Cloro

O cloro ( grego chlorós, esverdeado ) é um elemento químico , símbolo Cl de número atômico 17 ( 17 prótons e 17 elétrons ) com massa atómica 35,5 u, encontrado em temperatura ambiente no estado gasoso. Gás extremamente tóxico e de odor irritante, foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele.

O cloro está situado na série química dos halogênios ( grupo 17 ou 7A ). No estado puro, em condições normais, é um gás de coloração amarelo esverdeada, formado por moléculas diatómicas, Cl₂, sendo 2,5 vezes mais pesado do que o ar. É um elemento abundante na natureza e um elemento químico essencial para muitas formas de vida.

Conteúdo

1 Características principais

2 Aplicações

3 História

4 Abundância e obtenção

4.1 Eletrólise com célula de amálgama de mercúrio:
4.2 Eletrólise com célula de diafragma:
4.3 Eletrólise com célula de membrana:

Características principais

Na natureza não é encontrado em estado puro, já que reage com rapidez com muitos elementos e compostos químicos, sendo encontrado formando parte de cloretos e cloratos, sobretudo na forma de cloreto de sódio nas minas de sal gema e dissolvido na água do mar. O cloreto de sódio é comum como sal de mesa.

O cloro é empregado para potabilizar a água de consumo dissolvendo-o na mesma. Também é usado como oxidante , branqueador e desinfetante. É gasoso e muito tóxico (neurotóxico) , foi usado como gás de guerra na Primeira e na Segunda Guerra Mundial.

Este halogênio forma numerosos sais, obtidos a partir de cloretos por processos de oxidação, geralmente mediante a eletrólise. Combina-se facilmente com a maior parte dos elementos. É ligeiramente solúvel em água (uns 6,5 g de cloro por litro de água a 25 ºC) formando, em parte, o ácido hipocloroso, HClO.

Na maioria dos numerosos compostos que forma apresenta estado de oxidação -1. Também pode apresentar os estados de oxidação +1, +3, +5 e +7.

Aplicações

O cloro é aplicado principalmente na purificação de águas, no branqueamento durante a produção de papel e na preparação de diversos compostos clorados:

Um processo de purificação de águas amplamente utilizado é a cloração. O agente é o ácido hipocloroso , HClO , que se produz dissolvendo cloro na água e regulando o pH.
Na produção de papel se emprega cloro no branqueamento da polpa, apesar de estar sendo substituido pelo díoxido de cloroClO₂.
Uma grande parte de cloro é empregado na produção de cloreto de vinila, composto orgânico usado como matéria-prima para a obtenção de policloreto de vinila, conhecido como PVC.
Se usa para a síntese de numerosos compostos orgânicos e inorgânicos como, por exemplo, o tetracloreto de carbono, CCl₄, o cloroformio, CHCl₃, e diferentes halogenetos metálicos. Também é empregado como agente oxidante.
Preparação de cloreto de hidrogênio puro, que pode ser obtido por síntese direta: H₂ + Cl₂ → 2HCl

História

O cloro ( do grego χλωρος, que significa "amarelo verdoso" ) foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele, acreditando que se tratava de um composto contendo oxigênio. Obteve-o a partir da seguinte reação:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Em 1810 o químico inglés Humphry Davy demonstrou que se tratava de um elemento químico, e lhe deu o nome de cloro devido a sua coloração.

O cloro foi utilizado na Primeira Guerra Mundial. Foi a primeira vez que se utilizou uma substância como arma química.

Abundância e obtenção

O cloro é encontrado na natureza combinado com outros elementos, principalmente na forma de cloreto de sódio, NaCl , e também em outros minerais como a silvina, KCl, ou na carnalita, KMgCl₃·6H₂O. É o halogênio mais abundante na água do mar com uma concentração de aproximadamente 18000 ppm. Na crosta terrestre está presente em menor quantidade, uns 130 ppm. É praticamente impossível encontra-lo sem estar combinado com outros elementos, devido a sua alta reatividade.

O cloro é obtido principalmente ( mais de 95% da produção ) a partir da eletrólise do cloreto de sódio, NaCl, em solução aquosa, denominado processo de cloro-álcali. São usados três métodos:

Eletrólise com célula de amálgama de mercúrio.
Eletrólise com célula de diafragma
Eletrólise com célula de membrana.

Eletrólise com célula de amálgama de mercúrio:

Foi o primeiro método utilizado para produzir cloro em escala industrial.

Neste processo ocorrem perdas de mercúrio gerando problemas ambientais. Nas duas últimas décadas do Século XX o processo foi melhorado, embora ainda ocorra a perda de 1,3 gramas de mercúrio por tonelada de cloro produzida. Devido aos problemas ambientais este processo está sendo substituido pela eletrólise de célula de membrana que , atualmente , é responsável pelo suprimento de menos de 20% da produção mundial de cloro.

É empregado um catodo de mercúrio e um anodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. O catodo está depositado no fundo de uma célula de eletrólise e a anodo sobre este, a pouca distância. A célula é preenchida com cloreto de sódio e, com uma diferença de potencial adequada, se processa a eletrólise:

2Cl^- - 2e^- → Cl₂

Hg + 2Na⁺ + 2e^- → NaHg

A seguir se procede a decomposição da amálgama formada para recuperar o mercúrio. A base sobre a qual está a amálgama é ligeiramente inclinada para escorrer a amálgama passando para uma torre onde , em presença da água, ocorre as seguintes reações de oxidação e redução:

H₂O + 1e^- → 1/2H₂ + OH^-

NaHg - 1e^- → Na⁺ + Hg

Desta forma o mercúrio é reutilizado. Como subproduto forma-se soda caústica ( NaOH ) pela combinação da hidroxila ( OH^- ) e Na⁺ formado nos dois eletrodos:

Na⁺ + Na⁺ → NaOH

Deste modo se consegue a soda caústica (NaOH) muito concentrada e um cloro muito puro, porém consome mais energia que outros processos e existe o problema da contamina~ção com o mercúrio.

Eletrólise com célula de diafragma:

Este método é utilizado principalmente no Canadá e Estados Unidos.

Se utiliza um catodo perfurado de aço ou ferro e um anodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. Ao catodo se adere um diafragma poroso de fibras de asbesto misturado com outras fibras como , por exemplo , o politetrafluoroetileno. Este diafragma separa o anodo do catodo evitando a recombinação dos gases formados.

O sistema é alimentado continuamente com salmoura que circula desde o anodo até o catodo. As reações que ocorrem são:

2Cl^- - 2e^- → Cl₂ ( no anodo)

H₂ + 2e^- → H₂ ( no catodo)

Na dissolução permanece uma mistura de NaOH e NaCl. O NaCl é reutilizado e o NaOH tém interesse comercial.

Este método apresenta a vantagem de consumir menos energia que o utilizado na amálgama de mercúrio , porém , o inconveniente é que o NaOH produzido é menos puro. Existe, também , o risco associado ao uso do asbesto.

Eletrólise com célula de membrana:

Este método é o que se pretetende implantar para a produção de cloro. Estima-se uma produção mundial de aproximadamente 30% deste elemento. Este método é similar ao método que se emprega na célula de diafragma. O diafragma é substituido por uma membrana sintética seletiva que deixa passar ions Na⁺, porém não permite a pasagem de íons OH^- o Cl^-.

O NaOH obtido é mais puro e mais concentrado que o obtido pelo método da célula de diafragama e, como este, consome menos energia que o método da amálgama de mercúrio, mesmo que a concentração de NaOH obtida seja menor, sendo necessário concentrá-lo. Por outro lado, o cloro obtido pelo método da amálgama de mercurio é mais puro.

Compostos

Alguns cloretos metálicos são empregados como catalisadores como, por exemplo, FeCl₂, FeCl₃ e AlCl₃.
Ácido hipocloroso ( HClO ). Empregado na depuração de águas e alguns sais como agente alvejante.
Ácido cloroso,HClO₂. O sal de sódio correspondente, NaClO₂, é usado para produzir dióxido de cloro, ClO₂, usado como desinfetante.
Ácido clórico ( HClO₃ ). O clorato de sodio, NaClO₃, também pode ser usado para produzir dióxido de cloro, empregado para o branqueamento do papel, assim como para a obtenção de perclorato.
Ácido perclórico ( HClO₄ ). É um ácido oxidante empregado na indústria de explosivos. O perclorato de sodio , NaClO₄, é usado como oxidante e na indústria téxtil e papeleira.
Compostos de cloro como os clorofluorocarbonetos (CFCs) contribuem para a destruição da camada de ozônio.
Alguns compostos orgânicos de cloro são empregados como pesticida, como, por exemplo, o hexaclorobenzeno ( HCB) , o para-diclorodifeniltricloroetano (DDT), o toxafeno e outros.
Muitos compostos organoclorados criam problemas ambientais devido a sua toxidade como os pesticidas citados anteriormente, os difenilos policlorados (PCBs) e as dioxinas.

Isótopos

Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis do cloro. Um de massa 35 uma e outro de 37 uma, com uma proporção relativa de 3:1, respectivamente, o que determina uma massa atómica de 35,5 uma, aproximadamente.

O cloro tem nove isótopos com massa desde 32 até 40 uma. Somente três são encontrados na natureza: o ³⁵Cl, estável, com uma abundância de 75,77%, o ³⁷Cl, também estável com uma abundância de 24,23%, e o isótopo radioativo ³⁶Cl. A relação do ³⁶Cl com o Cl estável no ambiente é de aproximadamente 700 x 10^-15 para 1.

O ³⁶Cl é produzido na atmosfera a partir do ³⁶Ar por interações com prótons dos raios cósmicos. No subsolo é gerado o ³⁶Cl principalmente a partir de processos de captura de neutrons do ³⁵Cl, ou por captura de muones do ⁴⁰Ca. O ³⁶Cl decai a ³⁶S e a ³⁶Ar, com uma vida média combinada de de 308.000 anos.

A vida média deste isótopo hidrofílico e não reativo é útil para a datação geológica no intervalo de 60.000 a 1 milhão de anos. Além disso, foram produzidos grandes quantidades de ³⁶Cl pela irradiaação da água do mar durante as detonações atmosféricas de armas nucleares entre 1952 e 1958. O tempo de permanência do ³⁶Cl na atmosfera é de aproximadamente 1 semana. Por isso, é um marcador para as águas superficiais e subterrâneas dos anos 50 e, também util para a datação de águas que contenham menos de 50 anos. O ³⁶Cl e, também, empregado em outras áreas das ciências geológicas como na datação de gelo e sedimentos.

Isótopo	Abundância	Massa	Spín	Vida média	Decaimento
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^-

Precauções

O cloro provoca irritação no sistema respiratório, especialmente em crianças. No estado gasoso irrita as mucosas e no estado líquido queima a pele. Pode ser dedectado no ar pelo seu odor a partir de 3,5 ppm, sendo mortal a partir de 1.000 ppm. Foi usado com arma química a partir da Primeira Guerra Mundial.

Uma exposição aguda a altas ( porém não letal ) concentrações de cloro pode provocar edema pulmonar, ou líquido nos pulmões. Uma exposição crônica abaixo do nível debilita os pulmões aumentando a suceptibilidade a outras enfermidades pulmonares.

Em muitos paises é fixado o limite de exposição no trabalho em 0,5 ppm ( média de 6 horas diárias, 40 horas semanais ).