Indústria de dessalinização da água pelo processo de osmose reversa

Dessalinização da água do mar por osmose reversa: um processo INTERESSANTE!!!

           A Osmose é uma Propriedade Coligativa conceituada como a passagem de solvente através de membranas semipermeáveis. Daí o significado da origem grega de seu nome: osmós = impulso.  

          Neste processo, há a difusão de solvente da solução menos concentrada (ou mais diluída) para a mais concentrada (menos diluída), igualando assim a concentração de ambas as soluções.
         
         No entanto, principalmente em regiões à beira-mar, que possuem pouca água potável, utiliza-se uma técnica para transformar água salgada em água doce, isto é, no sentido oposto ao da osmose descrita. Chama-se, portanto, osmose reversa ou osmose invertida (ou ainda inversa). Neste processo, o solvente passa pela membrana semipermeável no sentido da solução mais concentrada para a menos concentrada.

        Com este objetivo de dessalinizar a água do mar, têm-se construído muitas usinas, como a de Yuma no Arizona (Estado Unidos), que tem a capacidade de produzir 72 milhões de galões de água pura por dia. Em 2010 foi inaugurada em Israel a maior usina de dessalinização do mundo. Feita para produzir 127 milhões de metros cúbicos de água por ano – o suficiente para abastecer um sexto da população israelense.

       Outros exemplos são as ilhas gregas, as ilhas de Fernando de Noronha no Brasil, a ilha de Páscoa e a ilha de Malta. Além também de usar este processo na água salobra (que vem do subsolo, contendo muito sal) em certas regiões do nordeste brasileiro.

        Mas, como isso é possível? Isto se dá em razão da pressão osmótica, isto é, a pressão externa que se aplica sobre a solução, para impedir a entrada de água pura. Se esta pressão for bastante aumentada, obtêm-se a osmose reversa, em que há a passagem da água da solução para a água pura.

Jardim Colorido: Uma experiência sobre Osmose

Osmose um fenômeno muito comum no cotidiano

             Por exemplo, uma prática comum usada para conservar carnes é salgá-la. Nesse caso, o meio externo está mais concentrado (por causa do sal) e o meio interno (interior das células da carne) está menos concentrado, por isso ocorre a saída de água das células de micro-organismos que poderiam causar a deterioração da carne. Assim, ela permanece conservada por mais tempo. A osmose em carne salgada garante sua conservação por mais tempo.

            Isso também ocorre quando vamos fazer uma salada com folhas cruas, tais como a alface. Você já reparou que quando temperamos a salada, depois de algum tempo as folhas murcham? Isso ocorre justamente porque a água difunde das células vegetais da alface (meio menos concentrado) para o meio mais concentrado, que é a solução de vinagre e sal.

          O contrário também é verdadeiro, se colocarmos a alface na água, ocorrerá passagem de solvente do meio externo para dentro das células vegetais, com isso a alface ficará mais vistosa. Outra técnica de conservação de alimentos são as chamadas “compotas”, em que frutas são colocadas em calda. Como a calda está mais concentrada, pois contém uma elevada quantidade de açúcar, ocorrerá a osmose na fruta, com a saída de água das células dos micro-organismos, também conservando a fruta por mais tempo.

Outra situação na osmose acontece quando duas soluções, o solvente da solução mais diluída passaria para a menos diluída, enquanto que a membrana semipermeável não permitiria que as moléculas do soluto passassem de uma solução para a outra

Na osmose sempre ocorre a passagem do solvente (geralmente a água) da solução mais diluída para a mais concentrada (ou menos diluída)

CONCEITO DE OSMOSE:

           Osmose é uma das Propriedades Coligativas. O fenômeno da osmose acontece quando colocamos duas substâncias em contato com uma membrana semipermeável (ou parede porosa) entre elas, ocorrendo, assim, a difusão do solvente de uma substância para a outra de modo espontâneo. Na osmose sempre ocorre a passagem do solvente (geralmente a água) da solução mais diluída para a mais concentrada (ou menos diluída). Se no caso fossem duas soluções, o solvente da solução mais diluída passaria para a menos diluída, enquanto que a membrana semipermeável não permitiria que as moléculas do soluto passassem de uma solução para a outra.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE CRIOSCOPIA E EBULIOSCOPIA

COPIE E COLE NO NAVEGADOR

http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/propOfSoln/colligative.html

CONCEITOS EBULIOSCOPIA

Ebulioscopia é o estudo do aumento da temperatura de ebulição de um solvente quando nele se dissolve uma substância não-volátil.

A variação da temperatura de ebulição ocorre com a variação da pressão externa. 

Ao adicionar um soluto não-volátil a um solvente líquido, também ocorre a elevação da temperatura de ebulição. O soluto não-volátil dificulta a evaporação das moléculas, consumindo a sua energia cinética.

Lei de Raoult:

A elevação do ponto de ebulição de um líquido, pela dissolução de uma substância não-volátil (dando solução molecular), é diretamente proporcional à concentração da solução em mol por quilograma de solvente. 

∆te = Ke . Mm

Onde:

∆te: elevação da temperatura de ebulição 

Ke: constante ebuliométrica (característica do solvente)

Para solução eletrolítica:

∆te = Ke . Mm . i

ATIVIDADE EXPERIMENTAL EBULIOSCOPIA

Esta atividade experimental deverá nortear a explanação dos conceitos de EBULIOSCOPIA.

MATERIAIS

Água destilada, açúcar, sal de cozinha, termômetro, três béqueres , uma lamparina.

PROCEDIMENTO

Preparar os três sistemas indicados no quadro, em seguida aquecê-los utilizando a lamparina e medir a temperatura de ebulição utilizando o termômetro e anotar no quadro ao lado.

Experimento	Sistema	Temperatura de ebulição do sistema
1	250ml de água destilada
2	250ml de água + 50g de açúcar
3	200ml de água + 50g de sal

RESULTADOS

Pedir para os estudantes anotarem os resultados em uma planilha para posteriormente entregar  para o professor um relatório onde os dados devem ser apresentados na forma de gráfico promovendo assim uma aprendizagem interdisciplinar.

Durante a atividade o professor deverá questioná-los sobre o que irá acontecer e pedir sempre uma justificativa das resposta. 

ATIVIDADE EXPERIMENTAL

Esta atividade experimental deverá nortear a explanação dos conceitos de Crioscopia.

MATERIAL E MÉTODOS: 

MATERIAIS E REAGENTES

Seringa 10mL
Vidros de injeção ou tubos de ensaio
Sal grosso
açúcar
Colher descartável
Caixa de isopor
Água
Gelo
Copo de vidro
Copo descartável de 50 mL

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

• Preparar uma solução dissolvendo uma colher de chá de açúcar em meio copo d’água e colocar em um tubo de ensaio;
• Colocar 5 mL de água em outro tubo de ensaio;
• Colocar os dois tubos de ensaios em uma caixa de isopor, preencher com sal grosso e gelo picado na proporção aproximada de 1:3, respectivamente;
• Fechar a caixa de isopor e observar a cada minuto em qual dos tubos de ensaio a água congela mais rápido.

RELATÓRIO

Pedir para os estudantes anotarem os resultados em uma planilha para posteriormente entregar  para o professor um relatório onde os dados devem ser apresentados na forma de gráfico promovendo assim uma aprendizagem interdisciplinar.

Durante a atividade o professor deverá questioná-los sobre o que irá acontecer e pedir sempre uma justificativa das respostas.

CONCEITOS CRIOSCOPIA

Ao nível do mar, a água "pura" congela em 0ºC, esse é o seu ponto de fusão. No entanto,

se acrescentarmos algum soluto como por exemplo sal ou açúcar à água, ela demorará mais para congelar, ou seja, o seu ponto de fusão irá diminuir, atingindo valores abaixo de 0ºC.

Porque isto ocorre?

A crioscopia é  o estudo do abaixamento da temperatura de fusão de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não volátil e por ser uma propriedade coligativa, ela depende somente da quantidade de espécies envolvidas e não da sua natureza. 

Por exemplo, o ponto de fusão de uma solução de glicose de concentração 1 mol é de – 1,86 ºC; enquanto se sua concentração for de 2 mol, o ponto de fusão diminuirá ainda mais, passando a ser igual a – 3,72ºC. 

C₆H₁₂O₆(s) + H₂O_(l) → C₆H₁₂O_6(aq)

No caso de compostos iônicos dissolvidos, temos que levar em consideração os íons que se dissociarão. Por exemplo, uma solução de cloreto de sódio (NaCl - sal de cozinha) 1 mol possui o ponto de fusão igual a – 3,72ºC, sendo igual ao da solução de glicose 2 mol. Isso acontece porque, na verdade, para cada mol de NaCl dissolvido, é formado 2 mols de íons (1 mol de cátions Na⁺ e 1 mol de ânions Cl^-).

NaCl_(s) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)

Matematicamente, esse abaixamento do ponto de congelamento pode ser calculado pela seguinte expressão:

∆tc = Kc . C . i

Em que:

∆tc = variação da temperatura de congelamento;
Kc = constante crioscópica específica para cada solvente;
C = molalidade;
i = vator de Van’t Hoff (quantidade de partículas produzidas por fórmula de soluto)

ESTUDO DE CASO

A QUÍMICA DO SORVETE

Atualmente, o sorvete é feito basicamente com água (presente na composição do leite ou das frutas incorporadas à receita), adoçante (açúcar ou xarope de milho), leite e gordura de leite – a responsável pela textura macia desta sobremesa. Ao sorvete também podem ser adicionados aromatizantes para dar cheiro e sabor.

Por fim, os sorvetes cremosos contam com um componente pra lá de curioso. Algo entre um quinto e metade de seu volume total é feito de… ar! Isso mesmo que você leu. Esse ingrediente, incorporado à mistura durante os estágios iniciais do congelamento, é fundamental para a textura do produto final.

Se você somente misturar muito bem os ingredientes sem batê-los para entrada de ar e simplesmente levá-los ao congelador, depois de algumas horas terá deliciosos picolés, em vez de sorvete.

Como você explica a textura CREMOSA E GELADA do sorvete?

Material complementar tonoscopia

Como forma de pesquisa complementar ou fonte de atividades de sistematização, segue o Livro Química geral, onde a partir da página 420, estão elencados os principais conceitos e conhecimentos sobre propriedades coligativas

Atividade experimental sobre Tonoscopia

 Depois de realizada a problematização da atividade, torna-se necessária a realização da atividade experimental onde serão discutidos os conceitos abordados no inicio da postagem. Como atividade experimental. sugere-se a seguinte realizada com materiais de fácil aquisição e por ser realizada por estudante sem grandes riscos.

      Através da atividade experimental devem ser discutidos os conceitos elencados principalmente na apresentação, onde quando adiciona-se diferentes solventes alteramos as propriedades das soluções criadas, sendo desta forma uma forma de aplicar os conhecimentos prévios sobre soluções. Deve-se ressaltar que os estudantes devem criar suas hipóteses sobre as atividades que estão sendo desenvolvidas, e que a construção do conhecimento deve ser realizada em grupos.

Problematização ao tema

          Como forma de problematização deste tema sugere-se o questionamento sobre o motivo pelo qual a diferença de altitude influencia no cozimento de alimentos. Como pode ser evidenciado a seguir:


           É bem sabido que o ponto de ebulição da água ao nível do mar (pressão atmosférica igual a 1 atm ou 760 mmHg e altitude igual a zero) é igual a 100ºC. No entanto, se fervermos a água em Brasília, o valor da temperatura de ebulição será um pouco menor, aproximadamente igual a 98,3ºC. 

Qual o motivo deste fenômeno? 

             O processo também ocorre em altitudes inferiores ao nível do mar, como no exemplo:

Conceitos sobre Tonoscopia

    Está é a primeira etapa da sequência didática, sendo destinada ao professor onde encontram-se os conceitos teóricos a serem abordados com os estudantes.

Considere um cilindro ligado a um manômetro, contendo no seu interior um líquido puro (solvente). Considere outro cilindro, também ligado a um manômetro, só que contendo no seu interior um solvente misturado com um soluto X não-volátil (solução). 

         A partir desta experiência, vamos notar que a pressão de vapor da solução é menor que a do solvente puro, isto ocorre, pois as partículas do soluto X consomem a energia cinética das moléculas do solvente, não permitindo que parte destas receba o estado de vapor. 

        As partículas dispersas formam uma barreira, dificultando a movimentação das moléculas do solvente do líquido para a fase gasosa. 

         O abaixamento da pressão de vapor pode ser visualizado no gráfico a seguir:

              Dessa forma chegamos a lei de Raoult: “O abaixamento relativo da pressão máxima de vapor de um líquido, produzido pela dissolução de uma substância não-volátil (dando solução molecular), é diretamente proporcional à concentração da solução em mol por quilograma de solvente (Mm).”

Esta mesma explicação pode ser evidenciada na seguinte apresentação: 

O seguinte trabalho busca uma forma de significar os conhecimento de propriedades coligativas, conteúdo muitas vezes não trabalhados pelos professores do ensino médio devido sua complexidade. Como forma pedagógica diferenciada, utiliza-se as atividades experimentais de cunho investigativos, onde os estudantes deverão problematizar as mesmas propondo alternativas para solução de situações problemas.

Dessa forma, a seguinte sequência serve como alternativa metodológica e epistemológica para o uso da atividade experimental como forma de construção do conhecimento.