Água Reagente

Além dos métodos de tratamento da água por diferentes tipos de filtros:
 




Filtração da Água.

- Onde pode-se adquirir água com alto grau de esterilidade através da osmose reversa. 
- Ou água sem a presença de íons (como o Ca^2+ que na presença de CO2 forma sal insolúvel) pela filtração de troca iônica.
- Pode ser conseguido também por filtração com uma peneira molecular a separação da água de substâncias miscíveis nela.
- E mais comumente a filtração da água em filtros com carvão ativado que se obtém a água potável. Nesses filtros ocorre a retirada de matéria orgânica e partículas sólidas da água.

Água Reagente

A água é uma substância muito importante para a preparação de reagentes em laboratórios clínicos, também utilizada em farmácias para manipulação de soluções, além de poder ser utilizada para reações analíticas nos laboratórios, verificando a qualidade de produtos, entre outros processos.

Porém essa água reagente necessária, muitas vezes precisa estar muito purificada, em laboratórios costuma-se utilizar normalmente três tipos de água que são classificadas de acordo com seu grau de pureza e consequentemente de esterilidade:

- Água reagente tipo I:

Água ideal para utilização em procedimento de laboratório em geral, pois não produz interferência na preparação de reagentes nem nas substâncias que forem nela dissolvidas.

É uma água estéril e de alto grau de pureza, inclusive sem presença de íons. 
Deve-se ter muito cuidado em sua produção e estoque para que mantenha suas características de tipo I.


- Água reagente tipo II:


Água usada para procedimentos onde a presença de bactérias é tolerada, normalmente utilizada em laboratório de análises clínicas para dissolver e diluir amostras.


- Água reagente tipo III:

Água utilizada na lavagem e enxágue preliminar de vidrarias.


- Água reagente especial:

É preparada com a remoção de determinados contaminantes de acordo com o necessário para a utilização.

 
* Essas águas utilizadas para o preparo de reagentes e outros processos laboratoriais podem ser adquiridas por diferentes processos como:

Destilação (Não elimina sais inorgânicos e íons), deionização (obtém água sem íons), osmose reversa (obtém água estéril), adsorção por carvão (obtém água potável), nanofiltração (obtém água sem alguns íons e estéril), entre outros.

O processo que será utilizado para a sua obtenção dependerá do tipo de água que será necessária.


A nanofiltração é um tipo de osmose reversa com utilização de ultrafiltros.

A água pode ser obtida também por oxidação e esterilização por ultravioleta, oxidando matéria orgânica na água e os raios UV destroem o DNA e RNA de micro-organismos, causando sua morte.

Centrifugação

Centrifugação é um método de separação por densidade.

1 G é a medida da força da gravidade a nível do mar, na centrifugação se aumenta essa força até 10^6 de vezes.

A separação por densidade é um processo natural que ocorre por conta da gravidade.
A centrifugação é a aceleração desse processo.


- Pode ser usado para separar sólido de líquido, líquido de líquido e gás de gás (como acontece com o enriquecimento de urânio, na separação dos isótopos).

- A força de uma centrifugação depende do raio de rotação e da velocidade de rotação.


* Força centrífuga: É a força que as substâncias exercem de fuga do centro de rotação. (força que exerce para fora do eixo, surge pela inércia).

* Força centrípeta: É a força que puxa para o centro (que faz ocorrer a rotação).

Fc = r . W^2

Fc: Força centrífuga.
r: Raio da rotação.
W: velocidade angular ou velocidade de rotações (rpm -rotações por minuto-).

Para acelerar o processo de centrifugação é possível aumentar o eixo de rotação (então terá que aumentar a força) ou aumentar a velocidade angular.

A força centrípeta é sempre igual a força centrífuga.


* Outros fatores que determinam a velocidade de sedimentação (além da diferença de densidade entre as substâncias):

- Tamanho da Partícula.

- Forma da Partícula.

- Viscosidade do Meio.



Por exemplo partículas menores de uma substância demoram mais para cair no chão do que as maior.
Quando é um pó muito fina, pois os gases do ar conseguem interferir no movimento desse pó.
As moléculas dos gases do ar estão constantemente em movimento caótico e a força de colisão delas com partículas muito pequenas consegue dispersá-las por mais tempo no ar.

Então quanto menor a partícula menor a velocidade de criação de sedimento.


- Quanto maior a viscosidade do meio, menor também será a velocidade de sedimentação.


Ao se preparar uma centrifugação o peso dos copos na centrífuga devem ser iguais, para não causar desequilíbrio quando começar a rodar.


- As centrífugas podem ser refrigeradas para evitar o aquecimento do material durante as rotações.

- São fechadas para proteger contra acidentes.

- Podem ser a vácuo para diminuir a resistência do ar e necessitarem de menos força para girar.

- O copo das centrífugas pode ser móvel, pode ser com ângulo fixo (quando começam a girar, os copos se inclinam ficando mais rápido das partículas chegarem ao fundo.

Centrífuga de Disco
Ou
De Fluxo Contínuo

O material a ser centrifugado é continuamente alimentado para a centrífuga que separa os componentes, sem precisar parar o processo para carregar e descarregar a centrífuga.

Isso leva uma grande economia de tempo e dinheiro, processo muito usado em indústrias.

Centrifugação
Hematócrito

É uma técnica de centrifugação do sangue para determinar o volume de hemácias.

Centrifuga a 15000 rpm durante 5 minutos então o sangue se separa, na parte de baixo ficam as hemácias, no meio os leucócitos e em cima (o menos denso) o plasma.

Centrifugação Diferencial

É uma técnica de separação fracionada de componentes em uma mistura heterogênea com múltiplos componentes.

- A mistura contendo múltiplos componentes é submetida a uma centrifugação.

Esta centrifugação é aumentada gradualmente.
Interrompe-se a centrifugação antes de cada incremento para a remoção do "pellet" (o centrifugado).

Em seguida o sobrenadante é submetido a uma nova centrifugação em uma velocidade mais alta.

Esse método consegue separar, partículas muito pequenas como ribossomos e até mesmo proteínas.

Enriquecimento de Urânio

Centrifugação é utilizada para a preparação de combustíveis nucleares, para a produção de energia e bombas.

O urânio natural é uma mistura de dois isótopos o U^235 e o U^238, o isótopo de massa 235 somente está presente 1% em uma mistura de urânio na natureza.

Esse isótopo do urânio, o de massa 235, é fissível (usado na fissão nuclear para a produção de energia).

O enriquecimento de urânio é a separação dos isótopos, que é feita por centrifugação.

Centrifugação de Expurgo

É uma centrífuga utilizada para separar sólido de líquido.

A centrífuga de expurgo tem uma peneira que retem os sólidos e que deixa passar os líquidos, promovendo a separação dos dois durante as rotações.

Não tem haver com densidade, pois mesmo que o líquido seja menos denso (ou no caso se uma máquina de lavar/secadora, que é esse tipo de centrífuga, mesmo que a roupa seja mais densa que o líquido) é sempre a água que vai para fora, pois só ela passa pela peneira.

Separando então os componentes por diferença de tamanho.

Filtração da Água

Osmose Reversa

- Atingi-se uma água ultrapura.

- Não potável.

- Livre de sais e pirogênio.

- Usada para injetáveis.

- Água estéril.


Ocorre em um recipiente onde há água que será filtrada, separada por uma membrana semipermeável (que só possibilita a passagem de solvente).

Se de um lado tiver água comum (com contaminantes) e do outro lado da membrana houver água pura, o natural a acontecer, é osmose.
A passagem então do solvente pela membrana, transferindo água pura para a água com contaminantes, até atingir o equilíbrio osmótico entre as duas.

Mas na Osmose Reversa, aplica-se um pressão sobre o compartimento onde está a água com contaminantes nocivos e sais, e somente passa então água pura.
Processo contrário do natural da osmose, por isso Osmose Reversa.

Filtro de Troca Iônica

- É um filtro que retira íons da água substituindo estes por íons menos tóxicos e prejudiciais.

- São usados na indústria para o tratamento de água dura, ou seja, uma água que contem grande quantidade de íons de Cálcio (Ca++).

* Porque a água dura pode causar entupimento de tubulações e atrapalhar processos industriais:
O Cálcio em contato com o CO2 do ar, dissolvido na água, forma CaCO3, que é insolúvel em água e forma depósitos nas tubulações e reatores.
Estes depósitos são difíceis de serem removidos.


- Qualquer íon (inclusive o cálcio) pode ser retirado da água usando resinas de troca iônica, como por exemplo os íons tóxicos de mercúrio Hg^2+ ou chumbo Pb^4+.


- Filtros de troca iônica podem ser usados para desmineralizar completamente a água, ou seja, retirar todos os íons, tanto ânions quanto cátions.


Para se tirar então o Ca++ da água pode-se passar essa água por um filtro com partículas de carga negativa ligadas à cátions de Na+ por exemplo.
Então a água se liga aos Na+ e deixa os Ca++ com as cargas negativas do filtro.

- Não é uma água estéril.

Peneira Molecular

Muito usada para separar água de álcool.

- São esferas de cerâmica do tamanho de ervilhas (de alumínio e silício) com microporos de dimensões moleculares, ou seja do tamanho de moléculas.

As moléculas do tamanho exato entram nesses poros e ficam presas dentro deles.

São também chamados de zeólitas, possuem poros de diâmetro geralmente de 3 angstroms (1 angstrom = 10^-10 m).
Esse diâmetro é muito pequeno para moléculas de álcool que tem cerca de 4,4 angstroms de diâmetro, mas suficientemente grandes para moléculas de água que possuem cerca de 2,8 angstroms de diâmetro.

Em seguida as esferas de cerâmica podem ser facilmente removidas usando uma peneira mais grossa.


- As peneiras moleculares são usadas para separar substâncias miscíveis.

Como: água e álcool; O2 e CO2/N2.

- Existem peneiras moleculares com poros de diferentes tamanhos e que são usadas para reter diferentes substâncias.

Filtro Comum

- É um filtro usado para preparar água potável.

- Ele retem substâncias sólidas em suspensão e matérias orgânicas dissolvidas na água.

- Ele não retem íon, nem agentes patogênicos como bactérias, vírus e protozoários.

- É usada para limpar a água, tornando-a límpida (translúcida), incolor e insípida.


Para transformar a água em potável, primeiro ela passa por uma camada do filtro com cascalho que retem partículas grande e mineraliza a água.

Depois por areia que serve como um filtro para partículas sólidas em suspensão.

Depois por carvão ativado, onde ocorre adsorção de matéria orgânica dissolvida na água.

Por último uma camada de filtro de algodão que retem partículas sólidas pequenas.

Filtração

- Processo de separação de componentes em um meio líquido.

- A filtração pode ser usada para separar sólidos de líquidos, líquidos de líquidos, gás de líquidos, sólido de gás e gás de gás.

- O filtro ou elemento filtrante é sempre um sólido ou matriz sólida estacionária que deve reter um ou mais componentes da mistura fluida filtrada.

- A mistura filtrada pode ser homogênea ou heterogênea.

- Os filtros podem ser físicos ou químicos.



* Filtros Físicos:

Separam as substâncias por tamanho.


* Filtros Químicos:

Separam as substâncias por propriedades químicas.

São também chamadas de filtros de adsorção.

Em um filtro químico, o elemento filtrante tem que ter afinidade por um dos componentes da mistura que vai ser filtrada.
Sendo assim, quando a mistura passa pelo filtro o componente que tem afinidade pelo filtro fica retido e o resto da mistura passa por ele.

Exemplo: Carvão ativado (ele tem afinidade por matéria orgânica, retendo toda matéria orgânica que passar por ele).

Muito usado para filtração de água. Deixando ela limpa de principalmente gosto e cheiro.

Classificação de Filtros

Podem ser de superfície ou de profundidade.

- No filtro de superfície o material retido fica na superfície do filtro.

- No filtro de profundidade ele possui várias camadas filtrantes que o material vai sendo filtrado por camadas, o diâmetro das fibras do filtro vão diminuindo.

Em um filtro de profundidade.

A filtração pode ser feita pela ação da força da gravidade, mas para acelerar a filtração pode-se usar filtro à vácuo ou um filtro de prensa.

Viscosímetro

Aparelho para medir a viscosidade.


* Tipos de Viscosímetros:

• Brookfield (viscosímetro eletrônico).

 
Também conhecido como viscosímetro rotacional.

 

• Copo de Ford:

- Completa o volume do copo com o fluido

- Mede o tempo para que o fluido escorra, o cronometro é parado quando o fio de fluido que sai do copo é cortado.

- Não tem controle sobre a força que é aplicada, já é sempre a força da gravidade.

• Bureta com esfera metálica:

Mede o tempo para a esfera afundar.

• Capilar:

Tempo que demorar para a gota do fluido escorrer por um microtubo capilar.
Colocando o capilar com uma centrífuga permite variar a força aplicada sobre o capilar.

Reologia

Reologia é o estudo do comportamento dos fluidos.

* Fluidos são materiais que mudam de forma quando se aplica uma força sobre ele.

Força

- Tensão de Cisalhamento: É a força aplicada sobre um fluido que promove seu cisalhamento, ou seja, a separação de camadas do fluido.

É a tensão que se gera pela aplicação de duas ou mais forças em sentidos iguais ou opostos, em direções semelhantes, mas com intensidades diferentes.

Também chamada de tensão de corte ou tensão cortante, é o tipo de força que permite cortes com a tesoura.
O que acontece nesse caso da tesoura são duas forças em sentidos opostos, na mesma direção e quando corta uma delas fica mais imóvel que a outra (menos força faz).


Isso acontece também com os fluidos.


- Viscosidade: É sempre a força contrária à tensão de cisalhamento, exercida pelo fluido.

É a resistência do fluido à mudança de forma. É o "atrito"interno do fluido.

Forma

- Plasticidade: É a propriedade de uma material mudar de forma com a aplicação de uma força.

Quando a força é retirada dos materiais plásticos ele permanece na nova forma.
(Muda de forma e fica. Pode ser moldado).


- Elasticidade: É a propriedade de um material de mudar a sua forma com a aplicação de uma força.

Quando a força é retirada de materiais elásticos, ele volta a sua forma inicial. (Elástico).

Fluidos Newtonianos

- Não têm tensão mínima para que ocorra deformação.

- Escorre com ação da gravidade.

- Existe uma proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente do corte.

Quando se aplica uma força em uma parte, ocorre o cisalhamento daquela camada e as demais vão sofrendo certo efeito da tensão proporcionalmente a proximidade delas do local onde a força foi aplicada.
Vai diminuindo o efeito da tensão proporcionalmente quando é uma área mais distante do local onde a força foi aplicada.


Mas a viscosidade dos Fluidos Newtonianos não muda pela força aplicada sobre eles.


* Aplicações:

- Facilmente aplicados sobre superfícies.

- Não deixam resíduos sobre o local da aplicação.

- Difícil controle na aplicação por escorrer.

Exemplo: Soluções aquosas, perfumes.

Fluidos Plásticos

- Têm tensão mínima para que haja deformação.

- Não escorre (mantêm a forma) pela ação da gravidade.

- Não existe proporcionalidade entre a força e o gradiente do corte (cisalhamento).

Somente onde for exercida a força é que será deformado (empurrado no caso), o restante do material não sofrerá influencia dessa força nem deformação.


A viscosidade de Fluidos Plásticos não muda em função da força aplicada sobre eles.


* Aplicações:

- Permite grande controle de aplicação por não escorrer.

- Difícil espalhamento sobre uma superfície.

- Deixa resíduos da aplicação.

Exemplos: Creme dental, pomada, batom.

Fluidos Pseudoplásticos

- Têm tensão mínima para que haja deformação.

- Não escorre pela ação da gravidade.

- Depois da aplicação de uma força que faz haver deformação, com a retirada da força ele permanece na nova forma.

- A viscosidade diminui com a aplicação de uma força. Mas logo após a retirada da força a viscosidade do fluido volta imediatamente ao valor inicial.


* Aplicação:

- Grande controle sobre o local da aplicação por não escorrer.

- Fácil espalhamento sobre uma superfície.

- Permanece no local de aplicação.

Exemplos: Gel de cabelo, géis no geral.

Fluidos Viscoelásticos

- Têm força mínima para que haja deformação.

- Não escorre com a ação da gravidade.

- Após a retirada da força volta parcialmente a forma inicial.

- A viscosidade não muda em função da força.


* Aplicações:

- São usados quando se deseja que a forma se mantenha mesmo que sob manipulação (aplicação de forças pequenas, que poderá até mesmo modificar, mas terá a capacidade de voltar a forma anterior).

- Difícil espalhamento, pois volta a forma inicial.

- Não são utilizados para cobrir superfícies.

Exemplos: Bala de goma, gelatina, "queijo derretido", "massa de pão".

Fluidos Tixotrópicos

São classificados como fluidos tixotrópicos aqueles que:

- Têm uma tensão mínima para que haja deformação.
(como os fluidos plásticos, pseudoplásticos e viscoelásticos não escorre com a ação da gravidade).

- A viscosidade diminui com a aplicação de uma força, de uma tensão de cisalhamento. E depois da retirada da força a viscosidade demora um tempo para voltar a viscosidade inicial.

Ou seja, após ser agitado um fluido tixotrópico pode escorrer com a ação da gravidade, pois sua viscosidade permanece diminuída por um tempo.


* Aplicação:

- É fácil de ser espalhado sobre uma superfície, pois a viscosidade diminui com a força.

- Não apresenta grande controle na aplicação, pois por um tempo pode escorrer.

- Não deve ser utilizado em situações em que o material não pode escorrer nunca.


Exemplos: Gel de pectina, ketchup (diminui a viscosidade conforme se aplica uma força como os pseudoplásticos, mas demora mais para voltar a viscosidade normal.)


Como os Fluidos Pseudoplásticos e os Fluidos Plásticos, os Fluidos Tixotrópicos deformam com a aplicação de uma força e mudam de forma.

Fluidos Dilatantes

- Não têm força mínima necessária para que haja deformação (somente como os fluidos newtonianos).

- Escorrem com a ação da gravidade (somente igual aos fluidos newtonianos).

- A viscosidade aumenta com a aplicação de uma força (diferente dos fluidos newtonianos em que não acontece nada com a viscosidade por causa da força. Diferente dos pseudoplásticos e tixotrópicos que diminuem sua viscosidade).

Ou seja, este fluido se comporta como um sólido se uma força for aplicada sobre ele.

A viscosidade volta ao valor inicial imediatamente ao termino da aplicação da força, isto é, ele volta a escorrer.


* Aplicações:

- Pode ser espalhado sobre uma superfície, escorrendo lentamente.

- Não apresenta controle sobre o local da aplicação.

- São utilizados em preparações esfoliantes, pois podem escorrer para as mão porem quando são aplicadas sobre a pele se comportam como sólido e fazem a ação esfoliantes mecânica.

Exemplo: Amido de milho e água.

Fluidos Reopéticos

- Não tem tensão mínima para que haja deformação (igual aos fluidos newtonianos e dilatantes).

- Escorre livremente.

- Com aplicação de um força a sua viscosidade aumenta (igual aos fluidos dilatantes) e permanece assim por um tempo.


Exemplo: Sangue, Chantili.

Liofilização

É uma técnica, onde o produto é submetido a uma desidratação logo depois de congelado e o gelo formado irá passar do estado sólido imediatamente para o gasoso, por sublimação através de uma técnica de controle de temperatura e exposição ao vácuo.

Quando um produto congelado descongela, o gelo em forma sólida passa para líquido e essa água que sai no desgelo leva consigo proteínas e vitaminas, fazendo elas se romperem da membrana das células.

Mas quando essa água é diretamente evaporada, ela evapora sem romper estruturas moleculares da membrana, mantendo os nutrientes, consistência e sabor dos alimentos (ou produtos farmacêuticos) intactos.

* Vantagens:

A retira de água é importante por proporcionar uma série de vantagens à esse produto já que alimentos desidratados perdem grande parte do peso, além de terem uma melhor conservação (durando mais tempo) em razão da retirada de água.

Os alimentos costumam estragar pela presença de microrganismos que liberam enzimas que modificam as estruturas e moléculas dos alimentos, usando-as em seu metabolismo. Esses microrganismos necessitam de água (umidade) para viver. Então ausência de água previne a instalação de microrganismos indesejáveis.

* Processo:

A água tem forma líquida ao nível do mar (onde a pressâo é de 1 atmosfera (atm)), se a temperatura estiver entre seu ponto de congelamento (0 graus Celcius) e seu ponto de ebulição (100 graus Celsius).

Mas mantendo esses números de temperatura, ainda poderá congelar a água por uma diminuição de pressão.
Abaixo de 0,06 atm a água ficará quente suficiente para derreter, mas não terá a pressão para formar um líquido, portanto ela se transformará em um gás.

O processo de liofilização não usa altas temperaturas e os produtos não passam por aquecimento na retirada de água, por isso a água de degelo não tem a possibilidade de arrastar outras substâncias junto com ela, nem ocorre degradação de nutrientes pelo aumento de temperatura.

A sublimação da água é conseguida por esse sistema de regulação de pressão e temperatura muito bem controlado.

O liofilizador apresenta duas câmaras principais, uma onde tem prateleiras e é onde irá o produto que será liofilizado e a outra possui serpentinas de refrigeração que é para onde a água irá quando abaixar a pressão.

Além disso também apresenta uma bomba de vácuo, um compressor para refrigerar a segunda câmara, manômetros, entre outros.

O produto congelado é então exposto a uma pressão de por volta de 0,06 atm ou menos, que faz com que o gelo gradativamente (o gelo ao redor primeiro) seja sublimado, transformando-o em vapor.

Com o passar do tempo, os vapores gerados aumentariam a pressão da câmara, o que faria com que a água não fosse mais sublimada. Correndo o risco de esse vapor voltar para o produto, hidratando-o novamente e ele então estragar.

Por isso é necessário que o condensador da segunda câmara opere em temperatura inferior ao produto congelado, para que haja o gradiente de temperatura e a água seja transferida ao condensador.

É um processo demorado porque o superaquecimento do material pode mudar significativamente sua composição e estrutura. Além disso, acelerar o processo de sublimação pode produzir mais vapor d'água do que o sistema de bombeamento consegue remover (dentro de um certo período) da câmara, o que poderia reidratar o material.

As soluções líquidas desidratadas por este processo podem ser posteriormente reidratadas (reconstituídas) muito mais rapidamente e facilmente, porque deixam poros microscópicos no pó resultante.

Os poros são criados pelos cristais de gelo que sublimaram, deixando aberturas ou poros em seu lugar.

Isto é especialmente importante quando o uso é farmacêutico. A liofilização aumenta também a vida útil das drogas por muitos anos.

* Desvantagens:


Apesar da liofilização ser um processo muito tecnológico que apresenta várias vantagens, também possui suas desvantagens, como:

- Equipamento muito caro (3 vezes mais que em outros métodos de secagem). Pois é difícil atingir a temperatura de liofilização (-60 graus Celsius), precisa-se de uma bomba de vácuo muito potente;

- Custo energético muito caro (2-3 vezes mais que outros métodos de secagem);

- Processo muito demorado (mais do que 24 horas, na maioria dos casos);

- Produtos com facilidade de hidratar e frágeis, por isso devem ser cuidadosamente manipulados, embalados e armazenados.

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Agora em 2012, essa empresa japonesa lançou uma série de comidas industrializadas dos mais diversos tipos vendidas em pó que com um pouco de água se transformam de volta no alimento, já a venda no mercado.

Elas que estão sendo chamadas de comidas de plásticos, vão desde hamburgers a cervejas.

Pós adquiridos, eu acredito, através de técnicas de liofilização.
Por ser um produto muito novo e japonês, não achei nenhum lugar com informações técnicas sobre eles, mas confiram os vídeos e comparem a possibilidade.

Alguns exemplos incríveis em vídeo de o quão rápido esses alimentos adquirem de volta a forma natural, com consistência, cheiro, cor e sabor muito semelhantes aos anteriores ao processo.

* Happy Kitchen Candy Hamburgers

Os comentários de quem provou (existem vários vídeos deles pelo YT, pois esses produtos estão à venda para muitos países) são de que as batatas fritas tem gosto como batatas liofilizadas.

O refrigerante de Cola tem um gosto muito artificial. No geral, o gosto do set inteiro é muito semelhante ao de verdade.



* Crayon Shin-Chan Cheeky Drink

Nos vídeos parece mágica... Só podia ser os japoneses, né...

"A pergunta que não quer calar: Japoneses, por que vocês são assim?"