Marco teórico: Solubilidad
Las fuerzas que mantienen a los iones en los nudos de una red cristalina, son muy intensas por lo que estos compuestos solo serán solubles en disolventes muy polares tales como el agua, amoniaco líquido, anhídrido sulfuroso, etc. El proceso de disolución disolución consiste en que las moléculas polares del disolvente ejercen una fuerte atracción sobre los iones de la red cristalina y se orientan alrededor de los iones de las caras del cristal. La atracción ejercida sobre los iones, tiende a sacarlos de sus posiciones en la red y llevarlos a la disolución. Una vez en la disolución, los iones se rodean de una capa de moléculas de disolvente que les impiden volver de nuevo a la red cristalina. Los iones rodeados de la capa de moléculas de disolvente, se dice que están solvatados y si el disolvente es agua, se dice que están hidratados. Para disolver una sal, hay que romper los enlaces iónicos, para lo cual hay que vencer la energía reticular de la sal. Para ello se cuenta con la entalpía de hidratación de los iones, que es la energía que se desprende debido a la atracción entre los iones de la sal y los del agua. Cuanto más grande sea ∆Hh, y menor la energía reticular, tanto más soluble será la sal, y viceversa. En general las entalpías de hidratación suelen ser menores que las energías reticulares, por lo que para favorecer la disolución es necesario suministrar energía. Esto nos indica que el proceso de disolución es endotérmico y que la mayoría de las sales tienen una solubilidad que aumenta con la temperatura. Es un hecho conocido que cuando se agita una disolución se favorece el proceso, es decir, el proceso de disolución aumenta con el desorden, con la entropía. En resumen, los factores que determinan la solubilidad de un compuesto son:
Se define Solubilidad, (S), a la cantidad de soluto (en este caso sal) que se disuelve en una Cantidad de disolvente a una T dada. Dependiendo de esa cantidad, las disoluciones pueden ser: • Diluidas: Si la proporción de sal respecto a la de disolvente es muy pequeña. • Concentradas: Si la proporción de sal respecto a la de disolvente es alta. • Saturadas: Si la cantidad de sal es máxima. Si añadimos más sal, ésta no se disuelve. En resumen podemos decir que existen dos tipos de sales, las solubles (totalmente disociadas en sus iones) y las poco solubles. El Cloruro sódico, NaCl, es por ejemplo una sal soluble, mientras que el cloruro de plata, AgCl, es una sal muy poco soluble.
CRISTALIZACION
La cristalización es una de las técnicas más utilizadas para la purificación de sustancias sólidas. Se basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un disolvente en caliente que en frio, debido a la dependencia del producto de solubilidad de la temperatura. El método consiste en disolver el sólido que se va a purificar en el disolvente caliente (generalmente a ebullición); la mezcla se filtra en caliente para eliminar las impurezas insolubles y entonces se deja enfriar la disolución para que se produzca la cristalización. Así, las impurezas solubles quedan en las aguas madres. Por último los cristales se separan por filtración y se dejan secar. El proceso se repite hasta que la sustancia cristalizada sea completamente pura, lo cual se comprobará determinando el punto de fusión.
FORMA DE LOS CRISTALES
En primer término, conviene tener en cuenta que la forma de los cristales reales frecuentemente es el resultado de malformaciones o accidentes. Un cristal de cloruro de sodio, por ejemplo, que se encuentra en el fondo de un vaso de precipitados, puede crecer en algunas direcciones, pero no en su base. Por lo tanto, alcanzará una forma rectangular en lugar de cúbica y su altura será la mitad de su ancho. Sin embargo, los ángulos que forman las caras seguirán siendo iguales y cualquier ensayo demostrará que las caras son todas equivalentes. Para no complicar el estudio teniendo en cuenta estos casos, estudiaremos cristales de forma ideal, que son aquellos que poseen todas sus caras equivalentes igualmente desarrolladas. Así, en el caso del NaCI, estudiaremos el cristal perfectamente cúbico. Según los ejes de simetría los cristales se pueden clasificar de la siguiente manera: Cuatro ejes de simetría ternarios. (Necesarios para que se les incluya en este sistema).
Tres ejes cuaternarios. Seis ejes binarios. Un centro de simetría. Varios planos de simetría.
TIPOS DE CRISTALIZADORES
La forma de la cuna de solubilidad y la naturaleza de la solución determinan el modo de operación y el tipo de cristalizador adecuado correspondiente. Cabe distinguir tres tipos de cristalizador. Cristalizadores de tanque, en los que la sobresaturación se produce por enfriamiento sin evaporación apreciable Se emplean cuando la solubilidad varía mucho con la temperatura. Cristalizadores evaporadores. En los que la sobresaturación se produce por evaporación (concentración) sin enfriamiento apreciable. Son útiles cuando la solubilidad no vana con la temperatura. Cristalizadores de vacío, en donde se combina la evaporación y el enfriamiento adiabático. Se utilizan cuando se quiere operar con rapidez, como en los cristalizadoresevaporadores. Pero a baja temperatura. CURVA DE SOLUBILIDAD
La cantidad de cristales que se puede obtener de una solución depende de la curva de solubilidad de la sustancia. Si esta muestra que la solubilidad en caliente no difiere mucho de la solubilidad en frío (como sucede, por ejemplo, para el cloruro de sodio), la cantidad de cristales que se obtiene con el enfriamiento es pequeña. Es natural que en el caso en que la solubilidad varía mucho con la temperatura, la cantidad de cristales que se obtiene será tanto mayor cuanto mayor sea el enfriamiento de la solución. Cuando la cristalización se detiene, se procede a la separación de los cristales en suspensión en la solución por medio dela filtración, o por medio de la centrifugación