8{ }^{\underline{\text { a }}} ) Concurso Petrobras Engenheiro (a) de Processamento Junior (2008)
A extração líquido-líquido é um método de separação mais eficiente que a destilação,
I: no caso de substâncias inorgânicas complexadas ou dissolvidas em soluções aquosas ou orgânicas.
II: no caso da separação de mistura estar de acordo com o tipo químico e não com a volatilidade relativa.
III: no caso de misturas que formam azeótropos.
(A) Apenas um item está certo.
(B) Apenas os itens I e II estão certos.
(C) Apenas os itens I e III estão certos.
(D) Apenas os itens II e III estão certos.
(E) Todos os itens estão certos.
Passo 1
Vou deixar bem claro o que o enunciado pede e quais são as afirmações a avaliar. O enunciado apresenta a frase inicial: “A extração líquido-líquido é um método de separação mais eficiente que a destilação,” seguida de três itens que justificam essa afirmação. Preciso dizer quais desses itens são corretos:
I: “no caso de substâncias inorgânicas complexadas ou dissolvidas em soluções aquosas ou orgânicas.”
II: “no caso da separação de mistura estar de acordo com o tipo químico e não com a volatilidade relativa.”
III: “no caso de misturas que formam azeótropos.”
A pergunta é escolher a alternativa correta entre (A) a (E) indicando quais itens são verdadeiros.
Passo 2
Primeiro, vamos entender, de maneira bem didática, o que é extração líquido-líquido (LLE) e em que ela difere da destilação.
Extração líquido-líquido (LLE): é um processo em que duas fases líquidas imiscíveis (ou parcialmente imiscíveis) são colocadas em contato para que uma ou mais espécies se repartam entre essas fases segundo suas afinidades. A ideia central é que uma substância A tem concentrações diferentes nas duas fases em equilíbrio; isso é descrito pela lei de partição (Lei de Nernst) por um coeficiente de partição
K = \frac{C_A^{\text{fase org}}}{C_A^{\text{fase aq}}},
onde C_A^{\text{fase org}} é a concentração de A na fase orgânica e C_A^{\text{fase aq}} é a concentração de A na fase aquosa (ou na outra fase líquida). Se K for grande, A prefere a fase orgânica; se K for pequeno, prefere a fase aquosa. A separação depende desse equilíbrio de solubilidade/afinidade, não de ponto de ebulição.
Destilação: separa componentes com base na diferença de volatilidades (pontos de ebulição). É adequada quando há diferença significativa na volatilidade relativa dos componentes; quando isso não existe (ou existe uma mistura azeotrópica) a destilação simples não funciona bem.
Resumo rápido: LLE separa por solubilidade/afinidade química; destilação separa por volatilidade.
Passo 3
Avaliação do item I:
“I: no caso de substâncias inorgânicas complexadas ou dissolvidas em soluções aquosas ou orgânicas.”
Explicação e razão:
Muitas substâncias inorgânicas (íons metálicos) são pouco voláteis, logo a destilação não as separa (destilação funciona por volatilidade). Porém, esses íons podem ser “complexados” com ligantes orgânicos (formando complexos neutros ou lipofílicos) que aumentam sua afinidade por uma fase orgânica. Assim, através de um agente complexante apropriado na fase orgânica, o íon inorgânico pode ser transferido da fase aquosa para a fase orgânica. Esse é um procedimento comum em hidrometalurgia e em análises químicas (ex.: extração de metais com ésteres fosfínicos, xantatos, etc.).
Logo, a extração líquido-líquido é realmente uma técnica adequada e frequentemente mais eficiente que destilação para esses casos.
Conclusão do item I: verdadeiro.
Passo 4
Avaliação do item II:
“II: no caso da separação de mistura estar de acordo com o tipo químico e não com a volatilidade relativa.”
Explicação e razão:
Destilação separa pelo critério de volatilidade (pontos de ebulição relativos). Se a separação desejada depende mais de afinidades químicas (por exemplo, separar um ácido orgânico de uma solução aquosa, ou extrair uma base orgânica para a fase orgânica ajustando o pH), então LLE é a ferramenta adequada, porque usa diferença de solubilidade/afinidade química entre fases.
Exemplo concreto: para separar um ácido orgânico de água pode-se extrair com um solvente orgânico apropriado (ou converter o ácido em sua forma neutra para que migre para o orgânico); isso não tem nada a ver com volatilidade.
Portanto, a afirmação de que LLE é indicada quando a separação depende do tipo químico e não da volatilidade está correta.
Conclusão do item II: verdadeiro.
Passo 5
Avaliação do item III:
“III: no caso de misturas que formam azeótropos.”
Explicação do que é azeótropo e como LLE entra:
Azeótropo: mistura líquida de dois (ou mais) componentes que, ao ferver, produz vapor com a mesma composição da fase líquida; isso faz com que a destilação simples não consiga separar completamente os componentes porque a composição do vapor é igual à do líquido no ponto azeotrópico.
Quando há azeótropos, a destilação simples é ineficiente ou inviável para obter separação total; técnicas especiais (destilação azeotrópica, destilação extrativa, uso de agentes formadores de azeótropos, ou adição de um terceiro componente) são necessárias.
A extração líquido-líquido pode ser uma alternativa apropriada quando os componentes têm diferentes afinidades por um solvente extrator. Se um dos componentes preferir a fase extratora, a LLE pode separar os dois mesmo quando eles formam azeótropos na destilação. Há muitos casos práticos onde LLE resolve problemas que a destilação não resolve bem por causa do azeótropo.
Observação técnica: LLE só é útil se houver diferença de solubilidade/afinidade entre as fases; em alguns azeótropos específicos isso pode não ser prático, mas a afirmação do enunciado é genérica e quer indicar situações em que LLE é mais eficiente que destilação — e, de fato, azeótropos são uma das principais razões para não usar destilação simples e optar por LLE ou por outras técnicas.
Conclusão do item III: verdadeiro (no contexto prático/útil da comparação com destilação).