Composti del cloro

Quali sono le differenze tra cloro, cloruro e clorato (I)?

Prima di andare avanti, dobbiamo esaminare alcune specie correlate al cloro: il cloruro e il clorato(I). Nonostante i nomi simili, hanno delle differenze e non bisogna confonderli.

Cloro

Come abbiamo già detto, il cloro è un alogeno del gruppo 17 della tavola periodica. A temperatura ambiente si presenta come un gas biatomico giallo. Ciò significa che ogni molecola di cloro è costituita da due atomi di cloro legati covalentemente tra loro. La molecola è neutra e ogni atomo di cloro all'interno della molecola ha uno stato di ossidazione pari a +0.

Figura 1. Molecola di cloro.

Cloruro

Se si prende un atomo di cloro e gli si aggiunge un elettrone, si ottiene il cloruro. Il cloruro è uno ione di cloro negativo con una carica di -1 e uno stato di ossidazione di -1. Infatti, nella maggior parte dei composti contenenti cloro, ma non in tutti, si trova con questo stato di ossidazione.

Figura 2. Ione cloruro.

Clorato(I)

Quando il cloro si lega all'ossigeno e prende un elettrone in più, forma lo ione clorato(I) ClO^- . Si tratta di uno ione negativo con una carica di -1. È noto anche come ipoclorito.

Figura 3. Ione clorato (I).

Diamo un'occhiata più da vicino agli stati di ossidazione all'interno del composto. Provate a risolverli da soli.

• In uno ione, la somma di tutti gli stati di ossidazione è uguale alla carica dello ione. In questo caso, il totale di tutti gli stati di ossidazione è -1.
• In un composto, l'elemento più elettronegativo assume lo stato di ossidazione più basso. In questo caso si tratta dell'ossigeno.
• Bisogna sapere che l'ossigeno ha sempre uno stato di ossidazione -2 (tranne in alcuni casi particolari).
• Affinché tutti gli stati di ossidazione del composto siano pari a -1, il cloro deve avere uno stato di ossidazione +1.

Non è quello che vi aspettereste? Il cloro ha normalmente uno stato di ossidazione pari a -1. Ma in questo caso assume lo stato di ossidazione più alto nel composto perché è meno elettronegativo dell'ossigeno.

Come reagisce il cloro con l'acqua?

Il cloro svolge molti ruoli nella vita quotidiana, ma ci concentreremo in particolare su uno dei suoi usi principali: il trattamento delle acque reflue.

Reazione del cloro con acqua

Quando il cloro reagisce con l'acqua, forma una miscela di acido cloridrico HCl e acido clorico HClO. L'acido clorico è noto anche come acido ipocloroso e si basa sullo ione clorato, ClO^-. È un potente agente ossidante che uccide ogni tipo di batterio e virus, dal comune raffreddore al colera. Questa tecnica viene utilizzata per disinfettare l'acqua delle piscine e quella potabile. L'equazione è riportata di seguito:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)\to \mathrm{HClO}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{HCl}\left(\mathrm{aq}\right)$

Esaminiamo gli stati di ossidazione del cloro nelle tre diverse specie.

• In Cl₂, il cloro ha stato di ossidazione +0.
• In HCl, il cloro ha stato di ossidazione -1.
• In HClO il cloro ha stato di ossidazione +1.

Ciò significa che il cloro è stato sia ossidato che ridotto. Questa reazione è quindi un esempio di reazione di sproporzione.

Composti del cloro con l'ossigeno

Alla luce del sole si verifica una reazione diversa. Il cloro e l'acqua si scindono invece in ossigeno e acido cloridrico.

$2{\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right)+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)\to 4\mathrm{HCl}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{O}}_2\left(\mathrm{g}\right)$

Reazione del clorato(I) con l'acqua

Invece di aggiungere direttamente il cloro, possiamo trattare l'acqua utilizzando ioni clorato(I). Questi si ottengono dal clorato(I) di sodio o di calcio solido, un altro composto a base di clorato(I). Essi reagiscono con l'acqua per produrre ioni sodio, ioni idrossido e acido clorico.

$\mathrm{NaClO}\left(\mathrm{s}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)\rightleftharpoons {\mathrm{Na}}^{+}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{OH}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{HClO}\left(\mathrm{aq}\right)$

Si tratta di una reazione reversibile: non si completa. Per mantenere l'equilibrio sulla destra, manteniamo la soluzione leggermente acida. Tuttavia, il pH viene sempre monitorato attentamente per garantire che l'acqua sia sicura per il nostro uso, che sia per lavarsi, nuotare o bere.

Come reagisce il cloro con gli alcali?

La reazione tra il cloro e un alcali come l'idrossido di sodio non dà origine all'acido clorico, ma al clorato di sodio (I), che abbiamo incontrato sopra. Anche in questo caso, viene utilizzato per trattare le acque reflue, ma è anche l'ingrediente attivo della candeggina per uso domestico.

L'equazione è riportata di seguito:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right)+2\mathrm{NaOH}\left(\mathrm{aq}\right)\to \mathrm{NaClO}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{NaCl}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)$

Questo è un altro esempio di reazione di sproporzione. Gli atomi di cloro vengono sia ossidati per ottenere clorato di sodio (I) sia ridotti per ottenere cloruro di sodio.

Figura 4. La reazione tra cloro e idrossido di sodio.

Come reagisce il cloro?

Il cloro può reagire anche con il sodio e con altre soluzioni di ioni alogenuri.

Reazione del cloro con il sodio

Il cloro reagisce con il sodio per formare un ingrediente fondamentale per la nostra salute e il nostro benessere: il cloruro di sodio, spesso chiamato semplicemente sale. Questo è un esempio di reazione redox che forma un composto ionico. L'equazione è mostrata di seguito.

${\mathrm{Cl}}_2+2\mathrm{Na}\to 2\mathrm{NaCl}$

Reazione del cloro con gli ioni alogenuri

Il cloro è un alogeno. Gli alogeni partecipano a reazioni di spostamento: un alogeno più reattivo sposta uno ione alogenuro meno reattivo da una soluzione acquosa.

Gli alogeni diventano meno reattivi man mano che si scende nel gruppo della tavola periodica. Ciò significa che il cloro può spostare gli ioni bromuro e ioduro. Tuttavia, non può spostare gli ioni fluoruro.

Ad esempio, se si fa reagire il cloro con il bromuro di sodio, il cloro sposterà gli ioni bromuro per formare cloruro di sodio e bromo:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+2\mathrm{NaBr}\left(\mathrm{aq}\right)\to 2\mathrm{NaCl}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{Br}}_2\left(\mathrm{aq}\right)$

Reazione del cloro con l'ossigeno

Il cloro normalmente non reagisce con l'ossigeno. Tuttavia, in presenza di luce UV, il cloro può reagire con le molecole di ossigeno o di ozono per formare il radicale libero monossido di cloro,$\mathrm{ClO}•$:

$$\begin{gathered} {\mathrm{Cl}}_2\to 2\mathrm{Cl}• \\ \mathrm{Cl}•+{\mathrm{O}}_3\to \mathrm{ClO}•+{\mathrm{O}}_2 \end{gathered}$$

Come tutti i radicali, questa specie è estremamente reattiva e può distruggere l'ozono nello strato di ozono.

Pro e contro della clorazione dell'acqua

Nel 1897, Maidstone, in Inghilterra, è stata la prima città a trattare l'intera rete idrica direttamente con il cloro. La clorazione permanente diffusa iniziò nel 1905, quando la città di Lincoln fu colpita da una grave epidemia di tifo. Da allora, il cloro ha svolto un ruolo importante nella prevenzione delle malattie e nel mantenere pulita l'acqua potabile e di lavaggio. Tuttavia, la clorazione dell'acqua presenta aspetti positivi e negativi.

Pro

Come abbiamo già detto, la clorazione dell'acqua è innanzitutto un modo efficace per eliminare ogni tipo di agente patogeno. Ha contribuito a prevenire milioni di morti in tutto il mondo e questo non va sottovalutato.

Altri vantaggi sono:

• È economico e conveniente.
• È ampiamente disponibile.
• Può essere utilizzato sia su grandi che su piccole scale.

Contro

Come molte cose positive, anche la clorazione dell'acqua presenta alcuni svantaggi. Vediamo ora alcuni di essi.

• Il cloro può seccare la pelle e i capelli.
• Ad alcune persone non piace il sapore dell'acqua clorata. Un'alternativa è l'uso dell'ozono per sterilizzare l'acqua.
• Il cloro può reagire con i composti organici presenti nell'acqua per produrre sottoprodotti disinfettanti, o DBP. Questi possono avere effetti negativi sulla salute e sono stati collegati a problemi come il cancro al fegato e ai reni, le malattie cardiache e il rallentamento dell'attività cerebrale.

È importante ricordare che questi sono gli scenari peggiori e che si verificano molto raramente. I livelli di cloro nell'acqua sono sempre attentamente monitorati per garantire che rimangano entro limiti di sicurezza.