A filtração nos processos químicos

Frequentemente, os processos químicos exigem a separação dos compostos de um determinado sistema, seja na fabricação de fármacos, na síntese de um composto inorgânico ou ainda no refino de metais. Tal separação depende da finalidade do processo, e pode variar desde métodos de destilação à separação por cromatografia de coluna, por exemplo. No entanto, uma forma simples e comumente utilizada é a filtração.

O que é filtração e para que serve?

A filtração é um processo de separação de sólidos e líquidos, realizada a partir do uso de um filtro poroso que, dependendo de suas especificações, pode reter partículas de diferentes tamanhos. Esse método de separação de misturas é antigo, e suas primeiras utilizações datam do século 2000 a.C., num sistema feito de rocha porosa de calcário com a finalidade de purificar a água da região do Egito. Desde então, com o advento de novas tecnologias e o avanço do conhecimento científico, filtros mais eficientes e específicos para cada processo foram desenvolvidos.

Além disso, a filtração não é usada apenas na área química, e utilizações mais gerais podem ser facilmente lembradas, como no preparo de café e em umas das etapas do tratamento de água, por exemplo.

Figura 1. Exemplos de processos do cotidiano que utilizam a filtração. À esquerda, visualiza-se o preparo do café, enquanto à direita observa-se o tanque de filtragem utilizado nas estações de tratamento de água. Fontes: NaturalTec, Blog do Enem.

Tipos de filtração

De maneira geral, há dois tipos mais comuns de filtração: a simples e a vácuo. No processo de refino de metais, ambas são extensamente utilizadas, e a escolha de qual é a ideal para o processo depende do tipo de substância que se está trabalhando, o tempo disponível para a realização da etapa, entre outros.

• Filtração simples — o sistema de filtração simples pode ser montado com apenas um papel filtro, um funil de vidro e uma vidraria adequada para receber o filtrado (normalmente, utiliza-se um Erlenmeyer).

  
  

Figura 2. Sistema de filtração simples.

O papel filtro usado também depende da finalidade do método, e pode ser tanto quantitativo quanto qualitativo. O papel quantitativo é usado normalmente quando há interesse na massa do resíduo separado para posteriores cálculos, muito comum em análises gravimétricas e da química quantitativa; já o segundo tipo é indicado para filtragens gerais, na qual o intuito é apenas separar – e não quantificar – o sistema “papel + resíduo” resultante da separação. Além disso, ambos os tipos de papéis possuem gramaturas diferentes e, por isso, vale atentar aos parâmetros como o nível de dureza da amostra e a eficiência esperada para a filtração para fazer a escolha correta. (Atenção! O filtro de café não é uma alternativa aos papéis filtro de laboratório, pois possui furos ao longo de sua “costura” que deixam o sólido passar, tornando a filtragem ineficiente).

É válido ressaltar, ainda que esse tipo de filtragem é mais lento, pois o líquido é escoado apenas pela ação da gravidade. Entretanto, alterar a dobradura do papel da forma simples para a forma pregueada resulta no aumento da área de contato entre o sólido e a interface de separação, acelerando um pouco mais o processo.

Figura 3. Como obter as dobraduras simples e pregueada do papel filtro, respectivamente.

• Filtração a vácuo — diferentemente da filtração simples, o processo de filtração a vácuo conta com, além da ação da gravidade, o vácuo do recipiente abaixo do filtro. Esse fato faz com que exista uma diferença de pressão entre os meios externo e interno, tornando o processo muito mais rápido e deixando o papel filtro mais seco ao final da filtragem.

  
  

  Em relação à montagem do sistema, o aparato necessário é um pouco mais complexo do que o utilizado para a filtração simples. Nesse caso, é necessário um kitassato, um funil de Büchner (que é colocado sobre o kitassato), papel filtro, uma alonga de borracha e uma mangueira (utilizada para conectar o kitassato à fonte de vácuo) e uma bomba de vácuo. Em alguns casos, é indicado o uso de um frasco lavador de gases (ou trap) para evitar que líquidos entrem na bomba de vácuo e afetem o funcionamento do equipamento. Desse modo, o trap é conectado junto à saída do kitassato e à fonte de vácuo, conforme mostra a Figura 4.

Figura 4. Sistema de filtração a vácuo sem lavador de gases (1) e com lavador de gases (2).

Cuidados gerais no processo de filtração

Assim como qualquer outro processo realizado na área química, é essencial que alguns parâmetros sejam seguidos e conferidos para garantir a eficiência da filtração e a consequente separação ideal entre o filtrado e o resíduo. Nesse sentido, quando falamos da filtração a vácuo, é necessário confirmar se todo o papel filtro está em contato com a superfície do funil de Büchner, sem a existência de bolhas ou dobras, uma vez que a presença dessas interferências impede a total vedação e a pressão ideal gerada pelo vácuo. Além disso, é ideal que a ponta do funil esteja voltada para o lado contrário à saída do vácuo, pois dessa forma a possibilidade de perda do filtrado por ação do vácuo é minimizada.

Outra dúvida frequente na área do refino é se a filtração pode ser feita com os líquidos quentes, e a resposta para essa questão é não. É recomendado que o líquido seja filtrado apenas após estar à temperatura ambiente, pois caso contrário vapores ácidos podem ser gerados e levados para a bomba de vácuo (diminuindo a vida útil do equipamento) e o ácido pode atacar e reagir com o papel filtro, o que resulta no entupimento e na maior lentidão do processo.

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