Cloro
El cloro es un elemento químico de
número atómico 17 situado en el grupo de los
halógenos (grupo 17) de la tabla periódica de los
elementos. Su símbolo es Cl. En
condiciones
normales y en estado puro es un gas amarillo-verdoso formado por moléculas
diatómicas, Cl2,
unas 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y
venenoso.
Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento
químico esencial para muchas formas de vida.
Características
En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona
con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, sino que
se
encuentra formando parte de cloruros y cloratos, sobre todo en forma de
cloruro de sodio, en las minas
de sal y disuelto y en suspensión
en el
agua de mar. El cloruro de sodio es la común o sal de mesa.
Se emplea para potabilizar el agua de consumo disolviéndolo
en la
misma; también tiene otras aplicaciones como oxidante,
blanqueante y
desinfectante. El cloro gaseoso es muy tóxico
(neurotóxico) y se usó como gas de guerra en la Primera y
Segunda Guerra Mundiales.
Este halógeno forma numerosas sales y se obtiene a partir de
cloruros a través de procesos de oxidación, generalmente
mediante electrolisis.
Se combina fácilmente con la mayor parte de los elementos. Es
ligeramente soluble en agua (unos 6,5 g de cloro por litro de agua a 25
ºC), en parte formando ácido hipocloroso, HClO.
En la mayoría de los numerosos compuestos que forma presenta
estado de oxidación -1. También puede presentar los
estados de oxidación +1, +3, +5 y +7.
Aplicaciones
El cloro se emplea principalmente en la purificación de aguas,
como blanqueante en la producción de papel y en la
preparación de
distintos compuestos clorados.
- Un proceso de purificación de aguas ampliamente
utilizado
es
la cloración. Se emplea ácido hipocloroso, HClO, que se
produce
disolviendo cloro en agua y regulando el pH.
- En la producción de papel se emplea cloro en el
blanqueo
de la pulpa, aunque tiende a ser sustituido por dióxido de
cloro, ClO2.
- Una gran parte del cloro se emplea en la producción
de
cloruro de vinilo, compuesto orgánico que se emplea
principalmente en la síntesis del poli(cloruro de vinilo),
conocido como PVC.
- Se usa en la síntesis de numerosos compuestos orgánicos
e inorgánicos,
por
ejemplo
tetra
cloruro de carbono,
CCl4,
o cloroformo, CHCl3, y distintos
halogenuros metálicos. También se emplea como agente
oxidante.
- Preparación de cloruro de hidrógeno puro; se puede
llevar a cabo por síntesis directa: H2 + Cl2
→ 2HCl
Historia
El cloro (del griego χλωρος, que significa "amarillo verdoso") fue
descubierto en 1774 por el sueco Carl Wilhelm Scheele, aunque
creía que
se trataba de un compuesto que contenía oxígeno. Lo
obtuvo a partir de
la siguiente reacción:
- MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2
+ 2H2O
En 1810 el químico inglés Humphry Davy demuestra
que se
trata de un elemento químico y le da el nombre de cloro debido a
su color.
El cloro se empleó en la Primera Guerra Mundial, siendo
el
primer caso de uso de armas químicas.
Abundancia y Obtención
El cloro se encuentra en la naturaleza combinado con otros
elementos, principalmente en forma de cloruro de sodio, NaCl, y
también
otros minerales como la silvina, KCl, o la carnalita, KMgCl3·6H2O.
Es
el
halógeno
más abundante en el agua marina con una
concentración de
unos 18000 ppm. En la corteza terrestre está presente en menor
cantidad, unos 130 ppm.
El cloro se obtiene principalmente (más del 95% de la
producción)
mediante la electrolisis de cloruro de sodio, NaCl, en
disolución
acuosa, denominado proceso del cloro-álcali.
Se emplean tres métodos: electrolisis con celda de
amalgama de mercurio, electrolisis con celda de
diafragma y electrolisis con celda de membrana.
Electrolisis con celda de amalgama de mercurio
Fue el primer método empleado para producir cloro a escala
industrial.
Se producen pérdidas de mercurio
en el proceso generando
problemas
medioambientales. En las dos últimas décadas del siglo XX
se mejoraron
los procesos, aunque se siguen perdiendo unos 1,3 gramos de mercurio
por tonelada de cloro producida. Por estos problemas medioambientales
este proceso se ha ido sustituyendo por el que utiliza una celda de
membrana y actualmente supone menos del 20% de la producción
mundial de
cloro.
Se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio
recubierto de platino u
óxido de platino. El cátodo
está depositado en el fondo de la celda de electrolisis y el
ánodo sobre éste, a poca distancia.
La celda se alimenta con cloruro de sodio y, con la diferencia
de
potencial adecuada, se produce la electrolisis:
- 2Cl- - 2e- → Cl2
- Hg + 2Na+ + 2e- → NaHg
A continuación se procede a la descomposición de
la
amalgama formada
para recuperar el mercurio. La base sobre la que está la
amalgama está
ligeramente inclinada y de esta forma va saliendo de la celda de
electrolisis y se pasa a una torre en donde se añade agua a
contracorriente, produciéndose las reacciones:
- H2O + 1e- → 1/2H2 + OH-
- NaHg - 1e- → Na+ + Hg
De esta forma el mercurio se reutiliza.
Con este método se consigue una sosa (NaOH) muy
concentrada y
un
cloro muy puro, sin embargo consume más energía que otros
métodos y
existe el problema de contaminación por mercurio.
Electrolisis con celda de diafragma
Este método se emplea principalmente en Canadá y Estados
Unidos.
Se emplea un cátodo perforado de acero o hierro y un
ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de
platino. Al cátodo se el adhiere un diafragma poroso de fibras
de asbesto
y mezclado con otras fibras (por ejemplo con politetrafluoroetileno).
Este diafragma separa al ánodo del cátodo evitando la
recombinación de
los gases generados en estos.
Se alimenta el sistema continuamente con salmuera que circula
desde el ánodo hasta el cátodo. Las reacciones que se
producen son las
siguientes:
- 2Cl- - 2e- → Cl2 (en el
ánodo)
- H2 + 2e- → H2 (en el
cátodo)
En la disolución queda una mezcla de NaOH y NaCl. El NaCl se
reutiliza y el NaOH tiene interés comercial.
Este método tiene la ventaja de consumir menos
energía
que el que
emplea amalgama de mercurio, pero por contra el NaOH obtenido es de
menor pureza por lo que generalmente se concentra. También
existe un
riesgo asociado al uso de asbestos.
Electrolisis con celda de membrana
Este método es el que
se suele implantar en las nuevas plantas de producción de cloro.
Supone
aproximadamente el 30% de la producción mundial de cloro.
Es similar al método que emplea celda de diafragma: se
sustituye el
diafragma por una membrana sintética selectiva que deja
pasar iones Na +,
pero no iones OH- o Cl-.
El NaOH que se obtiene es más puro y más
concentrado
que el obtenido
con el método de celda de diafragma, y al igual que ese
método se
consume menos energía que en las de amalgama mercurio, aunque la
concentración de NaOH sigue siendo inferior y es necesario
concentrarlo. Por otra parte, el cloro obtenido por el método de
amalgama de mercurio es algo más puro.
Compuestos
- Algunos cloruros metálicos se emplean como
catalizadores.
Por ejemplo, FeCl2, FeCl3, AlCl3.
- Ácido hipocloroso, HClO. Se emplea en la
depuración
de aguas y alguna de sus sales como agente blanqueante.
- Ácido cloroso,HClO2. La sal de sodio
correspondiente, NaClO2, se emplea para producir
dióxido de cloro, ClO2, el cual se usa como
desinfectante.
- Ácido
clórico (HClO3). El clorato de
sodio, NaClO3, también se puede emplear para producir
dióxido de cloro, empleado en el blanqueo de papel, así
como para obtener perclorato.
- Ácido perclórico (HClO4). Es un
ácido oxidante y se emplea en la industria de explosivos. El
perclorato de sodio, NaClO4, se emplea como oxidante y en la
industria textil y papelera.
- Compuestos de cloro como los clorofluorocarburos (CFCs)
contribuyen a la destrucción de la capa de ozono.
- Algunos compuestos orgánicos de cloro se emplean
como
pesticidas. Por ejemplo, el hexaclorobenceno (HCB), el para-diclorodifeniltricloroetano
(DDT),
el
toxafeno,
etcétera.
- Muchos compuestos organoclorados presentan problemas
ambientales debido a su toxicidad, por ejemplo los pesticidas
anteriores, los bifenilos policlorados (PCBs), o las dioxinas.
Isótopos
El cloro tiene 9 isótopos
con masas desde 32 uma hasta 40
uma. Sólo tres de éstos se encuentran en la naturaleza:
el 35Cl, estable y con una abundancia del 75,77%, el 37Cl,
también
estable
y
con una abundancia del 24,23%, y el
isótopo radiactivo 36Cl.
Precauciones
El cloro provoca irritación en el sistema respiratorio,
especialmente
en niños y personas mayores. En estado gas irrita las mucosas y
en
estado líquido quema la piel. Se puede detectar en el aire por
su olor
a partir de 3,5 ppm, siendo mortal a partir de unos 1000 ppm. Se
usó
como arma química en la Primera Guerra Mundial.
Una exposición aguda a altas (pero no letales)
concentraciones de cloro puede provocar edema pulmonar, o
líquido en lo pulmones.
Una exposición crónica
a bajas de bajo nivel debilita los
pulmones
aumentando la susceptibilidad a otras enfermedades pulmonares.
En muchos países se fija como límite de
exposición en el
trabaja para este gas 0,5 ppm (media de 8 horas diarias, 40 horas a la
semana).
Se pueden producir humos tóxicos cuando se mezcla hipoclorito
de sodio con urea, amoniaco o algún otro producto de
limpieza.
Estos
humos consisten en una mezcla de cloro y cloruro de nitrógeno;
por lo
tanto, estas combinaciones deberían ser evitadas. También
se libera cloro en la mezcla con algún ácido como el
clorhídrico o fosfórico presentes en muchos productos de
limpieza.
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