Cristalização

1. Método de separação que baseia-se na variação de solubilidade de diversos sólidos em um determinado solvente em função da temperatura.

1.1. onde todos os sólidos ou parte deles precisam ser solúveis em uma dada temperatura, de forma que ao resfriar a solução deve haver a redução da solubilidade do sólido de interesse no solvente escolhido.

2. Solubilidade

2.1. Solubilidade molar (mol/L) quantidade máxima de soluto, em número de mols, que se pode estar presente em 1 L de solução.

2.2. Expressa a limitação do solvente em conseguir solvatar as moléculas, além de propriedade física do soluto que pode-se conceituar de duas formas

2.3. Solubilidade (g/L; mg/mL; g/100g) quantidade máxima de soluto, em unidade de massa, que se solubiliza em um determinado volume de solvente ou massa de solvente.

3. Solução Saturada

3.1. A solução que se estabelece quando a solubilidade é alcançada.

4. Efeito da temperatura sobre a solubilidade

4.1. Processo endotérmico (absorção de energia) -> aumento da temperatura -> aumento da solubilidade Processo exotérmico (liberação de energia) -> aumento da temperatura -> diminuição da solubilidade.

5. NENHUM SÓLIDO É INFINITAMENTE SOLÚVEL EM UM LÍQUIDO!

6. Processo de dissolução

6.1. Etapa 1 : superação das forças intermoleculares que mantem o soluto no estado sólido (soluto-soluto) e superação das forças intermoleculares entre moléculas do solvente (solvente-solvente).

6.1.1. ocorre com um custo energético, ou seja, é necessário que o sistema receba energia para que essas interações sejam desfeitas. Esse processo é Endotérmico, a energia fornecia é denominada energia de rede .

6.2. Etapa 2 : formação das interações que manterão o soluto em solução (soluto-solvente).

6.2.1. ocorre com liberação de energia, quantidade essa denominada por energia de solvatação. Esse processo é Exotérmico.

6.3. Resumindo: Energia de rede > Energia de solvatação -> processo endotérmico Energia de rede < Energia de solvatação -> processo exotérmico.

7. Critérios a serem considerados na escolha do solvente (fatores que determinam o sucesso do processo de purificação)

7.1. - Solubilidade da substância a ser purificada no solvente: como a técnica de cristalização se baseia na solubilização da mistura problema em temperatura alta e posterior resfriamento da solução para a formação de cristais puros do composto de interesse, esse último deve apresentar uma alta solubilidade no solvente usado em altas temperaturas e baixa solubilidade em temperaturas inferiores. Portanto, a curva de solubilidade deve possuir alta inclinação, pois, assim, uma alta quantidade da substância de interesse será solubilizada a quente e, ao resfriar, uma grande quantidade será recuperada na forma de cristais. Entretanto, se a variação de 10 solubilidade com a temperatura for muito alta (curva muito íngreme), ao se resfriar a solução, a formação de cristais perfeitos será prejudicada pela alta velocidade do processo de expulsão da substância da solução. Assim, o processo de precipitação (rápido e não desejado) será privilegiado em detrimento do processo de cristalização (lento e desejado). A formação de cristais perfeitos e puros (cristalização) é atingida por meio de uma cinética lenta de saída do sólido de solução. A escolha do solvente, portanto, deve privilegiar o compromisso entre esses dois fatores: alta variação da solubilidade da substância alvo em função da temperatura e lenta cinética de cristalização.

7.2. - Solubilidade das impurezas: podemos pensar em duas estratégias de purificação usando a cristalização: (a) solubilização total da mistura a quente, seguida de cristalização do analito por resfriamento com posterior separação por filtração; (b) solubilização parcial da mistura a quente, seguida de filtração e posterior cristalização do analito por resfriamento com nova filtração (exemplo: escolha de um solvente que solubilize o analito e não as impurezas). O primeiro caso é o mais comum de todos e se baseia na escolha de um solvente que solubilize tanto o analito quanto as impurezas a quente. Entretanto, para que essa estratégia seja eficiente, o analito deve apresentar uma solubilidade menor do que a das impurezas e essas devem estar presente em baixas quantidades na mistura inicial. Essas condições são necessárias para que haja um alto rendimento da cristalização da substância alvo e um baixo rendimento da cristalização das impurezas. Em função disso, a cristalização é um método utilizado para a separação de sólidos com baixos teores de impurezas. Uma outra desvantagem da cristalização é o alto nível de perda da substância alvo, já que uma fração se mantém em solução após o resfriamento da solução.

7.3. - Temperatura de ebulição do solvente: A fim de melhorar a eficiência do processo de cristalização e diminuir o volume de solvente usado, costuma-se trabalhar com soluções saturadas da substância alvo no solvente escolhido, em temperatura igual ao ponto de ebulição do solvente. Portanto, deve-se escolher um solvente cuja temperatura de ebulição seja inferior à temperatura de degradação térmica da substância alvo.

7.4. - Inércia química do solvente: O solvente escolhido não deve reagir com as impurezas e, principalmente com a substância alvo para que não haja perdas e contaminações desta.