguem

Um técnico de laboratório encontra três frascos, A, B e C, cujos rótulos caíram. Os três contêm um líquido límpido e incolor. O laboratório só usa três líquidos desse tipo: água destilada, etanol e água do mar trazida de uma saída de campo. O técnico faz três tipos de medidas, no laboratório.

Parte I — Olhar.

Os três líquidos parecem exatamente iguais. O técnico consegue saber, olhando, quais deles são substâncias puras? Explique.
Se um deles for uma mistura, ela é homogênea ou heterogênea?
Que tipo de medida pode mostrar que um líquido é uma substância pura?

Parte II — Medir. Cada líquido é aquecido até ferver. O líquido A ferve a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e a temperatura dele fica nesse valor. O líquido B ferve a $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e fica nesse valor. O líquido C começa a ferver a $100.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , e a temperatura dele continua subindo devagar. Depois, $50.0\,\mathrm{mL}$ de cada líquido são pesados: A $49.8\,\mathrm{g}$ , B $39.5\,\mathrm{g}$ , C $51.2\,\mathrm{g}$ .

Que líquidos são substâncias puras? Qual é uma mistura?
Com a tabela de constantes deste capítulo, dê o nome dos líquidos A e B.
Calcule a massa de $1\,\mathrm{mL}$ (isto é, $1\,\mathrm{cm}^{3}$ ) de cada líquido.
Essas massas concordam com a sua resposta à questão 5?
Por que a temperatura do líquido C continua subindo enquanto ele ferve?

Parte III — O que há no líquido C? Deixam-se $100\,\mathrm{mL}$ do líquido C secar num recipiente. Quando toda a água foi embora, restam $3.5\,\mathrm{g}$ de cristais brancos.

O que esse resíduo mostra sobre o líquido C?
Com a massa de $1\,\mathrm{mL}$ de C encontrada na questão 6, calcule a massa de $100\,\mathrm{mL}$ de C e depois a porcentagem da massa dele que é sal (com uma casa decimal).
A água do mar contém cerca de $35\,\mathrm{g}$ de sais em cada quilograma. Que porcentagem é essa? Compare com a questão 10.
Conclua: quantos gramas de sal cada litro do líquido C contém, e o líquido C é a água do mar?

Solução

Solução de Problema 8.1.

1. Não. Uma substância pura e uma mistura homogênea podem ter exatamente o mesmo aspecto: é preciso medir alguma coisa.

2. Homogênea: ela é límpida e suas partes não podem ser vistas.

3. Uma constante: uma temperatura de ebulição que fica fixa enquanto o líquido ferve (ou a massa de um volume conhecido, comparada com uma tabela).

4. A e B, cujas temperaturas de ebulição ficam fixas, são substâncias puras. C é uma mistura.

5. A ferve a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : água. B ferve a $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : etanol.

6. A: $49.8 \div 50.0 = 0.996\,\mathrm{g}$ . B: $39.5 \div 50.0 = 0.790\,\mathrm{g}$ . C: $51.2 \div 50.0 = 1.024\,\mathrm{g}$ .

7. Sim: cerca de $1.0\,\mathrm{g}$ para a água, $0.79\,\mathrm{g}$ para o etanol.

8. À medida que a água vai embora fervendo, o sal fica para trás, e o líquido que resta contém cada vez mais sal; ele passa então a ferver a uma temperatura mais alta.

9. O líquido C contém um sólido dissolvido: é uma solução, uma mistura, como a ebulição dele já tinha mostrado.

10. $100 \times 1.024 = 102.4\,\mathrm{g}$ ; $\frac{3.5}{102.4} \approx 0.034$ : cerca de $3.4\,\%$ da massa é sal.

11. $\frac{35}{1000} = 3.5\,\%$ : muito perto da questão 10.

12. $3.5\,\mathrm{g}$ em $100\,\mathrm{mL}$ , logo $3.5 \times 10 = 35\,\mathrm{g}$ de sal por litro. Pela salinidade e pelo comportamento na ebulição, C é a água do mar; A é a água destilada e B, o etanol.

Termos definidos neste capítulo

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