Por que a água dissolve praticamente tudo
A água é chamada de solvente universal não porque ela dissolve literalmente tudo, mas porque dissolve mais substâncias do que qualquer outro líquido conhecido. Isso vem da estrutura molecular dela. O oxigênio é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio, então os elétrons ficam mais próximos do oxigênio. O resultado é um dipolo permanente: o lado do oxigênio fica parcialmente negativo e os lados dos hidrogênios ficam parcialmente positivos.
O que determina o porque a agua e um solvente universal
Quando você coloca um sal como o NaCl na água, os íons sódio são atraídos pela região negativa da molécula de água e os íons cloreto são atraídos pela região positiva. A água forma uma esfera de hidratação ao redor de cada íon e consegue arrancar ele da rede cristalina. Esse processo é chamado de solvatação. No caso específico da água, recebe o nome de hidratação. Compostos polares também se dissolvem bem. Açúcar, etanol, amônia. Todos têm grupos que formam pontes de hidrogênio com a água. A água então se interpõe entre as moléculas do soluto e faz com que elas se separem.
Apesar do nome, a água não dissolve apolares. Óleo, gordura, benzeno. Esses compostos não têm dipolos para interagir com a água e acaba ficando mais barato energeticamente para as moléculas de água continuarem se ligando entre si do que fazer espaço para essas substâncias. É por isso que óleo e água não se misturam. A água simplesmente prefere ficar com ela mesma. Já trabalhei em um laboratório onde precisávamos remover traços de sais inorgânicos de um extrato orgânico. A tentação era usar água pura para lavar, mas em certo pH e temperatura alguns compostos orgânicos começam a ter solubilidade apreciável em água. Acabamos usando uma solução saturada de NaCl em vez de água destilada. O sal já estava presente em alta concentração no meio aquoso, então a água do lavado não conseguia mais dissolver os sais do extrato por efeito do íon comum. Economizamos horas de secagem e purificação posterior.
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Fatores que influenciam a capacidade de solvatação
Temperatura é o fator mais óbvio. Em geral, aumentar a temperatura aumenta a solubilidade de sólidos em líquidos. Gases se comportam de forma oposta: quanto mais quente a água, menos gás ela consegue manter dissolvido. Isso é relevante para qualquer coisa que envolva aerossóis ou processos de degaseificação. O pH altera completamente o comportamento de compostos que têm grupos ácidos ou básicos. Um ácido carboxílico protonado é muito menos solúvel em água do que sua forma desprotonada (carboxilato). Na prática, isso significa que ajustar o pH pode ser mais eficiente do que mudar o solvente para precipitar ou extrair uma substância.
A constante dielétrica da água é cerca de 80 à temperatura ambiente. Isso significa que a água reduz drasticamente a força eletrostática entre cargas opostas, facilitando a dissociação de sais. Líquidos com constante dielétrica baixa, como hexano ou tolueno, não conseguem fazer o mesmo e acabam sendo ruins para dissolver compostos iônicos. Existe ainda o aspecto cinético. Algumas substâncias são termodinamicamente solúveis, mas a cinética de dissolução é tão lenta que na prática parecem insolúveis. Um exemplo clássico é o polímero PVA em água fria. Ele incha mas não dissolve rapidamente. Se você esquentar a água para perto de 90 graus, a dissolução acontece em minutos. Não adianta esperar horas em água fria e concluir que o material não é solúvel.
Onde a água como solvente falha
A principal limitação é a faixa de estabilidade. Acima de 100 graus Celsius a pressão atmosférica, a água entra em ebulição.abaixo de zero ela congela. Em processos industriais que operam em temperaturas extremas, a água pura simplesmente não funciona como solvente. Misturas aquosas com sais ou glicol podem estender essa faixa, mas cada aditivo introduz novos problemas de corrosão e tratamento de efluentes. A água também é um problema quando o composto alvo é sensível a hidrólise. Éteres, anidridos, haletos de acila. Colocar esses materiais em contato com água por muito tempo leva à degradação. Nessas situações, solventes orgânicos como diclorometano ou acetonitrila são escolhas mais seguras, mesmo com todas as desvantagens de toxicidade e inflamabilidade.
Outro ponto que muita gente subestima é a pureza da água. Água de torneira contém íons cálcio, magnésio, cloro e traços de orgânicos que podem interferir em reações ou Formulações. Água destilada comum ainda tem resíduos de CO2 dissolvido que abaixam o pH. Para trabalho analítico ou síntese sensível, água tipo I (resistividade superior a 18 M·cm) é o padrão mínimo que você deve usar. O custo de uma coluna deionizadora boa é irrisório perto do custo de refazer um lote inteiro por causa de contaminação. A água dissolve sais, açúcares, aminoácidos, muitos gases. Ela não dissolve lipídios, hidrocarbonetos e a maioria dos polímeros orgânicos. O design de qualquer processo que envolva água como solvente precisa levar isso em conta desde o início, senão você perde tempo tentando forçar incompatibilidades e acaba resolvendo com extração líquido-líquido ou mudança de pH de qualquer forma.
