domingo, 7 de diciembre de 2008

Cloro
Elemento químico, símbolo Cl, de número atómico 17 y peso atómico 35.453. El cloro existe como un gas amarillo-verdoso más pesado que el aire a temperaturas y presiones ordinarias, tiene un olor irritante, y muy concentrado es peligroso. Es el segundo en reactividad entre los halógenos, sólo después del flúor, y de aquí que se encuentre libre en la naturaleza sólo a las temperaturas elevadas de los gases volcánicos. Se estima que 0.045% de la corteza terrestre es cloro. Se combina con metales, no metales y materiales orgánicos para formar cientos de compuestos.
Su nombre proviene de la palabra griega "chloros", que significa "verde pálido" reflejando el color del gas.
El cloro es uno de los cuatro elementos químicos estrechamente relacionados que han sido llamados halógenos. El flúor es el más activo químicamente; el yodo y el bromo son menos activos. El cloro reemplaza al yodo y al bromo de sus sales. Interviene en reacciones de sustitución o de adición tanto con materiales orgánicos como inorgánicos. El cloro seco es algo inerte, pero húmedo se combina directamente con la mayor parte de los elementos.
El cloro tiene un punto de fusión 171,6 K y un punto de ebullición 239,11 K, tiene una configuración electrónica [Ne]3s2 3p5 y sus estados de oxidación (Óxido) son ±1, +3, +5, +7 (ácido fuerte)




Tiene una estructura cristalina: ortorrómbica centrada en las base
Dimensiones de la celda unidad / pm:
a=624, b=448, c=826
Grupo espacial: Cmca

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. La relación de 36Cl con el Cl estable en el ambiente es de aproximadamente 700 × 10–15:1.


Historia

Fue descubierto por el químico sueco Carl Scheele en 1774. Cuando hizo reaccionar al mineral pirolusita (dióxido de manganeso, MnO2) con ácido clorhídrico. La reacción química produjo un gas verdoso con un olor sofocante y desagradable. Observó que blanqueaba las hojas verdes y corroía los metales. Scheele pensó que este gas contenía oxígeno y se consideró que era un compuesto hasta que Humprey Davy demostró en 1810 que era un elemento y le puso el nombre por su color verde amarillento.
Fue el primer gas usado como arma química en la primera guerra mundial.

Abundancia

El cloro es el undécimo elemento más abundante en la litosfera, es incluso más abundante que el carbono. Junto con el sodio forma un compuesto esencial para la vida: la sal (cloruro sódico). En la naturaleza se encuentra en forma de sales de sodio y potasio, disueltas en el agua de los mares, o formando depósitos de sal gema. Se produce en cantidades comerciales mediante la electrólisis de cloruro de sodio.
Los océanos constituyen la mayor reserva de cloro natural. La fotolisis de cloruros de la sal marina en la atmósfera produce de 2 a 50 kg de ácido clorhídrico por hectárea. Se estima que las erupciones volcánicas emiten a la atmósfera de 0,5 a 11 millones de toneladas de cloro al año, principalmente en forma de ácido clorhídrico.

Obtención y purificación

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.

1) Electrolisis con celda de amalgama de mercurio

Fue el primer método empleado para producir cloro a escala industrial.Estas celdas se fundamentan en la propiedad del sodio de formar con el mercurio (cátodo) una amalgama líquida, que se descompone con el agua en NaOH (disolución al 50%), H2 y Hg. El cloro se desprende en el ánodo.
Se producen pérdidas de mercurio en el proceso generando problemas medioambientales.

Electrolisis
2Cl– – 2e- → Cl2
Hg + 2Na+ + 2e– → NaHg


Descomposición de la amalgama formada para recuperar el mercurio
H2O + 1e– → 1/2H2 + OH–
NaHg – 1e– → Na+ + Hg

2) Electrolisis con celda de diafragma

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.

2Cl– – 2e– → Cl2 (en el ánodo)
2H+ + 2e– → H2 (en el cátodo)


3) 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,se obtienen concentraciones del 32% a 35%, y es necesario concentrarlo. Por otra parte, el cloro obtenido por el método de amalgama de mercurio es algo más puro. La tercera generación de membranas ya supera en pureza de cloro a las celdas de mercúrio.
Las células de membrana tienen la ventaja sobre las de mercurio y diafragma de que no utiliza ningún material contaminante para la separación de los productos electrolíticos, siendo su consumo energético similar al de las de diafragma. Sin embargo, el coste que supondría el reemplazamiento de las células existentes de mercurio por las de membrana, no justificaría el cambio de tecnología, habida cuenta que los enormes progresos conseguidos en las de mercurio, hacen que las ventajas medioambientales de dicho cambio sean mínimos

Aplicaciones

El cloro y sus compuestos se utilizan frecuentemente para blanquear papeles y tejidos, para desinfectar suministros de agua y como germicidas y blanqueadores domésticos.
El producto doméstico vendido como lejía contiene normalmente en su composición cloro, hipoclorito de sodio [NaClO] o hipoclorito de calcio [Ca(ClO)2].
También para la fabricación de PVC aun que se necesitan cantidades considerables. La sal sódica (NaCl) se utiliza en cantidades enormes en los alimentos.
Producción de compuestos orgánicos clorados como clorometano, cloroetano, etc, y sobre todo el cloruro de vinilo, monómero del PVC. El 70% de la producción del Cl2 se emplea con este fin.
En la fabricación con compuestos inorgánicos como el HCl, Cl2O, HClO, NaClO3, PCl3, PCl5, etc. El 10% de la producción del Cl2 se emplea en esta síntesis de productos inorgánicos.

Toxicidad

El cloro entra en el cuerpo al ser respirado el aire contaminado o al ser consumido con comida o agua contaminadas. No permanece en el cuerpo, debido a su reactividad.
Los efectos del cloro en la salud humana dependen de la cantidad de cloro presente, y del tiempo y la frecuencia de exposición. Los efectos también dependen de la salud de la persona y de las condiciones del medio cuando la exposición tuvo lugar.
La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo afecta negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y dolor pectoral hasta retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel , los ojos y el sistema respiratorio. No es probable que estos efectos tengan lugar a niveles de cloro encontrados normalmente en la naturaleza.
Los efectos en la salud humana asociados con la respiración o el consumo de pequeñas cantidades de cloro durante periodos prolongados de tiempo no son conocidos. Algunos estudios muestran que los trabajadores desarrollan efectos adversos al estar expuestos a inhalaciones repetidas de cloro, pero otros no.
Debido a su reactividad no es probable que el cloro se mueva a través del suelo y se incorpore a las aguas subterráneas.
Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro. Sin embargo, estudios de laboratorio muestran que la exposición repetida a cloro en el aire puede afectar al sistema inmunitario, la sangre, el corazón, y el sistema respiratorio de los animales. El cloro provoca daños ambientales a bajos niveles. El cloro es especialmente dañino para organismos que viven en el agua y el suelo.

Bibliografía:
Las piezas de construcción de la naturaleza (Nature’s Building Blocks). Autor: John Emsley. 2001.
Química medioambiental (Environmental Chemistry). Autor: John Wright. 2003.
Química de los elementos (Chemistry of the Elements). Autores: Greenwood y Earnshaw. 1997.
Klaus Naumann: La Chimie du Chlore dans la Nature (1993).