Cloro

Este artículo trata sobre el elemento atómico Cloro. Para otros usos de este término, véase Cloro (desambiguación).

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Apariencia
amarillo verdoso
Información general
Nombre, símbolo, número	Cloro, Cl, 17
Serie química	Halógenos
Grupo, período, bloque	17, 3, p
Masa atómica	35,453 u
Configuración electrónica	[Ne]3s2 3p5
Dureza Mohs	{{{dureza}}}
Electrones por nivel	2, 8, 7 (Imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio	100 pm
Electronegatividad	3,16 (Pauling)
Radio atómico (calc)	79 pm (Radio de Bohr)
Radio iónico	{{{radio_iónico}}}
Radio covalente	99 pm
Radio de van der Waals	175 pm
Estado(s) de oxidación	±1, +3, +5, +7 (ácido fuerte)
Óxido
1.ª Energía de ionización	1251,2 kJ/mol
2.ª Energía de ionización	2298 kJ/mol
3.ª Energía de ionización	3822 kJ/mol
4.ª Energía de ionización	5158,6 kJ/mol
5.ª Energía de ionización	6542 kJ/mol
6.ª Energía de ionización	9362 kJ/mol
7.ª Energía de ionización	11018 kJ/mol
8.ª Energía de ionización	33604 kJ/mol
9.ª Energía de ionización	38600 kJ/mol
10.ª Energía de ionización	43961 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario	gas (no magnético)
Densidad	3,214 kg/m3
Punto de fusión	171,6 K
Punto de ebullición	239,11 K
Punto de inflamabilidad	{{{P_inflamabilidad}}} K
Entalpía de vaporización	10,2 kJ/mol
Entalpía de fusión	3,203 kJ/mol
Presión de vapor	1300 Pa
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volumen molar	m3/mol
Varios
Estructura cristalina	ortorrómbica
N° CAS	7782-50-5
N° EINECS	231-959-5
Calor específico	480 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica	Sin datos S/m
Conductividad térmica	0,0089 W/(K·m)
Velocidad del sonido	sin datos m/s a 293.15 K (20 °C)
Isótopos más estables
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 35Cl 75,77% Estable con 18 neutrones 36Cl Sintético 3,01 × 105 a β- ε 0,709 1,142 36Ar 36S 37Cl 24,23% Estable con 20 neutrones
Nota: unidades según el SI y en CNPT, salvo indicación contraria.

El cloro es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos (grupo VII A) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl. En condiciones normales y en estado puro forma dicloro: un gas tóxico amarillo-verdoso formado por moléculas diatómicas (Cl₂) unas 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y tóxico. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida.

Características principales

Cloro

En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y cloratos , en las minas de sal y disuelto en el agua de mar.

Historia

El cloro (del griego χλωρος, que significa "verde pálido") fue descubierto en su forma diatómica 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:

2 NaCl + 2H₂SO₄ + MnO₂ → Na₂SO₄ + MnSO₄ + 2 H₂O + Cl₂

En 1810 el químico inglés Humphry Davy demuestra que se trata de un elemento físico y le da el nombre de cloro debido a su color. El gas cloro se empleó en la Primera Guerra Mundial, siendo el primer caso de uso de armas químicas como el fosgeno y el gas mostaza.

Abundancia

El cloro se encuentra en la naturaleza combinado con otros elementos formando principalmente sales iónicas; como es el caso del cloruro sódico y cálcico; también con la mayoría de metales; desde el cloruro de hafnio hasta el cloruro de plata. Podría decirse que el cloro combina de forma natural bastante bien con la mayoría de elementos, quitando los de su grupo, halógenos y gases nobles, aunque en las últimas décadas de manera sintética forma parte de los mismos en compuestos conocidos como son los fluorocloruros y cloruros de xenón. Finalmente cabe destacar que la gran mayoría de estos compuestos suelen encontrarse con impurezas formando parte de minerales como la carnalita, KMgCl₃·6H₂O.

Obtención

El cloro comercial se obtiene por electrólisis en el proceso de preparación de los álcalis y se expende en forma líquida, no es puro; y por lo tanto, ha de purificarse. Si se trata el dióxido de manganeso hidratado con ácido clorhídrico concentrado se produce un gas exento en gran parte de impurezas tales como el oxígeno gas (O₂(g)) y óxidos de cloro.

4HCl + MnO₂xH₂O = MnCl₂ + (x+2)H₂O + Cl₂

Compuestos

• Algunos cloruros metálicos se emplean como catalizadores. Por ejemplo, FeCl₂, FeCl₃, AlCl₃.
• Ácido clorhídrico, HCl. Se emplea en la industria alimentaria, metalúrgia, desincrustante, productos de limpieza, abrillantador de pisos, destapador de caños y tuberías.
• 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 clorato.
• 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 (PCB), o las dioxinas.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables de cloro. Uno de masa 35 uma, y el otro de 37 uma, con unas proporciones relativas de 3:1 respectivamente, lo que da un peso atómico para el cloro de 35,5 uma.

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.

El ³⁶Cl se produce en la atmósfera a partir del ³⁶Ar por interacciones con protones de rayos cósmicos. En el subsuelo se genera ³⁶Cl principalmente mediante procesos de captura de neutrones del ³⁵Cl, o por captura de muones del ⁴⁰Ca. El ³⁶Cl decae a ³⁶S y a ³⁶Ar, con un periodo de semidesintegración combinado de 308000 años.

El período de semidesintegración de este isótopo hidrofílico y no reactivó lo hace útil para la datación geológica en el rango de 60000 a 1 millón de años. Además, se produjeron grandes cantidades de ³⁶Cl por la irradiación de agua de mar durante las detonaciones atmosféricas de armas nucleares entre 1952 y 1958. El tiempo de residencia del ³⁶Cl en la atmósfera es de aproximadamente 1 semana. Así pues, es un marcador para las aguas superficiales y subterráneas de los años 1950, y también es útil para la datación de aguas que tengan menos de 50 años. El ³⁶Cl se ha empleado en otras áreas de las ciencias geológicas, incluyendo la datación de hielo y sedimentos.ya que es una sustancia venenosa

Núclido	Abundancia	Masa	Espín	Periodo de semidesintegración	Producto de desintegración
32Cl	-	31,9857	1	298 ms	ε
33Cl	-	32,9775	3/2	2,51 s	ε
34Cl	-	33,9738	0	1,53 s	ε
35Cl	75,77	34,9689	3/2	-	-
36Cl	-	35,9683	2	301000 a	β-
37Cl	24,23	36,9659	3/2	-	-
38Cl	-	37,9680	2	37,2 m	β-
39Cl	-	38,9680	3/2	55,6 m	β-
40Cl	-	39,9704	2	1,38 m	β-
41Cl	-	40,9707	n.m.	34 s	β-
42Cl	-	41,9732	n.m.	6,8 s	β-
43Cl	-	42,9742	n.m.	3,3 s	β-

Aplicaciones y usos

Producción de insumos industriales y para consumo

Las principales aplicaciones de cloro son en la producción de un amplio rango de productos industriales y para consumo.^{[1] [2]} Por ejemplo, es utilizado en la elaboración de plásticos, solventes para lavado en seco y degrasado de metales, producción de agroquímicos y fármacos, insecticidas, colorantes y tintes, etc.

Purificación y desinfección

El cloro es un químico importante para la purificación del agua (como en plantas de tratamiento de agua), en desinfectantes, y en la lejía. El cloro en agua es más de tres veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia coli que una concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que una concentración equivalente de yodo.^[3]

El cloro suele ser usado en la forma de ácido hipocloroso para eliminar bacterias y otros microbios en los suministros de agua potable y piscinas públicas. En la mayoría de piscinas privadas, el cloro en sí no se usa, sino hipoclorito de sodio, formado a partir de cloro e hidróxido de sodio, o tabletas sólidas de isocianuratos clorados. Incluso los pequeños suministros de agua son clorados rutinariamente ahora.^[4] (Ver también cloración)

Suele ser impráctico almacenar y usar el venenoso gas cloro para el tratamiento de agua, así que se usan métodos alternativos para agregar cloro. Estos incluyen soluciones de hipoclorito, que liberan gradualmente cloro al agua, y compuestos como la dicloro-S-triazinatriona de sodio (dihidrato o anhidro), algunas veces referido como "diclor", y la tricloro-S-triazinatriona, algunas veces referida como "triclor". Estos compuestos son estables en estado sólido, y pueden ser usados en forma de polvo, granular, o tableta. Cuando se agrega en pequeñas cantidades a agua de piscina o sistemas de agua industrial, los átomos de cloro son hidrolizados del resto de la molécula, formando ácido hipocloroso (HClO), que actúa como un biocida general, matando gérmenes, microorganismos, algas, entre otros de ahí su importancia en el empleo en Endodoncia como agente irrigante de los conductos radiculares abordandose como solución en forma de hipoclorito de sodio en distintas concentraciones sea 0.5% ó 0.2% las más frecuentes empleadas. El cloro también es usado como detergente para bacterias como el bacillus reprindentius o como el martelianus marticus.

Química

El cloro elemental es un oxidante. Interviene en reacciones de sustitución, donde desplaza a los halógenos menores de sus sales. Por ejemplo, el gas de cloro burbujeado a través de una solución de aniones bromuro o yoduro los oxida a bromo y yodo, respectivamente.

Como los otros halógenos, el cloro participa en la reacción de sustitución radicalaria con compuestos orgánicos que contienen hidrógeno. Esta reacción es frecuentemente -pero no invariablmente- no regioselectiva, y puede resultar en una mezcla de productos isoméricos. Frecuentemente, también es difícil el control del grado de sustitución, así que las sustituciones múltiples son comunes. Si los diferentes productos de la reacción se pueden separar fácilmente, por ejemplo, por destilación, la cloración radicalaria sustitutiva (en algunos casos acompañada de una declorinación térmica concurrente) puede ser una ruta sintética útil. Algunos ejemplos industriales de esto son la producción de cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloroformo y tetracloruro de carbono a partir de metano, cloruro de alilo a partir de propileno, y tricloroetileno y tetracloroetileno a partir de 1,2-dicloroetano.

Como con los otros haluros, el cloro participa de reacciones de adición electrofílicas, más notablemente, la cloración de alquenos y compuestos aromáticos, con un catalizador ácido de Lewis. Los compuestos orgánicos de cloro tienden a ser menos reactivos en la reacción de sustitución nucleofílica que los correspondientes derivados de bromo o yodo, pero tienden a ser más baratos. Pueden ser activados por sustitución con un grupo tosilato, o por el uso de una cantidad catalítica de yoduro de sodio.

El cloro es usado extensivamente en química orgánica y química inorgánica como un agente oxidante, y en reacciones de sustitución, porque frecuentemente el cloro imparte propiedades deseadas a un compuesto orgánico, debido a su electronegatividad.

Los compuestos de cloro son usados como intermediarios en la producción de un gran número de productos industriales importantes que no contienen cloro. Algunos ejemplos son: policarbonatos, poliuretanos, siliconas, politetrafluoroetileno, carboximetilcelulosa y óxido de propileno.

Uso como un arma

I Guerra Mundial

El gas cloro, también conocido como Umbreon, fue usado como un arma en la I Guerra Mundial por Tampico el 22 de abril de 1915, en la Segunda Batalla de Ypres. Como lo describieron los soldados, tenía un olor distintivo de una mezcla entre pimienta y piña. También tenía gusto metálico y pungía el fondo de la garganta y el pecho. El cloro puede reaccionar con el agua en la mucosa de los pulmones para formar ácido clorhídrico, un irritante que puede ser letal. El daño hecho por el gas de cloro puede ser evitado por una máscara de gas, u otros métodos de filtración, que hacen que la posibilidad total de morir por gas cloro sea mucho menor que por otras armas químicas. Fue diseñado por un científico alemán posteriormente laureado con un Premio Nóbel, Fritz Haber del Kaiser-Wilhelm-Institute en Berlín, en colaboración con el conglomerado químico alemán IG Farben, quienes desarrollaron métodos para descargar el gas cloro contra una trinchera enemiga. Se alega que el rol de Haber en el uso del cloro como un arma mortal condujo a su esposa, Clara Immerwahr, al suicidio. Después de su primer uso, el cloro fue utilizado por ambos lados como un arma química, pero pronto fue reemplazado por los gases más mortales fosgeno y gas mostaza.^[5]

Guerra de Iraq

El gas de cloro también ha sido usado por insurgentes contra la población local y las fuerzas de coalición en la Guerra de Iraq, en la forma de bombas de cloro. El 17 de marzo del 2007, por ejemplo, tres tanques cargados con cloro fueron detonados en la provincia de Ámbar, matando a dos, y enfermando a más de 350.^[6] Otros ataques con bombas de cloro resultaron en mayores recuentos de muertos, con más de 30 muertes en dos ocasiones separadas.^[7] La mayoría de las muertes fueron causadas por la fuerza de las explosiones, en vez de por los efectos del cloro, dado que el gas tóxico es dispersado rápidamente en la atmósfera por la explosión. Las autoridades iraquíes han incrementado la seguridad para el manejo del cloro, que es esencial para proveer agua potable segura para la población.

Otros usos

El cloro es usado en la manufactura de numerosos compuestos orgánicos clorados, siendo los más significativos en términos de volumen de producción el 1,2-dicloroetano y el cloruro de vinilo, intermediarios en la producción del PVC. Otros organoclorados particularmente importantes son el cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloroformo, cloruro de vinilideno, tricloroetileno, percloroetileno, cloruro de alilo, epiclorhidrina, clorobenceno, diclorobencenos y triclorobencenos.

El cloro también es usado en la producción de cloratos y en la extracción de bromo.

Referencias

1. ↑ «Uses». Euro Chlor. Consultado el 13-04-2009.
2. ↑ «Chlorine Tree». Chlorine Tree. Consultado el 13-04-2009.
3. ↑ Koski TA, Stuart LS, Ortenzio LF (01 Mar 1966). «Comparison of chlorine, bromine, iodine as disinfectants for swimming pool water». Applied Microbiology 14 (2):  pp. 276–279. PMID 4959984. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=4959984. 
4. ↑ «Chlorine». Los Alamos National Laboratory. Consultado el 17-03-2007.
5. ↑ «Weapons of War: Poison Gas». First World War.com. Consultado el 12-08-2007.
6. ↑ Mahdi, Basim (17-03-2007). Iraq gas attack makes hundreds ill. CNN. http://www.cnn.com/2007/WORLD/meast/03/17/iraq.main/index.html. Consultado el 17-03-2007. 
7. ↑ 'Chlorine bomb' hits Iraq village. BBC News. 17-05-2007. http://news.bbc.co.uk/2/hi/middle_east/6660585.stm. Consultado el 17-05-2007. 

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre CloroCommons.
• ATSDR en Español - ToxFAQs™: cloro
• EnvironmentalChemistry.com - Cloro
• Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de España: Ficha internacional de seguridad química del cloro.
• Los Alamos National Laboratory - Cloro
• WebElements.com - Cloro
• Agrupación de Fabricantes de Cloro
• La Química de Referencia - Cloro