Una reacción en estado sólido es una reacción que ocurre entre dos o más sustancias sólidas para producir otra sustancia sólida sin utilizar disolventes para solubilizar a los reactantes, motivo por el que también se conoce como reacción seca. La reacción en estado sólido es un ejemplo prototipo de reacciones sin disolventes, un tipo de reacciones que también pueden darse en estado líquido y en estado gaseoso.
En una reacción normal, los reactantes se colocan en un solvente dónde la reacción tiene lugar. Es decir, la reacción ocurre en una disolución dónde los reactantes interaccionan para formar una nueva sustancia. Cuándo la reacción se completa, la sustancia formada ha de ser separada y purificada de restos de disolvente.
En las reacciones en estado sólido se elimina la necesidad de solvente y el proceso de separación y purificación es mucho más simple, a veces incluso innecesario, porque las reacciones en estado sólido suelen ser mucho más eficientes y tener un rendimiento químico mayor.
La eliminación de disolvente también supone una importante ventaja medioambiental. Los disolventes, especialmente los disolventes orgánicos, son productos muy contaminantes y en las reacciones de síntesis se suelen emplear en altas cantidades. En las reacciones en estado sólido no hay disolvente y por consiguiente no hay productos de desecho o estos son mínimos.
Las ventajas de la reacciones en estado sólido se pueden resumir en:
- facilidad de purificación
- alto rendimiento
- contaminación mínima
Las reacciones en estado sólido ocurren en la superficie de contacto entre las partículas sólidas. Dos sólidos no suelen reaccionar entre sí a temperatura ambiente, no al menos en una escala de tiempo corta. Para que las reacciones ocurran con mayor facilidad, es necesario preparar los reactantes de modo que aumente la superficie de contacto entre ellos y la velocidad de difusión entre sus moléculas. Algunas de las técnicas más comunes son:
- Pulverizado y horneado: conocido como método cerámico, se utiliza para reactantes sólidos termoestables. Primero los reactantes se pulverizan finamente para aumentar la superficie de contacto entre ellos y se hornean a altas temperaturas para que aumente la interdifusión y reacción.
- Fundido: los reactantes se funden juntos y reaccionan en estado líquido para luego enfriar y volver a estado sólido.
- Liofilizado: los reactantes se disuelven y luego se somete a liofilización para eliminar el disolvente y obtener un precipitado dónde los reactantes están muy mezclados y con una gran superficie de contacto entre sí.
- Reacciones de gas: algunos sólidos reaccionan fuertemente en la presencia de algún gas, como el cloro, yodo, oxígeno, monóxido de carbono o etileno. Por ejemplo, el sodio metálico reacciona con el gas cloro para formar cloruro sódico.
- Síntesis flux: a la mezcla de reactantes sólidos se incorpora alguna sal también sólida pero que a altas temperaturas se funde y hace de solvente.