SINTESIS SOLVOTERMAL

Síntesis y Procesado de Materiales Híbridos

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TEMA 3

SÍNTESIS HIDROTERMAL
La técnica hidrotermal ha sido muy popular suscitando el interés de científicos y
tecnólogos de diferentes disciplinas particularmente en los últimos 15 años. El término
hidrotermal es de origen puramente geológico. Fue primeramente empleado por el
geólogo británico, Sir Roderick Murchinson (1792-1871) paradescribir la acción del
agua a elevada temperatura y presión en los cambios que en la corteza terrestre
conducen a la formación de varias rocas y minerales. La técnica hidrotermal se hizo
muy popular al tratar de simular las condiciones existentes en la corteza terrestre para
realizar síntesis en el laboratorio.
La síntesis hidrotermal se refiere a reacciones heterogéneas en medio acuoso porencima de 100 °C y 1 bar.
Con el nombre general de síntesis solvotermal se agrupan una serie de técnicas en
las que un líquido, en un recipiente cerrado, es calentado por encima de su punto de
ebullición, lo que genera una presión superior a la atmosférica (normalmente
moderada). El líquido habitual es el agua, y de ahí el nombre de “síntesis hidrotermal”;
sin embargo, cada vez se vanutilizando con mayor frecuencia otros medios líquidos:
disolventes orgánicos, amoníaco líquido, hidracina, etc,..., y tenemos entonces la
síntesis solvotermal.
Una característica distintiva de la síntesis hidrotermal es que los reactivos que
difícilmente se disuelven en agua pasan a la disolución por acción del propio disolvente
o de mineralizadores.
El objetivo de esta técnica es lograr una mejordisolución de los componentes de un
sistema y así se logran disolver o hacer reaccionar especies muy poco solubles en
condiciones habituales (p. ej., la sílice, aluminosilicatos, titanatos, sulfuros,...). En este
sentido cabe señalar que el agua, calentada a 600 °C (lo que obviamente requiere
presión que evite su paso al estado de vapor) experimenta una disociación (H3O+, OH-)
mucho mayor quelo habitual a presión ordinaria: Kw llega a ser de 10-6 en lugar de
10-14, lo que quiere decir que en estas condiciones, el agua, como anfótero que es, se
comportará a la vez como un ácido y una base bastante fuertes, capaz por tanto de
ataques ácido-base mucho más agresivos. Por otra parte, pueden añadirse distintas
especies conocidas como “mineralizadores”, tanto básicos (carbonatos,hidróxidos,...)
como ácidos (nítrico, clorhídrico, sales amónicas,...) oxidantes o reductores,
complejantes, etc,... y que, obviamente, potenciarán la capacidad de disolución del agua
en una u otra dirección. Además, el agua en estas condiciones suele actuar como agente
reductor (liberando oxígeno), por lo que caben esperar también variaciones en el estado
de oxidación de los elementos implicados enla síntesis. No menos importante es la
adición de especies utilizables como “plantilla” con el fin de nuclear el producto en su
entorno y generar así cavidades o porosidad “a la medida” y, en este sentido, cationes
orgánicos, con geometría definidas como el terametilamonio (TMA) y otros, están
siendo utilizados profusamente y con gran éxito en la síntesis de nuevas especies.

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Históricamente el método hidrotermal ha estado arraigado en las Ciencias
Geológicas, pero hoy en día desempeña un importante papel en la Química Preparativa
del Estado Sólido.
1.- Propiedades físicas del agua en condiciones hidrotermales.
En la actualidad los datos de presión, volumen y temperatura del agua hasta 1000 °C
y 10 Kbar son conocidos con unaexactitud de hasta el 1% de error.
i)

El producto iónico del agua crece acusadamente con la presión y la
temperatura, de tal manera que a 1000 °C y 10 Kbar el valor de pKw=
7.85(3).

ii)

La densidad del agua aumenta al hacerlo la presión y la temperatura. A 1000
°C y presión de entre 150-200 Kbar tiene una densidad de entre 1.7-1.9
g.cm-3, y se encuentra completamente disociada en...