A centrifugação é um método de separação de misturas heterogêneas, útil para a separação de misturas de sólidos em líquidos e de líquidos com diferentes densidades.
Essa técnica emprega a força centrífuga gerada no processo de rotação em alta velocidade para acelerar o processo de sedimentação. Ao final da centrifugação, o sistema será constituído de uma fração inferior (sedimentado) de maior densidade e uma fração superior (sobrenadante) de menor densidade.
A centrifugação é empregada em diversos procedimentos industriais, em laboratórios biológicos e no ambiente doméstico.
Leia também: Filtração — outro método muito comum de separação de misturas
Resumo sobre centrifugação
- A centrifugação é um método de separação de misturas heterogêneas.
- A centrifugação se aplica à separação de sólidos dispersos em líquidos e líquidos com diferentes densidades.
- A centrifugação se baseia na diferença de densidade.
- A centrifugação é útil para a separação de soluções coloidais, como o sangue.
- Ao término da centrifugação, obtém-se uma fração inferior de maior densidade e o sobrenadante, que é a fração superior de menor densidade.
- A centrifugação é usada em diversos segmentos industriais e químicos, em laboratório de análises clínicas e biológicas.
- Em ambientes domésticos, a centrifugação é usada para retirar excesso de água das roupas e alimentos, por exemplo.
O que é centrifugação?
A centrifugação é uma técnica de separação de misturas heterogêneas que utiliza a força centrífuga para separar materiais sólidos de líquidos ou líquidos com diferentes densidades. Durante as repetidas rotações na centrifugação, a fração de maior densidade é “empurrada” para baixo, ficando no fundo do frasco.
A centrifugação é especialmente importante para a separação de soluções coloidais, em que partículas sólidas ficam dispersas na fase líquida e não se sedimentam. Amostras de sangue e leite são substâncias coloidais e sua análise normalmente emprega etapas de centrifugação.
Geralmente, partículas com tamanho acima de 5 micrômetros são suscetíveis à decantação pela ação da gravidade. Partículas com dimensões inferiores a 5 micrômetros necessitam da ação da força centrífuga para serem sedimentadas.
A centrifugação também pode ser empregada para acelerar processos de sedimentação que ocorreriam naturalmente.
A centrifugação é realizada em equipamentos chamados de centrífugas. Nesses equipamentos, as amostras ou materiais a serem separados são posicionados em torno de um eixo fixo e submetidos à movimentação circular uniforme em elevada velocidade.
As centrífugas variam em velocidade e tamanho, e seu uso dependerá do volume, da quantidade e da natureza das substâncias a serem separadas. As centrífugas mais comuns em laboratórios e indústrias são formadas por um eixo central rodeado por tubos de ensaio para comportar as amostras.
A velocidade de rotação é dada em unidades de rpm (rotações por minuto). Quanto maior a contagem de rotações, maior a eficiência da separação. A velocidade de centrifugação é determinada de acordo com o material a ser separado e a capacidade do equipamento.
As ultracentrífugas são equipamentos que atingem rotações extremamente elevadas, na escala de 150.000 rotações por minuto, sendo isso proporcional a quase 1 milhão de vezes a força gravitacional. Esse tipo específico de rotação é empregado em aplicações especiais, em microbiologia.
Leia também: Diferenças entre misturas e substâncias puras
Como ocorre a centrifugação?
As amostras a serem separadas são posicionadas na centrífuga, que é ligada e inicia a rotação em elevada velocidade. O processo de separação acontece de acordo com o tempo e a velocidade de rotação selecionados no equipamento.
Durante a rotação, o efeito da força centrífuga “empurra” as partículas para fora. A intensidade da força de centrifugação sentida por elas é proporcional à massa que elas possuem:
\(F_{centr\acute{i}fuga}= \frac{mv^{2}}R\)
Sendo, m = massa do corpo, v = velocidade linear e R = raio da circunferência.
A fração mais pesada (ou mais densa) sente a força centrífuga com maior intensidade, ocupando a parte inferior do recipiente; a fração menos densa da amostra ocupa a parte superior, pois sente a força centrífuga com menor intensidade.
Ao final, obtém-se a amostra com pelo menos duas fases bem definidas: o sedimentado (ou precipitado) e o sobrenadante.
A fase conhecida como sedimentado fica no fundo do tubo por possuir maior densidade. Em uma separação líquido-sólido, a fase sólida é o sedimentado.
A fase denominada sobrenadante é a fase superior de menor densidade. Em uma separação líquido-sólido, o sobrenadante é a fase líquida. O sobrenadante pode ser removido empregando uma seringa, pipeta, canudo ou um sifão (sifonação), deixando no tubo a fase sedimentada.
Aplicações da centrifugação
A centrifugação é empregada na indústria, em laboratórios biológicos e químicos e até no ambiente doméstico.
-
Centrifugação na indústria
No ambiente industrial, a técnica de centrifugação é empregada em diferentes segmentos. Alguns exemplos são: a fabricação de óleos vegetais, padronização do leite, secagem de sais, purificação de reagentes químicos e fármacos, em refinarias de petróleo, tratamento de água e esgoto, processo de fabricação de cervejas e vinhos.
Uma aplicação bem específica da centrifugação é a separação isotópica. Em usinas nucleares, esse procedimento é empregado para a separação dos isótopos urânio-235 e urânio-238. O isótopo mais pesado tende a se acumular nas paredes da centrífuga e o isótopo mais leve tende a ficar na região central do recipiente.
-
Centrifugação na biologia
Em laboratórios de biologia, química e análises clínicas, a centrifugação é bastante empregada. Entre seus principais usos, destacam-se:
- separação de sementes e folhas;
- isolamento de biomoléculas: células, como o DNA, ácidos nucleicos e polímeros;
- determinação da massa molecular de coloides;
- estudo de suspensões coloidais e emulsões;
- exames laboratoriais que precisam isolar componentes do sangue e da urina.
O uso da centrifugação é muito comum para a realização de exames de sangue, pois trata-se de uma dispersão coloidal em que as células vermelhas estão suspensas no plasma. Após a centrifugação de uma amostra de sangue, são obtidos o sobrenadante líquido de coloração amarelada, que é o plasma, e uma fração inferior sólida, onde estão as células vermelhas e as células brancas.
-
Centrifugação no ambiente doméstico
Em casa, utilizamos a técnica de centrifugação para remover o excesso de água das roupas. As máquinas de lavar já vêm com a função de centrifugação, mas existem também equipamentos domésticos específicos para essa função. Nesses casos, utiliza-se uma centrífuga do tipo cesta ou tambor, que possui orifícios para escoamento da água durante a rotação.
Também utilizamos utensílios de cozinha conhecidos como secadores de salada, que possuem o mesmo princípio. Os legumes são colocados em um cesto e a rotação é feita de forma manual, removendo o excesso de água dos alimentos.
Diferença entre centrifugação e decantação
A centrifugação se difere da decantação porque emprega a força centrífuga ao invés da força gravitacional, obtendo a separação das misturas pela aplicação da velocidade, que vai levar ao resultado de forma mais rápida.
Na centrifugação, as partículas ou o líquido de maior densidade são forçados a migrar para o fundo do frasco pela ação da aceleração.
Na decantação, a mistura é separada naturalmente, permanecendo em repouso durante determinado tempo. Por meio da ação da gravidade, a fração mais densa se deposita na parte de baixo do frasco e a fração de menor densidade permanece na parte superior.
Leia também: Quais são os tipos de misturas existentes?
Exercícios resolvidos sobre centrifugação
Questão 1
(ENEM) As centrífugas são equipamentos utilizados em laboratórios, clínicas e indústrias. Seu funcionamento faz uso da aceleração centrífuga obtida pela rotação de um recipiente e que serve para a separação de sólidos em suspensão em líquidos ou de líquidos misturados entre si.
RODITI, I. Dicionário Houaiss de física. Rio de Janeiro: Objetiva, 2005 (adaptado).
Nesse aparelho, a separação das substâncias ocorre em função
a) das diferentes densidades.
b) dos diferentes raios de rotação.
c) das diferentes velocidades angulares.
d) das diferentes quantidades de cada substância.
e) da diferente coesão molecular de cada substância.
Resolução:
Letra A. A centrifugação é um método de separação que se baseia na diferença de densidade entre os componentes da mistura. A fórmula da força centrífuga considera a massa do objeto/partícula, portanto, está relacionada à densidade (densidade = massa/volume).
Questão 2
(UEL — adaptado)
[...] O processamento para a obtenção de vacinas inclui algumas técnicas de separação como decantação, centrifugação e filtração, comuns na etapa de esterilização. Com relação às técnicas de separação, assinale a alternativa correta.
a) A filtração comum é realizada sob ação da gravidade.
b) Em uma mistura contendo íons amônio e íons sulfato, os íons são separados por decantação.
c) Em uma solução aquosa de açúcar, o açúcar dissolvido na água é separado por centrifugação.
d) A decantação, a centrifugação e a filtração utilizam filtros para a separação.
e) Em uma mistura de água e álcool etílico, essas substâncias são separadas por decantação.
Resolução:
Letra A.
A alternativa a está correta, pois a filtração ocorre mediante a ação da gravidade.
A alternativa b está incorreta. A decantação é um método de separação de misturas sólido-líquido ou líquido-líquido, desde que possuam diferentes densidades.
A alternativa c está incorreta, pois a centrifugação é um método de separação de misturas heterogêneas e a solução aquosa de açúcar é uma mistura homogênea.
A alternativa d está incorreta, pois a decantação e a centrifugação não utilizam filtros.
A alternativa e está incorreta, pois, assim como água e álcool etílico formam uma mistura homogênea, eles não serão separados por decantação, mas sim por destilação.
