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.
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.
Os processos anteriores as técnicas de eletrólise se baseavam nesta reação ou na reação direta de HCl com o ar ou oxigênio puro, produzindo água e cloro. Com estas técnicas começava a produção de cloro para alvejamento de roupas e papel, por volta do século dezenove.
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 contaminação 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 detectado 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 ).
2006-06-21 11:48:34
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answer #1
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answered by Anonymous
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