La monocloramina , a menudo llamada cloramina , es el compuesto químico con fórmula NH 2 Cl. Junto con la dicloramina (NHCl 2 ) y el tricloruro de nitrógeno (NCl 3 ), es una de las tres cloraminas del amoníaco . [3] Es un líquido incoloro en su punto de fusión de -66 °C (-87 °F), pero generalmente se manipula como una solución acuosa diluida , en cuya forma a veces se usa como desinfectante . La cloramina es demasiado inestable para medir su punto de ebullición . [4]
La cloramina se utiliza como desinfectante del agua. Es menos agresivo que el cloro y más estable a la luz que los hipocloritos . [5]
La cloramina se usa comúnmente en bajas concentraciones como desinfectante secundario en los sistemas de distribución de agua municipal como alternativa a la cloración . Esta aplicación está aumentando. El cloro (al que en el tratamiento del agua se hace referencia como cloro libre) está siendo desplazado por la cloramina (para ser específicos, la monocloramina), que es mucho menos reactiva y no se disipa tan rápidamente como el cloro libre. La cloramina también tiene una tendencia mucho menor, pero aún activa, que el cloro libre a convertir materiales orgánicos en clorocarbonos como el cloroformo y el tetracloruro de carbono . Dichos compuestos han sido identificados como carcinógenos y en 1979 la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) comenzó a regular sus niveles en el agua potable de los Estados Unidos . [6]
Algunos de los subproductos no regulados posiblemente presenten mayores riesgos para la salud que los productos químicos regulados. [7]
Debido a su naturaleza ácida, agregar cloramina al suministro de agua puede aumentar la exposición al plomo en el agua potable , especialmente en áreas con viviendas antiguas; Esta exposición puede provocar un aumento de los niveles de plomo en el torrente sanguíneo , lo que puede suponer un riesgo importante para la salud. Afortunadamente, las plantas de tratamiento de agua pueden agregar productos químicos cáusticos a la planta que tienen el doble propósito de reducir la corrosividad del agua y estabilizar el desinfectante. [8]
En las piscinas , las cloraminas se forman por la reacción del cloro libre con grupos amina presentes en sustancias orgánicas , principalmente aquellas de origen biológico (p. ej., urea en el sudor y la orina ). Las cloraminas, en comparación con el cloro libre, son menos efectivas como desinfectante y, si no se manejan correctamente, más irritantes para los ojos de los nadadores. Las cloraminas son responsables del olor distintivo a "cloro" de las piscinas, que el público a menudo atribuye erróneamente al cloro elemental. [9] [10] Algunos kits de prueba para piscinas diseñados para uso de propietarios de viviendas no distinguen el cloro libre y las cloraminas, lo que puede ser engañoso y conducir a niveles no óptimos de cloraminas en el agua de la piscina. [11] También hay evidencia de que la exposición a la cloramina puede contribuir a problemas respiratorios , incluido el asma , entre los nadadores . [12] Los problemas respiratorios relacionados con la exposición a la cloramina son comunes y prevalentes entre los nadadores competitivos. [13]
Aunque algunos han descrito el olor distintivo de la cloramina como agradable e incluso nostálgico, [14] su formación en el agua de la piscina como resultado de la exposición de los fluidos corporales al cloro se puede minimizar fomentando la ducha y otros métodos de higiene antes de ingresar a la piscina, [ 15] , así como abstenerse de nadar si padece enfermedades digestivas y tomar descansos para ir al baño. [16] [17]
Los estándares de calidad del agua potable de la EPA de EE. UU. limitan la concentración de cloramina para los sistemas públicos de agua a 4 partes por millón (ppm) según un promedio anual de todas las muestras en el sistema de distribución. Para cumplir con los límites regulados por la EPA sobre subproductos de desinfección halogenados , muchas empresas de servicios públicos están cambiando de cloración a cloraminación . Si bien la cloraminación produce menos subproductos de desinfección halogenados totales regulados, puede producir mayores concentraciones de subproductos de desinfección yodados no regulados y N -nitrosodimetilamina . [18] [19] Se ha demostrado que tanto los subproductos de desinfección yodados como la N -nitrosodimetilamina son genotóxicos y causan daños a la información genética dentro de una célula, lo que resulta en mutaciones que pueden provocar cáncer . [19]
En el año 2000, Washington, DC cambió de cloro a monocloramina, lo que provocó que el plomo se filtrara de tuberías no reemplazadas. El número de bebés con niveles elevados de plomo en sangre se multiplicó aproximadamente por diez y, según una estimación, las muertes fetales aumentaron entre un 32% y un 63%. [20]
Trenton, Missouri, hizo el mismo cambio, lo que provocó que aproximadamente una cuarta parte de los hogares analizados excedieran los límites de plomo en el agua potable de la EPA en el período de 2017 a 2019. 20 niños dieron positivo por envenenamiento por plomo solo en 2016. [20] En 2023, el profesor de Virginia Tech , Marc Edwards, dijo que se producen picos de plomo en varios cambios de sistemas de servicios de agua por año, debido a la falta de capacitación suficiente y a la falta de eliminación de tuberías de plomo. [20] La falta de conciencia de las empresas de servicios públicos sobre el hecho de que todavía se utilizan tuberías de plomo también es parte del problema; La EPA ha exigido a todas las empresas de agua de los Estados Unidos que preparen un inventario completo de tuberías de plomo antes del 16 de octubre de 2024. [21]
La cloramina es un compuesto altamente inestable en forma concentrada. La cloramina pura se descompone violentamente por encima de -40 °C (-40 °F). [22] La cloramina gaseosa a bajas presiones y bajas concentraciones de cloramina en solución acuosa son térmicamente ligeramente más estables. La cloramina es fácilmente soluble en agua y éter , pero menos soluble en cloroformo y tetracloruro de carbono . [5]
En solución acuosa diluida, la cloramina se prepara mediante la reacción de amoníaco con hipoclorito de sodio : [5]
Esta reacción es también el primer paso del proceso de Olin Raschig para la síntesis de hidracina . La reacción debe llevarse a cabo en un medio ligeramente alcalino ( pH 8,5-11). El agente clorante que actúa en esta reacción es el ácido hipocloroso (HOCl), que debe generarse mediante la protonación del hipoclorito , y luego reacciona en una sustitución nucleofílica del hidroxilo contra el grupo amino . La reacción ocurre más rápido alrededor de pH 8. A valores de pH más altos, la concentración de ácido hipocloroso es menor, a valores de pH más bajos, el amoníaco se protona para formar iones de amonio ( NH+
4), que no reaccionan más.
La solución de cloramina se puede concentrar mediante destilación al vacío y haciendo pasar el vapor a través de carbonato de potasio que absorbe el agua. La cloramina se puede extraer con éter.
La cloramina gaseosa se puede obtener de la reacción de amoníaco gaseoso con cloro gaseoso (diluido con gas nitrógeno ):
La cloramina pura se puede preparar pasando fluoroamina a través de cloruro de calcio :
Los enlaces covalentes N-Cl de las cloraminas se hidrolizan fácilmente con liberación de ácido hipocloroso : [23]
La constante de hidrólisis cuantitativa ( valor K ) se utiliza para expresar el poder bactericida de las cloraminas, que depende de su generación de ácido hipocloroso en el agua. Se expresa mediante la siguiente ecuación y generalmente está en el rango de 10 −4 a 10 −10 (2,8 × 10 −10 para monocloramina):
En solución acuosa, la cloramina se descompone lentamente en dinitrógeno y cloruro de amonio en un medio neutro o ligeramente alcalino (pH ≤ 11):
Sin embargo, sólo un pequeño porcentaje de una solución de cloramina 0,1 M en agua se descompone según la fórmula en varias semanas. A valores de pH superiores a 11, se produce lentamente la siguiente reacción con iones de hidróxido :
En un medio ácido a valores de pH alrededor de 4, la cloramina se desproporciona para formar dicloramina , que a su vez se desproporciona nuevamente a valores de pH inferiores a 3 para formar tricloruro de nitrógeno :
A valores de pH bajos, domina el tricloruro de nitrógeno y a un pH de 3 a 5, domina la dicloramina. Estos equilibrios se ven alterados por la descomposición irreversible de ambos compuestos:
En el agua, la cloramina tiene un pH neutro. Es un agente oxidante (solución ácida: E ° = +1,48 V , en solución básica E ° = +0,81 V ): [5]
Las reacciones de la cloramina incluyen la sustitución radical , nucleofílica y electrófila del cloro, la sustitución electrófila del hidrógeno y las adiciones oxidativas .
La cloramina puede, al igual que el ácido hipocloroso, donar cloro cargado positivamente en reacciones con nucleófilos (Nu − ):
Ejemplos de reacciones de cloración incluyen transformaciones a dicloramina y tricloruro de nitrógeno en medio ácido, como se describe en la sección de descomposición.
La cloramina también puede aminar nucleófilos ( aminación electrófila ):
La aminación de amoníaco con cloramina para formar hidracina es un ejemplo de este mecanismo observado en el proceso de Olin Raschig:
La cloramina se amina electrofílicamente en medios neutros y alcalinos para iniciar su descomposición:
La clorhidrazina (N 2 H 3 Cl) formada durante la autodescomposición es inestable y se descompone, lo que conduce a la reacción de descomposición neta:
La monocloramina oxida sulfhidrilos y disulfuros de la misma manera que el ácido hipocloroso, [24] pero solo posee el 0,4% del efecto biocida del HClO. [25]
