Recristalización: Fundamentos y Procedimiento de Purificación
La recristalización es un procedimiento esencial utilizado para separar un compuesto sólido de sus impurezas, basándose en la diferencia de solubilidad de ambos en un solvente o mezcla de solventes.
Pasos Clave del Proceso de Recristalización
El protocolo estándar incluye las siguientes etapas:
- Elección del disolvente adecuado.
- Disolución de la sustancia a recristalizar (generalmente en caliente).
- Filtración en caliente (para eliminar impurezas insolubles).
- Cristalización (enfriamiento controlado).
- Filtración en frío y escurrido de los cristales.
- Lavado de los cristales con el solvente de cristalización frío.
- Secado de los cristales.
- Verificación de la pureza (usualmente mediante punto de fusión).
Criterios para la Selección del Solvente Ideal
La elección del solvente es crítica para el éxito de la purificación. El solvente debe cumplir con las siguientes características:
- Debe tener un gran poder disolvente de la sustancia a purificar en caliente y poco poder disolvente en frío.
- La impureza debe ser muy soluble en él, incluso en frío.
- No debe reaccionar químicamente con el soluto.
- El cociente entre la solubilidad en caliente y en frío debe ser lo más bajo posible.
- Debe disolver a los contaminantes a bajas temperaturas o no disolverlos a altas temperaturas.
- Debe tener un punto de ebullición relativamente bajo para facilitar el secado posterior de los cristales.
Uso de Mezclas de Solventes
A menudo, una sustancia es demasiado soluble en un disolvente y muy poco soluble en otro, por lo que se usan ambos solventes conjuntamente para la recristalización, siempre que sean miscibles entre sí.
Procedimiento con mezcla: Se disuelve el sólido a purificar en el primer solvente caliente (ej. alcohol), utilizando la cantidad mínima. Después, se añade gota a gota y caliente el segundo solvente (ej. agua), hasta que aparezca una tenue turbidez persistente que no desaparece al agitar la muestra. Finalmente, se añaden gotas del primer solvente (alcohol) para eliminar la turbidez.
Técnicas de Filtración y Purificación Adicional
Control de la Evaporación durante la Filtración
Se debe reducir al mínimo la evaporación del solvente porque, al evaporarse por efecto de la succión, se modifica la proporción de solvente en la mezcla, o enfriando el embudo, se genera la prematura formación de cristales en él, lo que dificulta la filtración.
Para evitar esto: Es conveniente agregar a la solución una pequeña cantidad de solvente caliente en exceso, previo a su filtrado, y realizar la filtración en pequeñas porciones, manteniendo la solución en constante ebullición durante el proceso.
Uso de Carbón Activado
El carbón activado se utiliza para eliminar contaminantes solubles por adsorción selectiva sobre su superficie.
- El carbón se agrega en pequeña cantidad (aproximadamente 2%) a la solución caliente, previo al paso de filtración.
- Es esencial agregar poco carbón, ya que su superficie también puede adsorber parte del compuesto a purificar.
- La solución no debe estar sobrecalentada antes del agregado de carbón. Se recomienda sacar el recipiente del fuego durante un lapso corto y después agregar el carbón (una punta de espátula cada 30 ml, aproximadamente).
Manejo de la Succión y el Kitasato
Cada vez que se interrumpe la succión, es fundamental separar previamente el matraz Kitasato de la manguera de goma que va a la trompa de vacío. Solo después se debe cerrar el agua. Si no se sigue este orden, ingresaría agua al Kitasato, impurificando el filtrado.
Coadyuvantes de Filtración
Si la filtración se hace lenta debido a la presencia de impurezas gelatinosas, se puede añadir un coadyuvante de filtración al líquido.
Control de la Cristalización y Secado
Consideraciones sobre el Punto de Ebullición del Solvente
Es mejor usar un solvente con punto de ebullición superior a 60 ºC, pero que a su vez sea por lo menos 10 ºC más bajo que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar.
Formación de Cristales y Captura de Impurezas
Cuando se separan los cristales, estos no captan las impurezas, a menos que se formen soluciones sólidas. En cambio, si se forman aceites, las impurezas se reparten entre estos y el solvente según su solubilidad.
Velocidad de Enfriamiento y Tamaño del Cristal
La velocidad de enfriamiento influye directamente en la pureza y el tamaño de los cristales:
- Enfriamiento moderado: Permite obtener cristales medianos, que son ideales.
- Enfriamiento rápido (con agitación): Conviene evitar la formación de cristales muy pequeños, pues en conjunto poseen una gran superficie de adsorción, fijando una mayor cantidad de impurezas.
- Enfriamiento lento (sin agitación): Se obtienen cristales grandes, pero pueden estar contaminados por la oclusión de aguas madres. Si se obtienen cristales grandes por este método, se debe recristalizar nuevamente para asegurar la eliminación de impurezas.
Uso de Aguas Madres para Lavado
Para lavar los cristales se deben usar las aguas madres (el filtrado residual) y no el solvente puro. Las aguas madres ya están saturadas con la sustancia problema a esa temperatura, evitando así las pérdidas que supondría el uso del solvente puro.
Inducción de la Cristalización
Si la cristalización no comienza espontáneamente, se pueden utilizar los siguientes métodos:
- Raspar las paredes del recipiente con una varilla de vidrio de punta redondeada, por debajo del nivel de la solución.
- Agregar un cristal del compuesto puro (siembra).
- Enfriar la solución a temperaturas inferiores a 0 ºC.
- Evaporar parte de la solución y reenfriar.
Secado de Cristales y Verificación de Pureza
Secado
Los cristales se secan en estufa a una temperatura por debajo de su punto de fusión.
Para aumentar la eficacia del secado: Se puede utilizar un agente desecante y aplicar el vacío. Los desecantes más utilizados son el pentóxido de fósforo o el hidróxido de sodio sólido.
Solventes Comunes
Los solventes más utilizados en recristalización incluyen: agua, etanol, metanol, acetona, éter de petróleo, hexano y benceno.
Verificación de Pureza
Para confirmar la eliminación de impurezas, es imprescindible determinar el punto de fusión de la sustancia purificada.