Parámetro de solubilidad de Hildebrand

El parámetro de solubilidad de Hildebrand (δ) proporciona una estimación numérica del grado de interacción entre materiales y puede ser un buen indicador de la solubilidad , especialmente para materiales no polares como muchos polímeros . Es probable que los materiales con valores similares de δ sean miscibles .

El parámetro de solubilidad de Hildebrand es la raíz cuadrada de la densidad de energía cohesiva :

${\displaystyle \delta ={\sqrt {\frac {\Delta H_{v}-RT}{V_{m}}}}.}$

La densidad de energía cohesiva es la cantidad de energía necesaria para separar completamente un volumen unitario de moléculas de sus vecinas hasta una separación infinita (un gas ideal ). Esto equivale al calor de vaporización del compuesto dividido por su volumen molar en la fase condensada. Para que un material se disuelva, es necesario superar estas mismas interacciones, ya que las moléculas se separan entre sí y quedan rodeadas por el disolvente. En 1936, Joel Henry Hildebrand propuso la raíz cuadrada de la densidad de energía cohesiva como un valor numérico que indica el comportamiento de la solubilidad. ^{[ 1 ]} Posteriormente, este valor se conoció como el "parámetro de solubilidad de Hildebrand". Los materiales con parámetros de solubilidad similares podrán interactuar entre sí, dando lugar a solvatación , miscibilidad o hinchamiento.

Su principal utilidad radica en que proporciona predicciones sencillas del equilibrio de fases basadas en un único parámetro fácilmente obtenible para la mayoría de los materiales. Estas predicciones suelen ser útiles para sistemas no polares y ligeramente polares ( momento dipolar < 2 debyes ) sin enlaces de hidrógeno. Ha resultado especialmente útil para predecir la solubilidad y la hinchazón de polímeros por disolventes. Para moléculas polares, se han propuesto parámetros de solubilidad tridimensionales más complejos, como los parámetros de solubilidad de Hansen .

La principal limitación del método del parámetro de solubilidad es que solo se aplica a soluciones asociadas ("lo semejante disuelve a lo semejante" o, técnicamente hablando, desviaciones positivas de la ley de Raoult ); no puede explicar las desviaciones negativas de la ley de Raoult que resultan de efectos como la solvatación o la formación de complejos donador-aceptor de electrones. Como cualquier teoría predictiva simple, puede generar un exceso de confianza; se recomienda su uso para la selección de datos que permitan verificar las predicciones.

Las unidades convencionales para el parámetro de solubilidad son ( calorías por cm³ ⁾ ¹ ^/² o cal¹ ^/² cm⁻³ ^/² . Las unidades del SI son J¹ ^/² m⁻³ ^/² , equivalentes al pascal¹ ^/² . 1 caloría equivale a 4,184 J.

1 cal ^1/2 cm ^−3/2 = (523/125 J) ^1/2 (10 ⁻² m) ^−3/2 = (4.184 J) ^1/2 (0.01 m) ^−3/2 = 2.045483 10 ³ J ^1/2 m ^−3/2 = 2.045483 (10 ⁶ J/m ³ ) ^1/2 = 2.045483 MPa ^1/2 .

Dada la naturaleza imprecisa del uso de δ, a menudo basta con decir que el valor en MPa¹ ^/² es aproximadamente el doble del valor en cal¹ ^/² cm⁻³ ^/² . Cuando no se especifican las unidades, por ejemplo, en libros antiguos, generalmente se puede asumir que se trata de una unidad que no pertenece al SI.

Según la tabla, el polietileno tiene un parámetro de solubilidad de 7,9 cal ^1/2 cm ^−3/2 . Los buenos disolventes probablemente sean el éter dietílico y el hexano . (Sin embargo, el PE solo se disuelve a temperaturas muy superiores a 100  °C). El poliestireno tiene un parámetro de solubilidad de 9,1 cal ^1/2 cm ^−3/2 , por lo que el acetato de etilo probablemente sea un buen disolvente. El nailon 6,6 tiene un parámetro de solubilidad de 13,7 cal ^1/2 cm ^−3/2 , y el etanol probablemente sea el mejor disolvente de los tabulados. Sin embargo, este último es polar, por lo que debemos ser muy cautelosos al usar solo el parámetro de solubilidad de Hildebrand para hacer predicciones.

• Solvente
• Parámetros de solubilidad de Hansen

• Abboud J.-LM, Notario R. (1999) Compilación crítica de escalas de parámetros de disolventes. Parte I. Disolventes puros, no donadores de enlaces de hidrógeno: informe técnico . Pure Appl. Chem. 71(4), 645–718 (documento de la IUPAC con una tabla grande (1b) del parámetro de solubilidad de Hildebrand (δ _H ))