Suponha você tenha uma mistura de compostos. Seria possível separar uns dos outros? Você pode pensar em uma maneira? Você certamente não pode catá-los à mão! O método que os cientistas usam para agrupar os diferentes componentes de uma mistura é conhecido como cromatografia. Assim, é possível separar algumas misturas em cerca de minutos com papel e água! Quando o papel é usado na separação de uma mistura, a técnica é conhecida como cromatografia em papel. 

A cromatografia funciona graças ao fato das moléculas possuírem uma propriedade chamada polaridade em comum e tenderem a se atrair mutuamente. Uma molécula polar é simplesmente aquela que possui uma região rica em elétrons e uma outra região que é pobre em elétrons. Estas regiões às vezes são representadas como sendo negativamente e positivamente carregadas, respectivamente. Moléculas polares são unidas por forças de atração entre cargas opostas de moléculas diferentes. Moléculas de água têm regiões ricas em elétrons nos átomos de oxigênio e regiões pobres em elétrons nos átomos de hidrogênio. Assim, as moléculas de água são polares e por conseguinte organizam-se de maneira que a região de carga positiva de uma molécula é atraída pela região de carga negativa de outra. Estas interações provêem uma explicação para o elevado ponto de ebulição da água. A água (H₂0) é uma molécula muito mais simples que o etanol (H₂C-H₂C-OH), mas tem um ponto de ebulição muito mais alto - etanol = 46ºC; água =100ºC, 1atm.

A cromatografia é uma técnica da química analítica utilizada para a separação de misturas e substâncias. De maneira mais completa, a técnica baseia-se no princípio da adsorção seletiva (que não deve ser confundida com absorção), um tipo de adesão. A técnica foi descoberta em 1906 pelo botânico italiano naturalizado russo Mikahail Tswett, mas não foi largamente utilizada até os anos 30. Tswett separou pigmentos de plantas (clorofilas) adicionando um extrato de folhas verdes em éter de petróleo sobre uma coluna com carbonato de cálcio em pó em um tubo de vidro vertical. Enquanto a solução percolou através da coluna os componentes individuais da mistura migraram para baixo em taxas diferentes de velocidades e então a coluna apresentou-se marcada com gradientes horizontais de cores. A esse gradiente deu-se o nome de cromatograma.

A cromatografia em coluna usa atualmente uma grande variedade de adsorventes sólidos, incluindo sílica, alumina e sílica gel. Os líquidos também podem ser adsorvidos por estes sólidos e assim atuarem como adsorventes - num processo chamado de cromatografia de partição - que permite aos químicos construir colunas com propriedades muito diferentes para utilizações particulares. A Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE, ou HPLC do inglês High Performance Liquid Chromatography), uma variável desta técnica que hoje tem uso bastante comum, promove a adsorção de líquidos em partículas extremamente pequenas e uniformes para promover alta sensibilidade. Uma bomba é requerida para levar a mistura até a coluna.

O exemplo de cromatografia mais clássico é a cromatografia em papel. Neste tipo de cromatografia, uma amostra líquida flui por uma tira de papel adsorvente vertical, onde os componentes depositam-se em locais específicos. O papel é composto por moléculas extremamente longas chamadas celulose. A celulose é um polímero, o que significa é ela é composta por milhares de moléculas menores que se organizam juntas. Esta organização molecular que compõe as cadeias de celulose é polar e, como resultado, a celulose tem muitas regiões de altas e baixas densidades de elétrons. As regiões "carregadas" em uma cadeia de celulose são atraídas para as regiões de cargas opostas de outras cadeias adjacentes, e isto ajuda a unir as fibras de papel. O fato das longas cadeias de celulose serem alinhadas em uma direção pode ser demonstrado rasgando um pedaço de jornal. Perceber-se-á que aquele jornal rasga facilmente e ao longo de uma linha bastante reta, se rasgado em uma direção, mas quando rasgado a um ângulo de 90º o papel não rasgará facilmente ao longo de uma linha reta. Pelo que foi dito até agora, você poderia estar pensando que só são moléculas polares aquelas idênticas entre si. Mas o que acontece quando você mergulha uma das pontas de uma tira de papel, como um filtro de café, em uma xícara de água? A água realmente escala o papel! Este processo acontece porque as moléculas polares de água que estão em contato com a tira de filtro de café começam a subir pelas fibras do papel (por efeitos de micro-capilaridade) conforme acham novas regiões de celulose carregadas para interagir e são substituídas por outras moléculas de água na xícara, que vêm de baixo.

Misturas de tinturas são usadas para fazer tintas de cores diferentes. Cada tintura individual é composta por uma combinação diferente. Suponha que você tocou de leve o fim de uma tira de papel com uma caneta tinteiro preta. O que aconteceria se você mergulhasse então o fim desta tira de papel na xícara de água, assegurando-se de que a marca de caneta esteja sobre o nível de água? A água escalaria o papel como antes, mas a tinta também seria levada pela água através do papel. De fato, as tinturas diferentes da tinta original seriam arrastadas para cima no papel, em extensões diferentes que dependem se elas forem mais atraídas pelas moléculas de celulose do papel ou pela água que caminha por ele. Eventualmente todas as tinturas diferentes que compunham a tinta original seriam separadas umas das outras.

A cromatografia em papel é uma das técnicas mais simples e que requerem menos instrumentos para realização, porém também apresenta as maiores restrições para realização em termos analíticos.

Outra técnica, conhecida como cromatografia gás-líquido (cromatografia gás-sólido é outra variação utilizada mais raramente), permite a separação de misturas dos componentes de uma mistura gasosa ou de substâncias que podem ser vaporizadas por calor. A mistura vaporizada é forçada por um gás inerte através de um tubo fino e enrolado, empacotado com um material por onde os componentes fluem em diferentes taxas e são detectados no final desse tubo.

Na cromatografia por troca iônica, um gás é quebrado em seus íons (fragmentos moleculares eletricamente carregados) quando passa através de uma chama de hidrogênio, bombardeando-o com raios X ou com algum material radioativo, ou utilizando substâncias adsorventes que trocam íons com o material sendo analisado.

A cromatografia por permeação em gel é uma outra técnica, baseada na ação filtrante do adsorvente com pores de tamanho uniforme; as moléculas de alto peso molecular são separadas e detectadas por este método.

As técnicas cromatográficas são essenciais para a separação de substâncias puras de misturas complexas e são amplamente utilizadas nas análises de alimentos, drogas, sangue, produtos derivados de petróleo e produtos de fissão nuclear.

Há uma experiência divertida e fácil fazer que ilustra o princípio da cromatografia em papel:

Propósito: O propósito desta experiência é separar uma mistura de tinturas em tinta de caneta tinteiro.
 

Materiais:

1. dois pedaços de papel de filtro (diâmetros de 11 centímetros ou maiores funcionam melhor)

2. uma xícara de plástico

3. várias canetas com tintas diferentes (canetas com tinta preta geralmente dão os melhores resultados).
 
 

Procedimento:

Primeiro pedaço de papel de filtro

1. Este papel será seu cromatograma (o papel usado para separar as diferentes tinturas da tinta original).

2. Faça um pequeno buraco no centro do papel de filtro.

3. Com uma caneta, espace igualmente 6 pequenos pontos ao redor da circunferência de um círculo pequeno a aproximadamente 7 mm do buraco no centro.
 
 

Segundo pedaço de papel de filtro

1. Do segundo pedaço de papel de filtro, recorte um pedaço na forma de um pequeno triângulo que tenha 4cm de altura e 2cm de base.

2. Dobre ou enrole este triângulo em um cone.

3. Coloque a ponta mais fina do cone no buraco do pedaço pontilhado de papel de filtro preparado anteriormente. O cone servirá como um pavio de água.

4. Encha a xícara de plástico de água a até 1 cm do topo (às vezes, etanol - álcool comercial - funciona melhor). É muito importante secar o beira da xícara com uma toalha de papel antes de proceder.

5. Coloque o pedaço manchado do papel de filtro em cima da xícara de forma que ele descanse sobre a borda, com o cone abaixo do nível da água.

6. A água migrará pelo cone de papel e molhará o papel de filtro em padrão circular. Quando a água alcançar a mancha de tinta, o padrão cromatográfico começará a se desenvolver.

7. Deixe que o cromatograma se desenvolva até que a água se espalhe a aproximadamente 1cm da extremidade exterior do papel de filtro. Isto leva aproximadamente 5 ou 10 minutos, dependendo do tamanho do papel de filtro.

8. Remova o papel de filtro e deixe secar.

9. Repita a experiência com uma caneta diferente e observe o novo padrão de cores.
 
 

Nota: O papel de filtro pode ser substituído por um filtro comum de café que seja cortado na forma de um círculo. Esta experiência foi adaptada do artigo de Robert Becker, John Ihde, Kersti Cox e Jerry Sarquis, "Diário da Educação em Química," Vol. 69, nº. 12, p. 979-980.