El dióxido de cloro es un compuesto químico con la fórmula ClO 2 que existe como gas verde amarillento por encima de los 11 °C, como líquido marrón rojizo entre 11 °C y −59 °C, y como cristales de color naranja brillante por debajo de los −59 °C. Por lo general, se maneja como una solución acuosa. Se utiliza comúnmente como blanqueador . Los desarrollos más recientes han ampliado sus aplicaciones en el procesamiento de alimentos y como desinfectante .
La molécula ClO 2 tiene un número impar de electrones de valencia y, por lo tanto, es un radical paramagnético . Es un "ejemplo inusual de una molécula con electrones impares estable a la dimerización" ( el óxido nítrico es otro ejemplo). [5]
El ClO 2 cristaliza en el grupo espacial ortorrómbico Pbca . [6]
En 1933, Lawrence O. Brockway , un estudiante de posgrado de Linus Pauling , propuso una estructura que involucraba un enlace de tres electrones y dos enlaces simples. [7] Sin embargo, Pauling en su Química general muestra un enlace doble con un oxígeno y un enlace simple más un enlace de tres electrones con el otro. La estructura del enlace de valencia se representaría como el híbrido de resonancia representado por Pauling. [8] El enlace de tres electrones representa un enlace que es más débil que el enlace doble. En la teoría de orbitales moleculares, esta idea es común si el tercer electrón se coloca en un orbital antienlazante. Trabajos posteriores han confirmado que el orbital molecular más alto ocupado es de hecho un orbital antienlazante incompletamente lleno. [9]
El dióxido de cloro fue preparado por primera vez en 1811 por Sir Humphry Davy . [10]
La reacción del cloro con el oxígeno en condiciones de fotólisis flash en presencia de luz ultravioleta da como resultado la formación de trazas de dióxido de cloro. [11]
El dióxido de cloro puede descomponerse violentamente cuando se separa de las sustancias que lo diluyen. Por ello, suelen preferirse los métodos de preparación que implican producir soluciones del mismo sin pasar por una fase gaseosa.
En el laboratorio, el ClO 2 se puede preparar mediante la oxidación del clorito de sodio con cloro: [12]
Tradicionalmente, el dióxido de cloro para aplicaciones de desinfección se ha elaborado a partir de clorito de sodio o mediante el método de clorito de sodio- hipoclorito :
o el método del clorito de sodio- ácido clorhídrico :
o el método del clorito- ácido sulfúrico :
Los tres métodos pueden producir dióxido de cloro con un alto rendimiento de conversión de clorito. A diferencia de los otros procesos, el método clorito-ácido sulfúrico no utiliza cloro en absoluto, aunque requiere un 25 % más de clorito para producir una cantidad equivalente de dióxido de cloro. Como alternativa, el peróxido de hidrógeno puede utilizarse de manera eficiente en aplicaciones a pequeña escala. [13]
La adición de ácido sulfúrico o cualquier ácido fuerte a las sales de clorato produce dióxido de cloro. [8]
En el laboratorio, el dióxido de cloro también se puede preparar mediante la reacción del clorato de potasio con ácido oxálico :
o con ácido oxálico y sulfúrico:
Más del 95% del dióxido de cloro producido en el mundo hoy en día se obtiene mediante la reducción de clorato de sodio , para su uso en el blanqueo de pulpa . Se produce con alta eficiencia en una solución de ácido fuerte con un agente reductor adecuado como metanol , peróxido de hidrógeno , ácido clorhídrico o dióxido de azufre . [13] Las tecnologías modernas se basan en metanol o peróxido de hidrógeno, ya que estas químicas permiten la mejor economía y no coproducen cloro elemental. La reacción general se puede escribir como: [14]
Como ejemplo típico, se cree que la reacción del clorato de sodio con ácido clorhídrico en un solo reactor se desarrolla a través de la siguiente vía:
que da la reacción general
La ruta de producción comercialmente más importante utiliza metanol como agente reductor y ácido sulfúrico para la acidez. Dos ventajas de no utilizar los procesos basados en cloruro son que no se forma cloro elemental y que el sulfato de sodio , un químico valioso para la planta de pulpa, es un subproducto. Estos procesos basados en metanol brindan una alta eficiencia y pueden hacerse muy seguros. [13]
El proceso variante que utiliza clorato de sodio, peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico se ha utilizado cada vez más desde 1999 para el tratamiento de agua y otras aplicaciones de desinfección a pequeña escala , ya que produce un producto libre de cloro con una alta eficiencia, superior al 95%. [ cita requerida ]
También se puede producir dióxido de cloro muy puro mediante electrólisis de una solución de clorito: [15]
Se puede producir gas de dióxido de cloro de alta pureza (7,7 % en aire o nitrógeno) mediante el método gas-sólido, que hace reaccionar gas de cloro diluido con clorito de sodio sólido: [15]
El dióxido de cloro es muy diferente del cloro elemental. [13] Una de las cualidades más importantes del dióxido de cloro es su alta solubilidad en agua, especialmente en agua fría. El dióxido de cloro no reacciona con el agua ; permanece como un gas disuelto en solución. El dióxido de cloro es aproximadamente 10 veces más soluble en agua que el cloro elemental [13] pero su solubilidad depende en gran medida de la temperatura.
A presiones parciales superiores a 10 kPa (1,5 psi) [13] (o concentraciones en fase gaseosa superiores al 10 % del volumen en aire a STP ) el ClO 2 puede descomponerse explosivamente en cloro y oxígeno . La descomposición puede iniciarse por luz, puntos calientes, reacción química o choque de presión. Por lo tanto, el dióxido de cloro nunca se manipula como gas puro, sino que casi siempre se maneja en una solución acuosa en concentraciones entre 0,5 y 10 gramos por litro. Su solubilidad aumenta a temperaturas más bajas, por lo que es común utilizar agua fría (5 °C, 41 °F) cuando se almacena en concentraciones superiores a 3 gramos por litro. En muchos países, como Estados Unidos, el dióxido de cloro no se puede transportar en ninguna concentración y, en cambio, casi siempre se produce en el sitio. [13] En algunos países, [ ¿ cuáles? ] soluciones de dióxido de cloro con una concentración inferior a 3 gramos por litro pueden transportarse por tierra, pero son relativamente inestables y se deterioran rápidamente.
El dióxido de cloro se utiliza para el blanqueo de pulpa de madera y para la desinfección (llamada cloración ) del agua potable municipal, [16] [17] : 4–1 [18] tratamiento de agua en aplicaciones de petróleo y gas, desinfección en la industria alimentaria, control microbiológico en torres de enfriamiento y blanqueo de textiles. [19] Como desinfectante, es eficaz incluso en bajas concentraciones debido a sus cualidades únicas. [13] [17] [19]
El dióxido de cloro se utiliza a veces para blanquear pulpa de madera en combinación con cloro, pero se utiliza solo en secuencias de blanqueo ECF (libre de cloro elemental). Se utiliza a un pH moderadamente ácido (3,5 a 6). El uso de dióxido de cloro minimiza la cantidad de compuestos organoclorados producidos. [20] El dióxido de cloro (tecnología ECF) es actualmente el método de blanqueo más importante en todo el mundo. Aproximadamente el 95% de toda la pulpa kraft blanqueada se fabrica utilizando dióxido de cloro en secuencias de blanqueo ECF. [21]
El dióxido de cloro se ha utilizado para blanquear la harina . [22]
La planta de tratamiento de agua en las Cataratas del Niágara, Nueva York, utilizó por primera vez dióxido de cloro para el tratamiento de agua potable en 1944 para destruir " compuestos fenólicos que producen sabor y olor ". [17] : 4–17 [18] El dióxido de cloro se introdujo como desinfectante de agua potable a gran escala en 1956, cuando Bruselas , Bélgica, cambió de cloro a dióxido de cloro. [18] Su uso más común en el tratamiento de agua es como preoxidante antes de la cloración del agua potable para destruir las impurezas naturales del agua que de otro modo producirían trihalometanos al exponerse al cloro libre. [23] [24] [25] Los trihalometanos son subproductos de desinfección cancerígenos sospechosos [26] asociados con la cloración de compuestos orgánicos naturales en agua cruda. [25] El dióxido de cloro también produce un 70% menos de halometanos en presencia de materia orgánica natural en comparación con cuando se utiliza cloro elemental o lejía. [27]
El dióxido de cloro también es superior al cloro cuando opera a un pH superior a 7, [17] : 4–33 en presencia de amoníaco y aminas, [28] y para el control de biopelículas en sistemas de distribución de agua. [25] El dióxido de cloro se utiliza en muchas aplicaciones de tratamiento de agua industrial como biocida , incluidas torres de enfriamiento , agua de proceso y procesamiento de alimentos. [29]
El dióxido de cloro es menos corrosivo que el cloro y superior para el control de la bacteria Legionella . [18] [30] El dióxido de cloro es superior a algunos otros métodos secundarios de desinfección del agua, ya que el dióxido de cloro no se ve afectado negativamente por el pH, no pierde eficacia con el tiempo, porque las bacterias no se volverán resistentes a él, y no se ve afectado negativamente por la sílice y los fosfatos , que son inhibidores de corrosión del agua potable de uso común. En los Estados Unidos, es un biocida registrado por la EPA .
Es más eficaz como desinfectante que el cloro en la mayoría de las circunstancias contra agentes patógenos transmitidos por el agua, como virus , [31] bacterias y protozoos , incluidos los quistes de Giardia y los ooquistes de Cryptosporidium . [17] : 4-20–4-21
El uso de dióxido de cloro en el tratamiento del agua conduce a la formación del subproducto clorito, que actualmente está limitado a un máximo de 1 parte por millón en el agua potable en los EE. UU. [17] : 4–33 Esta norma de la EPA limita el uso de dióxido de cloro en los EE. UU. a agua de calidad relativamente alta, porque esto minimiza la concentración de clorito, o agua que se va a tratar con coagulantes a base de hierro, porque el hierro puede reducir el clorito a cloruro. [32] La Organización Mundial de la Salud también recomienda una dosificación de 1 ppm. [27]
El dióxido de cloro tiene muchas aplicaciones como oxidante o desinfectante. [13] El dióxido de cloro se puede utilizar para la desinfección del aire [33] y fue el principal agente utilizado en la descontaminación de edificios en los Estados Unidos después de los ataques con ántrax de 2001. [34] Después del desastre del huracán Katrina en Nueva Orleans , Luisiana , y la costa del Golfo circundante, el dióxido de cloro se utilizó para erradicar el moho peligroso de las casas inundadas por las aguas de la inundación. [35]
Para abordar la pandemia de COVID-19, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha publicado una lista de muchos desinfectantes que cumplen con sus criterios para su uso en medidas ambientales contra el coronavirus causante . [36] [37] Algunos se basan en clorito de sodio que se activa en dióxido de cloro, aunque se utilizan diferentes formulaciones en cada producto. Muchos otros productos de la lista de la EPA contienen hipoclorito de sodio , que tiene un nombre similar pero no debe confundirse con el clorito de sodio porque tienen modos de acción química muy diferentes.
El dióxido de cloro se puede utilizar como tratamiento fumigante para “desinfectar” frutas como arándanos, frambuesas y fresas que desarrollan mohos y levaduras. [38]
El dióxido de cloro se puede utilizar para desinfectar las aves de corral rociándolas o sumergiéndolas después del sacrificio. [39]
El dióxido de cloro se puede utilizar para la desinfección de endoscopios , como bajo el nombre comercial Tristel. [40] También está disponible en un trío que consiste en una limpieza previa con surfactante y un enjuague posterior con agua desionizada y un antioxidante de bajo nivel. [41]
El dióxido de cloro se puede utilizar para controlar los mejillones cebra y quagga en las tomas de agua. [17] : 4–34
Se ha demostrado que el dióxido de cloro es eficaz para erradicar las chinches . [42]
Para purificar el agua durante el campamento , las tabletas desinfectantes que contienen dióxido de cloro son más efectivas contra los patógenos que las que utilizan lejía de uso doméstico, pero suelen costar más. [43] [44]
El dióxido de cloro se utiliza como oxidante para destruir fenoles en corrientes de aguas residuales y para controlar olores en los depuradores de aire de plantas de subproductos animales (rendering). [17] : 4–34 También está disponible para su uso como desodorante para automóviles y barcos, en paquetes generadores de dióxido de cloro que se activan con agua y se dejan en el barco o el automóvil durante la noche.
En concentraciones diluidas, el dióxido de cloro es un ingrediente que actúa como agente antiséptico en algunos enjuagues bucales . [45] [46]
Los posibles peligros del dióxido de cloro incluyen el envenenamiento y el riesgo de ignición espontánea o explosión en contacto con materiales inflamables. [47] [48]
El dióxido de cloro es tóxico y se requieren límites a la exposición humana para garantizar su uso seguro. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha establecido un nivel máximo de 0,8 mg/L para el dióxido de cloro en el agua potable. [49] La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA), una agencia del Departamento de Trabajo de los Estados Unidos , ha establecido un límite de exposición permisible de 8 horas de 0,1 ppm en el aire (0,3 mg / m 3 ) para las personas que trabajan con dióxido de cloro. [50]
El dióxido de cloro se ha comercializado de forma fraudulenta e ilegal como una cura ingerible para una amplia gama de enfermedades, incluido el autismo infantil [51] y el coronavirus . [52] [53] [54] Los niños a los que se les han administrado enemas de dióxido de cloro como una supuesta cura para el autismo infantil han sufrido enfermedades potencialmente mortales. [51] La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha declarado que la ingestión u otro uso interno de dióxido de cloro, fuera del enjuague bucal supervisado utilizando concentraciones diluidas, no tiene ningún tipo de beneficios para la salud y no debe usarse internamente por ningún motivo. [55] [56]
El 30 de julio y el 1 de octubre de 2010, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos advirtió contra el uso del producto " Miracle Mineral Supplement ", o "MMS", que cuando se prepara según las instrucciones produce dióxido de cloro. El MMS se ha comercializado como tratamiento para una variedad de afecciones, incluido el VIH, el cáncer, el autismo , el acné y, más recientemente, la COVID-19 . Muchos se han quejado ante la FDA , informando reacciones potencialmente mortales, [57] e incluso la muerte. [58] La FDA ha advertido a los consumidores que el MMS puede causar graves daños a la salud, y afirmó que ha recibido numerosos informes de náuseas, diarrea, vómitos severos y presión arterial baja potencialmente mortal causada por deshidratación. [59] [60] Esta advertencia se repitió por tercera vez el 12 de agosto de 2019 y una cuarta el 8 de abril de 2020, indicando que ingerir MMS es tan peligroso como ingerir lejía, e instando a los consumidores a no usarlos ni darles estos productos a sus hijos por ningún motivo, ya que no hay evidencia científica que demuestre que el dióxido de cloro tenga propiedades médicas beneficiosas. [61] [56]
Medios relacionados con el dióxido de cloro en Wikimedia Commons![{\displaystyle {\ce {Cl2 + 2 O2 ->[{\ce {UV}}] 2 ClO2 ^}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6c707d5e6c4755b040bc2aae93af3f9b567284d8)