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- En este artículo, veremos las reacciones del cloro y sus compuestos relacionados.
- En primer lugar, explicaremos las diferencias entre cloro, cloruro y clorato(I).
- Después investigaremos cómo se utilizan el cloro y el clorato(I) para tratar las aguas residuales y veremos la reacción entre el cloro y el hidróxido de sodio.
- También estudiaremos la reacción del cloro con el oxígeno, el sodio y otras soluciones de haluros.
- Por último, exploraremos los pros y los contras del uso del cloro en el tratamiento de las aguas residuales.
¿Qué son el cloro, el cloruro y el clorato(I)?
Antes de seguir adelante, debemos examinar algunas de las especies relacionadas con el cloro: el cloruro y elclorato(I). A pesar de sus nombres similares, tienen sus diferencias y no debes confundirlos.
Cloro
Como ya hemos dicho, el cloro es un halógeno del grupo 17 de la tabla periódica. A temperatura ambiente, se encuentra como un gas diatómico amarillo. Esto significa que cada molécula de cloro está formada por dos átomos de cloro unidos covalentemente. La molécula es neutra, y cada átomo de cloro dentro de la molécula tiene un estado de oxidación de +0.
Fig. 1 - Una molécula de cloro
Cloruro
Si tomas un átomo de cloro y le añades un electrón, obtendrás cloruro. El cloruro es un ion de cloro negativo con una carga de -1 y un estado de oxidación de -1. De hecho, en la mayoría -pero no en todos- los compuestos que contienen cloro, lo encontrarás con este estado de oxidación.
Fig. 2 - Un ion cloruro
Clorato(I)
Cuando el cloro se une al oxígeno y toma un electrón adicional, forma el ion clorato(I), \(ClO^-\). Se trata de un ion negativo con carga -1. También se conoce como hipoclorito.
Fig. 3 - Un ion clorato(I)
Veamos con más detalle los estados de oxidación del compuesto. Intenta calcularlos tú mismo.
- En un ion, la suma de todos los estados de oxidación es igual a la carga del ion. En este caso, todos deben sumar -1.
- En un compuesto, el elemento más electronegativo adopta el estado de oxidación más bajo. En este caso es el oxígeno.
- Debes saber que el oxígeno siempre tiene un estado de oxidación de -2 (excepto en algunos casos especiales).
- Para que todos los estados de oxidación del compuesto sean iguales a -1, el cloro debe tener un estado de oxidación de +1.
¿No es lo que esperabas? Normalmente, el cloro tiene un estado de oxidación de -1. Pero aquí adopta el estado de oxidación más alto del compuesto porque es menos electronegativo que el oxígeno.
Cuando se habla de clorato, generalmente se hace referencia al clorato(V). Se trata de otro ion con la fórmula \(ClO_3\). Los números romanos indican el estado de oxidación de uno de los elementos de un compuesto. En el clorato(V), el cloro tiene un estado de oxidación de +5.
¿Te cuesta entender los estados de oxidación? Consulta Redox para obtener más información.
¿Cómo reacciona el cloro con el agua?
El cloro desempeña muchas funciones en la vida cotidiana, pero vamos a centrarnos específicamente en uno de sus usos principales: el tratamiento de las aguas residuales.
Reacción del cloro con el agua
Cuando el cloro reacciona con el agua, forma una mezcla de ácido clorhídrico, HCl, y ácido clórico, HClO. El ácido clórico también se conoce como ácido hipocloroso y se basa en el ion clorato, ClO-. Es un potente agente oxidante que mata todo tipo de bacterias y virus, desde el resfriado común hasta el cólera. Utilizamos esta técnica para desinfectar el agua tanto de las piscinas como para beber. La ecuación es la siguiente
\Cl_2 (g) + H_2O(l) en flecha recta HClO (aq) + HCl (aq)|].
Veamos los estados de oxidación del cloro en las tres especies diferentes.
- En el Cl2, tiene un estado de oxidación de +0.
- En el HCl, tiene un estado de oxidación -1.
- En el HClO, tiene un estado de oxidación de +1.
Esto significa que el cloro se ha oxidado y reducido a la vez. Por tanto, esta reacción es un ejemplo de reacción de desproporción.
En una reacción de desproporción, algunos átomos de un elemento se oxidan y otros se reducen.
Reacción del cloro con el agua bajo la luz solar
Con la luz solar se produce una reacción diferente. El cloro y el agua se descomponen en oxígeno y ácido clorhídrico.
\[2Cl_2 (g) + 2H_2O(l) \rightarrow 4HCl (aq) + O_2(g)\]
Reacción del clorato(I) con el agua
En lugar de añadir cloro directamente, también podemos tratar el agua utilizando iones de clorato(I). Los obtenemos del clorato(I) sólido de sodio o de calcio, otro compuesto basado en el clorato(I). Reaccionan con el agua para producir iones de sodio, iones de hidróxido y ácido clórico.\[NaClO (s) + H_2O \leftrightharpoons Na^+(aq) + OH^-(aq) + HClO(aq)\]
Se trata de una reacción reversible: no se completa. Para mantener el equilibrio a la derecha, mantenemos la solución ligeramente ácida. Sin embargo, el pH siempre se controla de cerca para garantizar que el agua sea segura para nuestro uso, ya sea para lavar, nadar o beber.
¿Cómo reacciona el cloro con los álcalis?
La reacción entre el cloro y un álcali como el hidróxido sódico no nos da ácido clórico, sino clorato sódico(I), que hemos conocido antes. De nuevo, se utiliza para tratar las aguas residuales, pero también es el principio activo de la lejía doméstica.
Las soluciones que contienen clorato(I) de sodio son especialmente útiles para eliminar las manchas de los cubiertos causadas por los taninos del té.
La ecuación es la siguiente
\Cl_2 (g) + 2NaOH (aq) en flecha recta NaClO (aq) + NaCl (aq) + H_2O (l)\] [Cl_2 (g) + 2NaOH (aq) en flecha derecha NaClO (aq) + NaCl (aq) + H_2O (l)\].
Este es otro ejemplo de reacción de desproporción. Los átomos de cloro se oxidan para formar clorato(I) de sodio y se reducen para formar cloruro sódico.
Fig. 4 - La reacción entre el cloro y el hidróxido de sodio. Anna Brewer, Originales de StudySmarter
Puede que hayas oído hablar de Ignaz Semmelweis, uno de los fundadores de las prácticas modernas de higiene en hospitales y consultas. Semmelweis observó que una proporción extrañamente alta de bebés atendidos por determinados médicos morían poco después de nacer, en comparación con los atendidos por comadronas. Estos médicos solían venir directamente de las salas de disección, donde trabajaban con cadáveres. Semmelweis propuso que eran portadores de "partículas cadavéricas" que transmitían la putrefacción del cadáver al recién nacido. Descubrió que una simple solución de cloro disuelta en agua era una forma eficaz de detener la propagación de la enfermedad.
¿Cómo reacciona el cloro?
El cloro también puede reaccionar con el sodio y con otras soluciones de iones haluro.
Reacción del cloro con el sodio
El cloro reacciona con el sodio para formar un ingrediente básico vital para nuestra salud y bienestar: el cloruro sódico, a menudo denominado simplemente sal. Éste es un ejemplo de reacción redox que forma un compuesto iónico. La ecuación se muestra a continuación.
\Cl_2 + 2Na en flecha 2NaCl].
La sal suele tener mala reputación. Se nos dice que eleva la tensión arterial y provoca enfermedades cardiacas y, a veces, incluso la muerte prematura. Sin embargo, nuestras células necesitan sal para funcionar. Sin sal, las células no podrían regular el movimiento del agua dentro o fuera de sí mismas por ósmosis. Las células nerviosas, en particular, dependen de las sales: utilizan el movimiento de los iones para enviar impulsos de los órganos sensoriales al sistema nervioso central y de éste a los músculos. Demasiada sal puede ser mala para nosotros, pero muy poca también es un problema.
Reacción del cloro con los iones haluro
El cloro es un halógeno. Los halógenos participan en reacciones de desplazamiento: un halógeno más reactivo desplazará a un ion haluro menos reactivo de una solución acuosa.
Los halógenos son menos reactivos a medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica. Esto significa que el cloro puede desplazar a los iones bromuro y yoduro. Sin embargo, no puede desplazar a los iones fluoruro.
Por ejemplo, si haces reaccionar cloro con bromuro sódico, el cloro desplazará a los iones bromuro para formar cloruro sódico y bromo:
\Cl_2 (aq) + 2NaBr (aq) en flecha recta 2NaCl (aq) + Br_2 (aq)\].
Reacción del cloro con el oxígeno
Normalmente, el cloro no reacciona con el oxígeno. Sin embargo, en presencia de luz UV, el cloro puede reaccionar con moléculas de oxígeno u ozono para formar el radical libre monóxido de cloro, \(ClO \cdot\):
\[Cl_2 \ flecha derecha 2Cl \cdot \qquad Cl \cdot + O_3 \ flecha derecha ClO \cdot + O_2\].
Como todos los radicales, esta especie es extremadamente reactiva y puede descomponer el ozono de la capa de ozono.
Para saber más sobre cómo destruye el cloro el ozono, consulta Agotamiento del ozono.
Pros y contras de clorar el agua
En 1897, Maidstone (Inglaterra) fue la primera ciudad en tratar directamente con cloro todo su suministro de agua. La cloración permanente generalizada comenzó en 1905, cuando la ciudad de Lincoln sufrió una grave epidemia de fiebre tifoidea. Desde entonces, el cloro ha desempeñado un papel importante en la prevención de enfermedades y en mantener limpia el agua que bebemos y lavamos. Sin embargo, la cloración del agua tiene aspectos positivos y negativos.
Ventajas de clorar el agua
Como ya hemos dicho, clorar el agua es ante todo una forma eficaz de eliminar todo tipo de patógenos. Ha contribuido a evitar millones de muertes en todo el mundo y esto no debe subestimarse.
Otras ventajas son:
- Es barato y económico.
- Está ampliamente disponible.
- Se puede utilizar tanto a gran como a pequeña escala.
¿Cómo mata el cloro a los patógenos? Tanto el cloro como el ácido clórico son moléculas sin carga capaces de romper la pared celular de las bacterias y otros patógenos. Una vez dentro de la célula, oxidan las proteínas y las enzimas, dañándolas para que la célula no pueda funcionar.
Contras de clorar el agua
Como ocurre con muchas cosas buenas, clorar el agua también tiene algunos inconvenientes. Veamos ahora algunos de ellos.
- El cloro puede resecar la piel y el pelo.
- A algunas personas no les gusta el sabor del agua clorada. Una alternativa es utilizar ozono para esterilizar el agua.
- El cloro puede reaccionar con los compuestos orgánicos del agua y producir subproductos desinfectantes o DBP. Éstos pueden tener efectos negativos para la salud y se han relacionado con problemas como el cáncer de hígado y riñón, las enfermedades cardiacas y la ralentización de la actividad cerebral.
Es importante recordar que se trata del peor de los casos y que ocurren muy raramente. Los niveles de cloro en el agua siempre se controlan cuidadosamente para garantizar que se mantienen dentro de los límites de seguridad.
Reacciones con el cloro - Puntos clave
- El cloro es un halógeno que se encuentra en el grupo 17 de la tabla periódica. Se utiliza habitualmente para desinfectar el agua.
- El clorato(I) es un ion negativo de fórmula ClO-. También se conoce como hipoclorito.
- El cloro reacciona con el agua para formar ácido clórico y ácido clorhídrico en una reacción de desproporción.
- Los iones clorato reaccionan con el agua para formar ácido clórico en una reacción reversible.
- El cloro reacciona con el hidróxido sódico para formar clorato sódico, un blanqueador doméstico común, en una reacción de desproporción.
- El cloro reacciona con el sodio para formar cloruro sódico, que es la sal de mesa común. También puede desplazar haluros menos reactivos de la solución acuosa.
- Clorar el agua evita millones de muertes al eliminar los agentes patógenos nocivos. Sin embargo, puede tener efectos perjudiciales para la salud humana si los niveles de cloro son demasiado elevados.
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