2. El Clor

 

 

2.1. Obtenció Natural

A la Natura, el clor es troba en forma de clorur als minerals o les sals:

-Sal gemma NaCl en mines o en  l´aigua de mar.

-Silvina KCl

-Carnalita KClHgCl2

Essent la seva abundància  relativa de 200 g / tona d´escorça.

 

 

2.2. Obtenció de clor molecular

A nivell industrial, el clor s´obté   mitjançant processos electrolítics, emprant un elèctrode   de baixa sobretensió a l´oxigen (ja que el clor pot oxidar l´aigua),   segons tres processos possibles:

2 NaCl + 2 H2O = 2 NaOH + Cl2 +   H2

 

2.2.1. Mercuri

L´ànode és  de titani i diòxid de ruteni, i el càtode és d´amalgama   de sodi. La sal comú o sal gemma rep una descàrrega en presència  d´aigua, generant sosa, clor i hidrogen; aquest procés té  lloc a Aragonesas.

 

2.2.2. Diafragma

El principal problema és   mantenir separats l´hidrogen i el clor. Es tracta d´una membrana  d´amiant que separa l´ànode del càtode, i que deixa  passar dissolucions, però no els gasos.

La dissolució de sortida   té un 12% de sosa i un 15% de sal gemma; es poden separar per cristal.lització,   obtenint un 50% de sosa i un 1% de sal comú.

Presenta els inconvenients:

-L´amiant és tòxic

-L´amiant és un alúminosilicat  que és atacat per la sosa

 

2.2.3. Membrana

L´ànode i el càtode  són separats per una membrana que permet el pas dels ions i no dels gasos.   Són constituïdes per cadenes de difluorometilè i comercialitzades  per Du Pont.

Presenta les avantatges:

-No és tòxica

-Estable a l´electròlisi

-Estable a les concentracions   de sal comú elevades

-Estable a grans diferències   de pH

-Estable en presència d´oxidants,   com el clor

I els inconvenients:

-S´ha d´eliminar la   duresa de l´aigua, sinó els hidroxils reaccionen amb el Ca(II)   i el Mg(II), taponant la membrana.

-Els hidroxils poden traspassar   la membrana, reaccionant amb el clor.

 

 

2.3. Compostos de clor

 

2.3.1. Acid clorhídric HCl

Comercialment, la concentració  màxima és del 35%. I industrialment es pot obenir per reacció   directa o com a subproducte de moltes síntesis:

 -Reacció directa, mitjançant aquesta reacció , el producte és molt pur, i s´empra en la indústria  alimentària.

H2 + Cl2 =2 HCl

-Subproducte de síntesis en l´obtenció de sulfat sòdic:

2 NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2 HCl

-Subproducte en la síntesi de clorhidrocarburs aromàtics o alifàtics,   com el monòmer de PVC.

R-CH3 + Cl2 = R-CH2Cl + HCl

-Subproducte en la síntesi d´isocianats:

R-NH2 + COCl2 (fosgè) =   R-N=C=O + HCl

-Subproducte en la síntesi d´àcid fosfòric i derivats:

PCl3 + H2SO4 = H3PO4 + HCl

Les aplicacions més importants  són:

-Obtenció de clorurs

-Neutralitzador àcid-base

-Reaccions d´hidròlisi

-Preparació del diòxid de clor

-Generació de cloroalcans

-Preparació de clor segons el procés Deacon:

HCl + O2 + NO = Cl2 + H2O (-57.2   kJ/mol)

Es una reacció termodinàmicament   favorable, però cinèticament lenta. Per tant, cal la utilització   d´un catalitzador (l´òxid nitrós) i la introducció   d´un agent dessecant per tal de desplaçar l´equilibri cap   a la dreta.

 

2.3.2. Hipoclorits i HClO

En medi neutre, els hipoclorits  formen dissolució inestable:

Cl2 + H2O = HClO + HCl (desproporció)

HClO = H+ + Cl- + ½ O2 L´àcid   hipoclorós format és inestable

En medi bàsic, forma dissolució  estable:

Cl2 + 2 NaOH = NaClO + NaCl + H2O

On NaClO és inestable en  estat sòlid, però estable en dissolució aquosa.

2 Cl2 + Ca(OH)2 = Ca(ClO)2 + CaCl2   + 2 H2O

I Ca(ClO)2 en estat sòlid  és estable, emprant-se com a oxidant.

Els hipoclorits de sodi i calci  constitueixen els lleixius, desinfectants, decolorants de pasta de paper, fusta   i teixits, es fan servir pel tractament d´aigües i com a oxidant   industrial.

Podem eliminar l´hipoclorit  de les aigües residuals:

-Amb sulfits, formant sulfats,  que són menys tòxics:

NaClO + Na2SO3 = NaCl + Na2SO4

-Amb aigua oxigenada es formen  productes inocus:

NaClO + H2O2 = NaCl + O2 + H2O

-Per descomposició catalitzada:

NaClO + cat Ni = NaCl + O2

 

2.3.3. Clorits

Els clorits són compostos inestables que s´empren com a desinfectants i oxidants, essent la seva   presentació comercial en forma hidratada o mesclats:

NaClO2.H2O

NaClO2.NaCl

NaClO2.NaNO3

I la seva obtenció a nivell   industrial:

ClO2 + NaOH + H2O2 = 2 NaClO2 +   2 H2O + O2

 

2.3.4. Clorats

L´àcid clòric  és una molècula inestable, però l´obtenció  de clorats a nivell industrial pot tenir lloc mitjançant tres mètodes:

-Electròlisi: Procés que ha de tenir   lloc a temperatures superiors als 80ºC i que produeix hidrogen com a subproducte:

NaCl + H2O = NaClO3 + 3 H2

-Tractament bàsic: El tractament del clor amb sosa   a temperatures superiors als 50ºC produeix una desproporció a clorat   i clorur:

Cl2 + NaOH = NaClO3 + NaCl

-Reacció de metàtesi: Podem obtenir una sal determinada   de clorat per intercanvi catiònic amb una altra sal:

NaClO3 + KCl = KClO3 + NaCl

Les principals aplicacions dels clorats:

-Desinfectant

-Component dels focs artificials

 -Herbicides no selectius

-Obtenció de diòxid de clor

 

2.3.5.Perclorat

La seva obenció industrial té lloc mitjançant la electròlisi a partir d´una   sal de clorat:

MClO3 + H2O = MClO4 + H2

Les propietats més importants:

-L´àcid perclòric és un dels més forts

-Les dissolucions aquoses d´àcid perclòric de concentració  menor al 70% són perilloses.

-Cal evitar el contacte amb substàncies orgàniques

-El perclorat no té tendència a coordinar-se, emprant-se per compensar   les càrregues positives dels compostos de coordinació catiònics.

  

2.3.6. Diòxid de clor

Gas groc que, liquat, és   de color vermell. Degut a la seva tendència a descomposar, comercialment   s´aconsegueix amb 10-15% de nitrogen o diòxid de carboni.

ClO2 = ½ Cl2 + O2

Obtenció industrial segons   tres mètodes:

-Procés Rapson: Procés que empra l´àcid   clorhídric com a reductor suau:

NaClO3 + HCl = ClO2 + Cl2 + NaCl   + H2O

-Procés Mathieson: Procés que empra diòxid   de sofre com a reductor suau i afegeix àcid sulfùric com a font   d´hidrogensulfat per compensar la càrrega dels sodis:

NaClO3 + SO2 + H2SO4 =ClO2 + NaHSO4   + SO3 + H2O

-Procés Solvay: Procés que empra metanol  com a reductor suau i afegeix àcid sulfùric com a font d´hidrogensulfat   com contraió pel sodi:

NaClO3 + CH3OH + H2SO4 = ClO2 +   NaHSO4 + CO2 + H2O

Les aplicacions principals del  diòxid de clor:

-Tractament d´aigües

-Blanquejament de la pasta de paper