Solubilidad

ANTECEDENTES

A.- Solubilidad:

a) Explicación de la solubilidad como fenómeno físico.

La solubilidad es una propiedad medible de las sustancias que les permite disolverse en otras, esto ocurre porque sustancias con características de polaridad interactúan, por ejemplo el agua disuelve algunas sales ionizándolas.

b) Relación entre solubilidad y estructura molecular.

La solubilidad y la estructura molecular van ligadas por que la estructura molecular es lo que le permite o no a las sustancias disolverse o disolver, es decir, la polaridad y las fuerzas entre moléculas están en función de la forma en que se acomodan los átomos y las cargas en una molécula. Por ejemplo el cloruro de sodio se puede disolver en agua por que como el agua es polar y esta sal también las cargas positivas atraen a las negativas y las negativas a las positivas ionizando la molécula.

c) Polaridad y solubilidad.

Como explico en las letras pasadas la polaridad está relacionada directamente con la solubilidad, cito textualmente mi libro de química; la antigua frase utilizada en química que dice “las sustancias semejantes se disuelven entre sí” significa que los solutos polares disuelven a los polares y los no polares disuelven a los no polares.

d) Efecto de las fuerzas intermoleculares en la solubilidad.

La solubilidad es directamente proporcional a la magnitud de las fuerzas intermoleculares, estas fuerzas interactúan con el soluto y de esta interacción depende la solubilidad.

e) Solvatación e hidratación.

La solvatación es un fenómeno que ocurre cuando se un ion en una solución se ve rodeado por moléculas del disolvente, es decir, es una interrelación del disolvente y el soluto en la cual estos dos se encuentran estables.

La hidratación es el fenómeno que ocurre cuando sustancias que tienen características higroscópicas, ósea que son capaces de absorber agua del ambiente que les rodea sin necesidad de estar en contacto con agua líquida. por ejemplo el cloruro de cobre es muy difícil de tener sin hidratación, pues yo mismo lo he intentado y solo dura unas cuantas horas así deshidratado de color verde y después de esas horas vuelve a su estado hidratado de color azul.

f) Disolventes próticos y apróticos.

Los disolventes próticos son sustancias muy polares que contienen partes con protones y por lo tanto pueden formar enlaces de hidrógeno con los solutos. Los disolventes apróticos son aquellos que no contienen hidrógenos ácidos, por lo cual no pueden formar puentes de hidrógeno.

B.- Pruebas de solubilidad.

a) En disolventes orgánicos.

b) Interpretación de las pruebas de solubilidad relacionadas con la estructura del compuesto.

La forma y la estructura de un compuesto tienen relación con la distribución de cargas (polaridad) en los enlaces, su orientación, lo que a su vez depende de la presencia de determinados átomos y grupos en la molécula y del tamaño mismo de la molécula.

Parar definir la incidencia de los factores estructurales en la solubilidad de compuestos orgánicos tradicionalmente y de manera genérica se ha trabajado con el principio empírico que dice ¨Lo semejante disuelve lo semejante o ¨ Lo semejante se disuelve en lo semejante ¨´.

Este principio parte del fundamento que si dos sustancias son semejantes por su estructura, por la polaridad y orientación de sus enlaces, porque poseen grupos y átomos similares, es lógico esperar que se disuelvan mutuamente, por eso se sabe y se puede comprobar experimentalmente que los alcoholes, aldehídos y ácidos menores (bajo peso molecular) se disuelven en agua, puesto que existen ciertas semejanzas entre los solutos, (alcoholes, aldehídos y ácidos) y el solvente (agua). Veamos algunas:

-Los alcoholes, los aldehídos, los ácidos carboxílicos y el agua son compuestos oxigenados.

-Forman puentes (enlaces) de hidrógeno, haciendo uso de los pares de electrones que el oxígeno posee en el nivel de valencia.

Lo expuesto lleva a justificar a plenitud la solubilidad de alcoholes, aldehídos y ácidos en el agua. Sin embargo, esto es válido sólo, para los representantes de estas familias (o grupos) de compuestos orgánicos que poseen bajo peso molecular, para los representante de mediano o elevado peso molecular existen factores estéricos (disposición de átomos y moléculas en el espació) que imposibilitan la formación de puentes de hidrógeno y, por tanto, no presentan solubilidad en agua. Es por esta causa que los alcoholes mayores (butanol, pentanol, hexanol etc.), los aldehídos mayores (butanal, pentanal., etc.), los ácidos carboxílicos mayores, (ácidos propanoico, butanoico etc,) presente baja o nula solubilidad en agua. Algo similar sucede con el fenol que tampoco se disuelve en agua a pesar de ser una sustancia oxigenada. Lo que muestra que la semejanza no sólo debe llegar al nivel de composición elemental, sino que debe estar en los niveles de distribución y disposición de átomos y grupos en el espacio.

Por el contrario, la polaridad de los enlaces de los hidrocarburos (compuestos orgánicos, formados por carbono e hidrógeno) hace que prácticamente todos ellos, independientemente del peso molecular se disuelvan, en éter, sustancia oxigenada de enlaces de baja polaridad. Por lo expuesto, se puede llegar a la conclusión, que es posible determinar ciertas características del soluto (polaridad de enlaces, átomos presentes, posible tamaño de la molécula, etc.) por las características del solvente utilizado en el proceso de disolución.

c) Importancia de las pruebas de solubilidad en cristalización.

La importancia radica en las siguientes propiedades, estas propiedades se relacionan directamente con la solubilidad.

La pureza: Un cristal perfectamente formado es totalmente puro, pero cuando se retira del magma, retiene aguas madres por quedar ocluidas en el interior de la masa de sólidos. Cuando las aguas madres retenidas, que son de baja pureza, se secan sobre el producto, se produce contaminación, cuyo alcance depende de la cantidad y grado de impureza de las aguas madres retenidas por los cristales. En la práctica, una gran cantidad de las aguas madres retenidas se separan de los cristales por filtración o centrifugación, lavando con disolvente fresco. La eficacia de estas etapas de purificación depende del tamaño y uniformidad de los cristales.

Equilibrio: El equilibrio en los procesos de cristalización se alcanza cuando la disolución está saturada y la relación de equilibrio para los cristales grandes es la curva de solubilidad.

Rendimientos: En muchos procesos industriales de cristalización, los cristales y las aguas madres están en contacto suficiente tiempo para alcanzar el equilibrio y las aguas madres están saturadas a la temperatura final del proceso. El rendimiento del proceso se puede calcular entonces a partir de la concentración de la disolución original y la solubilidad para la temperatura final. Si durante el proceso se produce una evaporación apreciable, ésta debe de ser conocida o estimada. Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es lenta se requiere un tiempo considerable para alcanzar el equilibrio (disoluciones viscosas) de forma que hay poca superficie de cristales expuesta a la disolución sobresaturada. En tales situaciones las aguas madres finales pueden retener una apreciable sobresaturación y el rendimiento real será menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad.

El tamaño de los cristales. No cabe duda que un buen rendimiento y una elevada pureza son dos objetivos importantes de la cristalización, pero el aspecto y el intervalo de tamaños del producto cristalino es también importante. Si los cristales intervienen en un proceso posterior, para filtración, lavado, reacción con otros productos químicos, transporte y almacenamiento, es deseable que su tamaño sea adecuado y uniforme. Si los cristales se comercializan como un producto acabado, la aceptación por los consumidores exige cristales individuales resistentes de tamaño uniforme, que no formen agregados y que no se aglomeren en el envase. Por estas razones es preciso controlar la distribución del tamaño de los cristales (CSD), y éste es uno de los principales objetivos en el diseño y operación de cristalizadores.

d) Orden de polaridad de los disolventes.

DISOLVENTE FORMULA QUIMICA PTO. DE EBULLICION DENSIDAD (g

Hexano CH3-CH2-CH2-CH2-CH2CH3

69º

0.659

Cloruro de metileno CH2Cl2

40º 1.325

Acetato de etilo CH3-C(=O)-O-CH2-CH3

77º 0.902

Acetona CH3-C(=O)-CH3

56 0.791

Etanol CH3-CH2-OH

78º 0.785

Metanol CH3-OH

65º 0.791

Agua destilada H2O

100º 1000

e) Propiedades físicas de los disolventes orgánicos.

Estado físico: Se debe observar el estado físico, sólido o líquido. En los sólidos se debe describir la forma cristalina (agujas láminas prismas), distinguir entre un sólido amorfo y uno micro cristalino.

El

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