El clorato de sodio es un compuesto inorgánico con la fórmula química NaClO3 . Es un polvo cristalino blanco que es fácilmente soluble en agua. Es higroscópico . Se descompone por encima de los 300 °C para liberar oxígeno [ 4] y dejar cloruro de sodio . Se producen varios cientos de millones de toneladas al año, principalmente para aplicaciones en el blanqueo de pulpa para producir papel de alto brillo . [7]
En el ámbito industrial, el clorato de sodio se produce mediante la electrólisis de soluciones concentradas de cloruro de sodio. Todos los demás procesos están obsoletos. El proceso del clorato de sodio no debe confundirse con el proceso cloro-álcali , que es un proceso industrial para la producción electrolítica de hidróxido de sodio y gas de cloro.
La reacción general se puede simplificar con la ecuación:
En primer lugar, el cloruro se oxida para formar hipoclorito intermedio , ClO − , que sufre una oxidación adicional para convertirse en clorato a lo largo de dos caminos de reacción en competencia: (1) formación de clorato anódico en la capa límite entre el electrolito y el ánodo, y (2) autooxidación del hipoclorito en el electrolito a granel.
En la electrólisis se forman hidrógeno e hidróxido de sodio en el cátodo y se descargan iones de cloruro en el ánodo ( se suele utilizar un electrodo de óxido metálico mixto ). El cloro desprendido no se libera en forma de gas, sino que sufre hidrólisis:
Se considera que la hidrólisis del cloro es rápida. La formación de iones H + debería hacer que la capa límite en el ánodo sea fuertemente ácida y esto se observa a bajas concentraciones de cloruro. Sin embargo, grandes concentraciones de cloruro, como las que se producen en las celdas de clorato industriales, desplazan el equilibrio de hidrólisis hacia la izquierda. En la capa límite, la concentración de H + no es lo suficientemente alta como para permitir la difusión hacia el electrolito en masa. Por lo tanto, el hidrógeno se transporta fuera del ánodo principalmente como ácido hipocloroso en lugar de H + . El ácido hipocloroso se disocia en el electrolito en masa donde el pH es alto y el ion hipoclorito se difunde de nuevo al ánodo. Más de dos tercios del hipoclorito se consumen por amortiguación antes de llegar al ánodo. El resto se descarga en el ánodo para formar clorato y oxígeno:
La autooxidación del ácido hipocloroso en el electrolito a granel se produce según la ecuación general simplificada:
Está precedida por la disociación de una parte del ácido hipocloroso implicado:
Para que la reacción se produzca en un grado significativo, es necesario que haya una cierta distancia del ánodo, donde el electrolito esté suficientemente amortiguado por el hidroxilo formado en el cátodo. El hipoclorito reacciona entonces con el resto del ácido:
Además de la distancia del ánodo, la autooxidación también depende de la temperatura y el pH. Una celda típica opera a temperaturas entre 80 °C y 90 °C y a un pH de 6,1 a 6,4.
Independientemente de la vía de reacción, se requiere la descarga de 6 moles de cloruro para producir 1 mol de clorato. Sin embargo, la vía de oxidación anódica requiere un 50% de energía eléctrica adicional. Por lo tanto, las celdas industriales están optimizadas para favorecer la autooxidación. La formación de clorato en el ánodo se trata como una reacción de pérdida y se minimiza mediante el diseño.
Otras reacciones de pérdida también reducen la eficiencia de la corriente y deben suprimirse en los sistemas industriales. La principal pérdida se produce por la reducción inversa del hipoclorito en el cátodo. La reacción se suprime añadiendo una pequeña cantidad de dicromato (1–5 g/L) al electrolito. Por deposición catódica se forma una película porosa de hidróxido de cromo. La película impide la difusión de aniones al cátodo, mientras que se facilita el acceso de cationes y su reducción. La película deja de crecer por sí sola después de alcanzar un cierto espesor. [7]
El principal uso comercial del clorato de sodio es la fabricación de dióxido de cloro (ClO 2 ). La mayor aplicación del ClO 2 , que representa aproximadamente el 95% del uso del clorato, es el blanqueo de pulpa. Todos los demás cloratos , menos importantes, se derivan del clorato de sodio, generalmente por metátesis de la sal con el cloruro correspondiente. Todos los compuestos de perclorato se producen industrialmente por oxidación de soluciones de clorato de sodio por electrólisis. [7]
El clorato de sodio se utiliza como herbicida no selectivo . Se considera fitotóxico para todas las partes verdes de las plantas. También puede matar a través de la absorción por las raíces.
El clorato de sodio se puede utilizar para controlar una variedad de plantas, entre ellas la campanilla , el cardo canadiense , la hierba Johnson , el bambú , la hierba cana y la hierba de San Juan . El herbicida se utiliza principalmente en tierras no cultivadas para el tratamiento localizado y para el control total de la vegetación en áreas como los bordes de las carreteras, las cercas y las zanjas. El clorato de sodio también se utiliza como defoliante y desecante para:
Si se utiliza en combinación con atrazina , aumenta la persistencia del efecto. Si se utiliza en combinación con 2,4-D , se mejora el rendimiento. El clorato de sodio tiene un efecto esterilizante del suelo . La mezcla con otros herbicidas en solución acuosa es posible hasta cierto punto, siempre que no sean susceptibles a la oxidación.
La venta de clorato de sodio como herbicida fue prohibida en la Unión Europea en 2009 aduciendo riesgos para la salud, y las existencias se utilizarían el año siguiente. [8]
Los generadores de oxígeno químico , como los que se encuentran en los aviones comerciales, proporcionan oxígeno de emergencia a los pasajeros para protegerlos de las caídas de presión en la cabina. El oxígeno se genera mediante la descomposición a alta temperatura del clorato de sodio: [9]
El calor necesario para iniciar esta reacción se genera por oxidación de una pequeña cantidad de polvo de hierro mezclado con clorato de sodio, y la reacción consume menos oxígeno del que se produce. El peróxido de bario (BaO2 ) se utiliza para absorber el cloro , que es un producto menor en la descomposición. [10] Se activa una carga de encendido tirando de la máscara de emergencia. De manera similar, el sistema de soldadura Solidox utilizó pellets de clorato de sodio mezclados con fibras combustibles para generar oxígeno.
El clorato de sodio se puede mezclar con azúcar sacarosa para fabricar un combustible muy energético, similar al de la pólvora , que arde en espacios herméticos. Esta es la reacción:
Sin embargo, este clorato de sodio se reemplaza en gran parte por clorato de potasio . [ cita requerida ]
El clorato de sodio se puede utilizar con ácido clorhídrico (o también ácido sulfúrico y cloruro de sodio , cuya reacción genera HCl) para clorar compuestos aromáticos sin el uso de disolventes orgánicos. En este caso su función es oxidar el HCl para obtener HOCl o Cl 2 (dependiendo del pH) in situ que son los agentes clorantes activos. [11]
El clorato de sodio es tóxico: "dosis de unos pocos gramos de clorato son letales". [7] (LD50 oral en ratas 1200mg/kg) El efecto oxidativo sobre la hemoglobina conduce a la formación de metahemoglobina , que es seguida por la desnaturalización de la proteína globina y una reticulación de las proteínas de membrana de los eritrocitos con el consiguiente daño a las enzimas de membrana. Esto conduce a una mayor permeabilidad de la membrana y a una hemólisis grave . La desnaturalización de la hemoglobina supera la capacidad de la vía metabólica de G6PD . Además, esta enzima es desnaturalizada directamente por el clorato.
Se produce hemólisis aguda grave, con fallo multiorgánico , incluyendo CID e insuficiencia renal . Además hay una toxicidad directa sobre el túbulo renal proximal . [12] El tratamiento consistirá en exanguinotransfusión , diálisis peritoneal o hemodiálisis . [13]
El clorato de sodio se presenta en forma de polvo , aerosol y gránulos. Las mezclas de cloratos y compuestos orgánicos plantean un grave riesgo de explosión [14]
Las formulaciones comercializadas contienen un retardante de fuego . La mayoría de los herbicidas clorados disponibles comercialmente contienen aproximadamente un 53 % de clorato de sodio y el resto es un agente de extinción de incendios como el metaborato de sodio o los fosfatos de amonio .
El clorato de sodio es el ingrediente activo de una variedad de herbicidas comerciales. Algunos nombres comerciales de productos que contienen clorato de sodio incluyen Atlacide, Defol, De-Fol-Ate, Drop-Leaf, Fall, Harvest-Aid, Kusatol, Leafex y Tumbleaf. El compuesto puede usarse en combinación con otros herbicidas como atrazina, 2,4-D, bromacilo , diurón y metaborato de sodio.
El clorato de sodio fue un herbicida muy utilizado en la UE hasta 2009, cuando se retiró tras una decisión adoptada en virtud de los reglamentos de la UE. Su uso como herbicida fuera de la UE sigue siendo el mismo, al igual que su uso en otras aplicaciones no herbicidas, como la producción de biocidas de dióxido de cloro y el blanqueo de pulpa y papel.
El historiador James Watson, de la Universidad Massey de Nueva Zelanda, escribió un artículo ampliamente difundido, "La importancia de los pantalones explosivos del señor Richard Buckley " [15] [16] sobre los accidentes con clorato de sodio cuando se utilizó como herbicida para controlar la hierba cana en la década de 1930. [17] Esto más tarde le valió un Premio Ig Nobel en 2005, [18] y fue la base para el episodio "Pantalones explosivos" de mayo de 2006 de MythBusters .
