Fundamentos de Solubilidad y Procesos de Cristalización Química

Solubilidad

La solubilidad es una operación básica que consiste en mezclar una serie de compuestos hasta obtener una única fase.

La cantidad de soluto que es capaz de disolverse en una cantidad determinada de disolvente depende directamente de la naturaleza del soluto y del disolvente.

A priori, no se puede asegurar al 100% si un soluto se va a disolver en un disolvente, pero existe una norma básica que dicta: "semejante disuelve a semejante". De este modo, podemos predecir que:

• Las sustancias que poseen enlace iónico se disolverán en disolventes polares como el agua.
• Las sustancias que presentan enlace covalente (como casi todos los compuestos orgánicos) se disolverán en compuestos apolares.

Sin embargo, existen compuestos orgánicos como el azúcar que se disuelven muy bien en agua, debido a que entre las moléculas de agua y azúcar se producen interacciones llamadas puentes de hidrógeno.

Parámetros y Factores de la Solubilidad

En química, se define que un soluto es soluble en un determinado disolvente cuando su solubilidad, a una temperatura dada, es del orden de g/l o superior.

Solutos Sólidos y Líquidos

Cuando el soluto es sólido o líquido, casi siempre la solubilidad aumenta con la temperatura (aunque no necesariamente de forma lineal). Además, para este tipo de solutos, la presión no influye en el proceso. Para estudiar este comportamiento, se utilizan las curvas de solubilidad, en las cuales se representa:

• Eje X: Temperatura (T ºC).
• Eje Y: Cantidad de soluto por cada 100 g de disolución.

Solutos Gaseosos

Cuando el soluto es gaseoso, la solubilidad siempre disminuye al aumentar la temperatura (T ºC), y esta disminución tampoco tiene que ser lineal. En el caso de los gases, también influye la presión de acuerdo con la "Ley de Henry":

S = K * K

Equipos Industriales

Entre los equipos industriales más utilizados para estos procesos se encuentra el mezclador.

Cristalización

Este proceso se puede definir bajo dos conceptos principales:

1. Es un método de separación de sustancias sólidas: tanto las impurezas como la sustancia de interés son sólidos y presentan una solubilidad diferenciada en un disolvente específico.
2. Consiste en poner en contacto diversos reactivos para formar una mezcla líquida, de modo que estos reaccionen y el producto final sea muy insoluble en dicho medio líquido.

Control del Tamaño del Cristal

Dependiendo de la utilidad que tenga el sólido, se buscará obtener cristales muy pequeños o, por el contrario, pocos pero de gran tamaño:

• Enfriamientos rápidos: Dan lugar a cristales muy pequeños.
• Enfriamientos lentos: Permiten la formación de cristales grandes.

Otro sistema para obtener cristales de gran tamaño es la siembra de cristales, que consiste en crear un núcleo sobre el cual comenzará a cristalizar el sólido en cuestión.

A mayor concentración, mayor será la cristalización. Por esta razón, en ocasiones donde la cristalización no avanza, se suele proceder a concentrar las aguas madres mediante la eliminación del disolvente.

Fenómenos y Variantes de la Cristalización

• Cristalización fraccionada: Es aquella técnica capaz de separar dos o más productos presentes en una mezcla.
• Hidratación: Capacidad de una sustancia para tomar moléculas de agua e incorporarlas a su red cristalina (estas aguas de hidratación pueden eliminarse calentando a 100 ºC).
• Eflorescencia: Ocurre cuando un hidrato, debido a la diferencia con la presión de vapor en la atmósfera, elimina su hidratación de forma natural sin necesidad de aplicar calor.
• Delicuescencia: Fenómeno observado en sustancias como la sosa cáustica, que presenta acidez por la captación del agua de hidratación.