Cristalización

Cristalización

La cristalización es la técnica más simple y efectiva para la purificación de sólidos. Los compuestos cristalinos son fáciles de manejar y su pureza se puede determinar fácilmente mediante la determinación de su punto de fusión.

El proceso de cristalización implica cinco etapas bien definidas: disolución, filtración, cristalización, recogida de los cristales y secado de éstos. Se determina entonces la pureza de los cristales, y si se necesita que estén más puros, se les somete a una recristalización, que consiste en volver a someterlos al mismo proceso, sólo que partiendo de un material mucho más puro.

En general, la cristalización consiste en disolver el sólido impuro en el mínimo volumen de un disolvente caliente, filtrando a continuación, si es necesario para eliminar las impurezas insolubles. La disolución resultante, saturada, juntamente con las impurezas solubles en el disolvente de cristalización, se deja reposar y enfriar lentamente, con lo que se formarán cristales. La disolución remanente del proceso de cristalización recibe el nombre de aguas madres.

El que la cristalización sirva como técnica de purificación tiene un fundamento, que de manera resumida consiste en lo siguiente. El proceso de cristalización es un equilibrio entre las moléculas en disolución y las que se incorporan a los cristales. Dado que la estructura cristalina está altamente ordenada, moléculas diferentes, como es el caso de las impurezas, no se incluyen en la estructura cristalina y vuelven a la disolución. Por ello, sólo las moléculas del compuesto requerido se retienen en la superficie de la red cristalina y las impurezas quedan en las aguas madres. Para que la cristalización tenga éxito, debe tener lugar lentamente para que los cristales se puedan formar con lentitud y pueda operar el equilibrio que excluye las moléculas de impurezas de la red cristalina. Si la disolución se enfría demasiado rápidamente, moléculas de impurezas quedarán atrapadas o incluidas en la red cristalina. La formación rápida de un material sólido de una disolución recibe el nombre de precipitación, y no tiene la misma efectividad que la cristalización como técnica de purificación.

Es importante hacer notar que la cristalización no funciona siempre. Las sustancias que tengan una gran cantidad de impurezas a menudo no cristalizan. En ese caso es necesario emplear alguna técnica de purificación preliminar.

Disolución del sólido a cristalizar

Para poder cristalizar un compuesto hay que disolver la sustancia en un disolvente adecuado. La primera condición que tiene que cumplir un disolvente de cristalización ideal es que no reaccione con el compuesto a cristalizar. Además, en general debe ser suficientemente volátil para que sea fácil de eliminar de los cristales, debe tener un punto de ebullición inferior al punto de fusión del compuesto a cristalizar, no ser tóxico y/o inflamable. Sin embargo, la condición más importante que debe cumplir un buen disolvente de cristalización es que el compuesto sea muy soluble en el disolvente caliente y muy poco soluble en el disolvente frío.

Cuando se trata de cristalizar compuestos conocidos, sabremos normalmente qué disolvente utilizar, dado que el procedimiento de la práctica lo especificará siempre. En otros casos, habrá que decidir cuál es el disolvente adecuado. La elección del disolvente no es un proceso siempre fácil, pero en general se suele seguir la regla de que "semejante disuelve a semejante". Por ello, para la cristalización de una sustancia poco polar podríamos intentar la cristalización con un disolvente poco polar, como hexano o tolueno. Se puede intentar cristalizar compuestos polares con disolventes polares, como el etanol o el agua. En cualquier caso, en estas prácticas el disolvente adecuado para llevar a cabo las cristalizaciones se indicará en cada procedimiento experimental.

Si una sustancia no se puede cristalizar fácilmente con un único disolvente, se suele recurrir al empleo de una mezcla de disolventes. En este caso, se utilizan dos disolventes elegidos de manera que uno de ellos disuelva el compuesto fácilmente (el llamado "buen disolvente"), mientras que el otro no (el llamado "mal Disolvente"). Por ejemplo, muchos compuestos de polaridad moderada son solubles en éter, pero no en hexano, y por ello se puede utilizar una mezcla de estos dos disolventes en la cristalización de uno de estos compuestos.

En principio se pueden utilizar dos métodos distintos en la cristalización de un compuesto de una mezcla de disolventes. En el primer método, se disuelve el sólido en la mínima cantidad del buen disolvente en caliente, y se añade entonces lentamente el mal disolvente caliente, hasta que la disolución comience a ponerse turbia, lo cual es indicio de que comienza a estar saturada. Se añaden unas gotas del buen disolvente para que desaparezca la turbidez (la mínima cantidad), se filtra entonces la disolución si es necesario y se deja cristalizar.

En el segundo método, mucho menos habitual, y que no emplearemos en estas prácticas, se suspende el sólido en una cantidad adecuada del mal disolvente en caliente, y entonces se añade el buen disolvente lentamente hasta que el sólido se disuelva, evitando añadir exceso del buen disolvente. Se filtra entonces la disolución si es necesario y se deja reposar. Mezclas típicas que funcionan bien en algunos casos son hexano-éter, diclorometano-hexano, éter-acetona y etanol-agua.

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