OBTENCIÒN Y CARACTERISTICAS DE CLORO ELEMENTAL CARREÑO JIMÉNEZ BRENDA GRUPO 48
OBJETIVO: Obtener Cl , además de realizar algunas reacciones mostrando el comportamiento que tienen. ANTECEDENTES:
1.36
1.63
Cl2
Cl+
Cl-
Cl2
0 H+
H
El cloro es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos (grupo VII A) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl. En condiciones normales y en estado puro forma dicloro: un gas tóxico amarillo-verdoso formado por moléculas diatómicas (Cl2) unas 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y tóxico. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida. En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y cloratos , en las minas de sal y disuelto en el agua de mar. HISTORIA: El cloro (del griego χλωρος, que significa "verde pálido") fue descubierto en su forma diatómica en
1774 por el sueco Carl Wilhelm Scheele, aunque creía que se trataba de un compuesto que contenía oxígeno. Lo obtuvo a partir de la siguiente reacción:
2 NaCl + 2H2SO4 + MnO2 → Na2SO4 + MnSO4 + 2 H2O + Cl2 En 1810 el químico inglés Humphry Davy demuestra que se trata de un elemento físico y le da el nombre de cloro debido a su color. El gas cloro se empleó en la Primera Guerra Mundial, siendo el primer caso de uso de armas químicas como el fosgeno y el gas mostaza.
ABUNDANCIA: El cloro se encuentra en la naturaleza combinado con otros elementos formando principalmente sales iónicas; como es el caso del cloruro sódico y cálcico; también con la mayoría de metales; desde el cloruro de hafnio hasta el cloruro de plata. Podría decirse que el cloro combina de forma natural bastante bien con la mayoría de elementos, quitando los de su grupo, halógenos y gases nobles, aunque en las últimas décadas de manera sintética forma parte de los mismos en compuestos conocidos como son los fluorocloruros y cloruros de xenón. Finalmente cabe destacar que la gran mayoría de estos compuestos suelen encontrarse con impurezas formando parte de minerales como la carnalita, KMgCl3·6H2O.
OBTENCIÓN: El cloro comercial se obtiene por electrólisis en el proceso de preparación de los álcalis y se expende en forma líquida, no es puro; y por lo tanto, ha de purificarse. Si se trata el dióxido de manganeso hidratado con ácido clorhídrico concentrado se produce un gas exento en gran parte de impurezas tales como el oxígeno gas (O2(g)) y óxidos de cloro. 4HCl + MnO2xH2O = MnCl2 + (x+2)H2O + Cl2 COMPUESTOS:
Algunos cloruros metálicos se emplean como catalizadores. Por ejemplo, FeCl2, FeCl3, AlCl3. Ácido clorhídrico, HCl. Se emplea en la industria alimentaria, metalúrgia, desincrustante, productos de limpieza, abrillantador de pisos, destapador de caños y tuberías. Ácido hipocloroso, HClO. Se emplea en la depuración de aguas y alguna de sus sales como agente blanqueante. Ácido cloroso, HClO2. La sal de sodio correspondiente, NaClO 2, se emplea para producir dióxido de cloro, ClO 2, el cual se usa como desinfectante. Ácido clórico (HClO3). El clorato de sodio, NaClO3, también se puede emplear para producir dióxido de cloro, empleado en el blanqueo de papel, así como para obtener clorato. Ácido perclórico (HClO4). Es un ácido oxidante y se emplea en la industria de explosivos. El perclorato de sodio, NaClO 4, se emplea como oxidante y en la industria textil y papelera. Compuestos de cloro como los clorofluorocarburos (CFCs) contribuyen a la destrucción de la capa de ozono.
Algunos compuestos orgánicos de cloro se emplean como pesticidas. Por ejemplo, el hexaclorobenceno (HCB), el para-diclorodifeniltricloroetano (DDT), el toxafeno, etcétera. Muchos compuestos organoclorados presentan problemas ambientales debido a su toxicidad, por ejemplo los pesticidas anteriores, los bifenilos policlorados (PCB), o las dioxinas.
En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables de cloro. Uno de masa 35 uma, y el otro de 37 uma, con unas proporciones relativas de 3:1 respectivamente, lo que da un peso atómico para el cloro de 35,5 uma. El cloro tiene 9 isótopos con masas desde 32 uma hasta 40 uma. Sólo tres de éstos se encuentran en la naturaleza: el 35Cl, estable y con una abundancia del 75,77%, el 37 Cl, también estable y con una abundancia del 24,23%, y el isótopo radiactivo 36Cl. La relación de 36Cl con el Cl estable en el ambiente es de aproximadamente 700 × 10 – 15:1. El 36Cl se produce en la atmósfera a partir del 36Ar por interacciones con protones de rayos cósmicos. En el subsuelo se genera 36Cl principalmente mediante procesos de captura de neutrones del 35Cl, o por captura de muones del 40Ca. El 36Cl decae a 36 S y a 36Ar, con un periodo de semidesintegración combinado de 308000 años. El período de semidesintegración de este isótopo hidrofílico y no reactivó lo hace útil para la datación geológica en el rango de 60000 a 1 millón de años. Además, se produjeron grandes cantidades de 36Cl por la irradiación de agua de mar durante las detonaciones atmosféricas de armas nucleares entre 1952 y 1958. El tiempo de residencia del 36Cl en la atmósfera es de aproximadamente 1 semana. Así pues, es un marcador para las aguas superficiales y subterráneas de los años 1950, y también es útil para la datación de aguas que tengan menos de 50 años. El 36Cl se ha empleado en otras áreas de las ciencias geológicas, incluyendo la datación de hielo y sedimentos.ya que es una sustancia venenosa
APLICACIONES: Producción de insumos industriales y para consumo Las principales aplicaciones de cloro son en la producción de un amplio rango de productos industriales y para consumo.1 2 Por ejemplo, es utilizado en la elaboración de plásticos, solventes para lavado en seco y degrasado de metales, producción de agroquímicos y fármacos, insecticidas, colorantes y tintes, etc. Purificación y desinfección El cloro es un químico importante para la purificación del agua (como en plantas de tratamiento de agua), en desinfectantes, y en la lejía. El cloro en agua es más de tres veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia coli que una concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que una concentración equivalente de yodo.3
El cloro suele ser usado en la forma de ácido hipocloroso para eliminar bacterias y otros microbios en los suministros de agua potable y piscinas públicas. En la mayoría de piscinas privadas, el cloro en sí no se usa, sino hipoclorito de sodio, formado a partir de cloro e hidróxido de sodio, o tabletas sólidas de isocianuratos clorados. Incluso los pequeños suministros de agua son clorados rutinariamente ahora.4 (Ver también cloración) Suele ser impráctico almacenar y usar el venenoso gas cloro para el tratamiento de agua, así que se usan métodos alternativos para agregar cloro. Estos incluyen soluciones de hipoclorito, que liberan gradualmente cloro al agua, y compuestos como la dicloro-Striazinatriona de sodio (dihidrato o anhidro), algunas veces referido como "diclor", y la tricloro-S-triazinatriona, algunas veces referida como "triclor". Estos compuestos son estables en estado sólido, y pueden ser usados en forma de polvo, granular, o tableta. Cuando se agrega en pequeñas cantidades a agua de piscina o sistemas de agua industrial, los átomos de cloro son hidrolizados del resto de la molécula, formando ácido hipocloroso (HClO), que actúa como un biocida general, matando gérmenes, microorganismos, algas, entre otros de ahí su importancia en el empleo en Endodoncia como agente irrigante de los conductos radiculares abordandose como solución en forma de hipoclorito de sodio en distintas concentraciones sea 0.5% ó 0.2% las más frecuentes empleadas. El cloro también es usado como detergente para bacterias como el bacillus reprindentius o como el martelianus marticus. Química El cloro elemental es un oxidante. Interviene en reacciones de sustitución, donde desplaza a los halógenos menores de sus sales. Por ejemplo, el gas de cloro burbujeado a través de una solución de aniones bromuro o yoduro los oxida a bromo y yodo, respectivamente. Como los otros halógenos, el cloro participa en la reacción de sustitución radicalaria con compuestos orgánicos que contienen hidrógeno. Esta reacción es frecuentemente -pero no invariablmente- no regioselectiva, y puede resultar en una mezcla de productos isoméricos. Frecuentemente, también es difícil el control del grado de sustitución, así que las sustituciones múltiples son comunes. Si los diferentes productos de la reacción se pueden separar fácilmente, por ejemplo, por destilación, la cloración radicalaria sustitutiva (en algunos casos acompañada de una declorinación térmica concurrente) puede ser una ruta sintética útil. Algunos ejemplos industriales de esto son la producción de cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloroformo y tetracloruro de carbono a partir de metano, cloruro de alilo a partir de propileno, y tricloroetileno y tetracloroetileno a partir de 1,2-dicloroetano. Como con los otros haluros, el cloro participa de reacciones de adición electrofílicas, más notablemente, la cloración de alquenos y compuestos aromáticos, con un catalizador ácido de Lewis. Los compuestos orgánicos de cloro tienden a ser menos reactivos en la reacción de sustitución nucleofílica que los correspondientes derivados de bromo o yodo, pero
tienden a ser más baratos. Pueden ser activados por sustitución con un grupo tosilato, o por el uso de una cantidad catalítica de yoduro de sodio. El cloro es usado extensivamente en química orgánica y química inorgánica como un agente oxidante, y en reacciones de sustitución, porque frecuentemente el cloro imparte propiedades deseadas a un compuesto orgánico, debido a su electronegatividad. Los compuestos de cloro son usados como intermediarios en la producción de un gran número de productos industriales importantes que no contienen cloro. Algunos ejemplos son: policarbonatos, poliuretanos, siliconas, politetrafluoroetileno, carboximetilcelulosa y óxido de propileno.
MAPA CONCEPTUAL OBTENCIÒN Y PROPIEDADES DEL CLORO ELEMENTAL
PROPIEDADES
El cloro es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los halógenos. En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con rapidez con muchos elementos y compuestos químicos El cloro comercial se obtiene por electrólisis en el proceso de preparación de los álcalis y se expende en forma líquida, no es puro; y por lo tanto ha de urificarse.
USOS
Producción de insumos industriales y para consumo. 1)
Purificación desinfección 2)
3) Química
y
DIAGRAMA DE TRABAJO OBTENCIÓN Y PROPIEDADES DEL CLORO 1 mL de HCl 6 M y 3 mL de solución de hipoclorito de sodio comercial para obtenre 55 mL de cloro
El ácido clorhídrico va en la charolita
Succiones con la jeringa
Después succionar 5 mL de agua destilada con la jeringa y lavar el cloro.
Exp.1: General una jeringa de cloro colocar 5 mL de NaOH 3 M en la jeringa. Agitar
Exp.2: colocar 50 mL de agua destilada en un matraz pequeño. Generar una jeringa de cloro. Burbujee el agua del matraz con el cloro Medir el pH con pHmetro
Exp.3: Preparar una jeringa de cloro, colocar en un baso de precipitados jugo de frutas y agregar cloro.
Exp.4: en un tubo de ensayo agregar cristales de NaBr y a otro añadir NaI.
Añadir 5 mL de agua a cada tubo y disolver los cristales. Preparar una jeringa de cloro.
Descargar 20 mL de coro en el tubo de bromo y del yodo, tapar el tubo y agitar
Exp.5: Unir un tubo de hule a 15 cm con una pipeta Pasteur a una jeringa. Preparar una jeringa de cloro.
Calentar en un tubo una pisca de sodio metálico, cuando funda retirar dela flama.
Agregar 5 mL de cloro, después agregar 5 mL más.
RESULTADOS Experimento 1.Coloca 5 mL de NaOH 3 M en un recipiente pequeño. Genera una jeringa llena de cloro (no es necesario lavarlo para este experimento). Succiona la solución de NaOH 3 M con la jeringa que contiene cloro e inmediatamente tapa la jeringa con el tapón de latex. Agita vigorosamente la jeringa para mezclar las sustancias químicas, el émbolo de la jeringa será empujado hacia adentro conforme reacciona el cloro. Basándote en el cuestionario previo, escribe la reacción química que se llevó a cabo:
Experimento 2 Dismutación (o desproporción) del cloro en agua Coloca 50 mL de agua destilada en una botella o matraz pequeño. Genere una jeringa de Cl2 y burbujee lentamente 10 mL de cloro en el agua y utilizando un pHmetro, toma nota del cambio en el pH. Ahora añade unas gotas de nitrato de plata. ¿Cuál es el origen del cambio en el pH? Si hay evidencia de reacción al añadir AgNO3, ¿Cuál es la especie que reacciona con Ag+?. Completa y balancea la siguiente reacción
De acuerdo con lo anterior: ¿En qué medio (ácido o básico) se favorece la dismutación del cloro elemental? →
→
───────────────────────────
→
Experimento 3. Propiedad decolorante El cloro decolora los colorantes naturales de los jugos de frutas. Prepara una jeringa de cloro, y lávalo. Coloca en vasos pequeños de plástico 5 mL de cada uno de los jugos de fruta que quieras (durazno, uva, etc). Conecta a la jeringa de cloro un tubo de hule con una pipeta Pasteur para descargar 10 o 15 mL en cada uno de los viales con jugo, enjuagando cada vez que cambies de un jugo a otro.
Experimento 4.- Poder oxidante relativo de los halógenos Material: 2 tubos de ensayo pequeños con tapón de corcho, Cloro gaseoso 60 mL, Pequeños cristales de NaBr o KBr en uno de los tubos de ensayo, Pequeños cristales de NaI o KI. Añade unos pocos cristalitos de NaBr a un tubo de ensayo y a otro tubo añádale cristalitos de NaI, añadiéndoles 5 mL de agua a cada tubo para disolver los cristales. Prepara 1 jeringa llena de cloro. Descarga 20 mL de cloro gaseoso en la solución del tubo de ensayo que contiene bromuro acuoso, tapa el tubo y agita la mezcla de gas y líquido. Quita el tapón y colóquelo sobre la boca del tubo.
La mezcla reacciona inmediatamente para tornarse amarillo-anaranjada. (Conserva esta mezcla de reacción, etiquétala con un (*)) . Completa la siguiente ecuación química:
Repite el experimento anterior con solución de yoduro. En este caso la solución inicial se vuelve café oscura y en el transcurso de unos minutos se vuelve amarillo pálido con pedazos de un sólido oscuro. Completa la siguiente ecuación química:
Prepara otro tubo con unos cristales de KI o NaI disueltos en 5mL de agua y añade la mezcla resultante de la reacción entre el cloro y el bromuro, (*) . Escribe la reacción que se lleva a cabo.
Coloca a esto tres pares X2/X- en orden, del oxidante más fuerte al más débil e incluye en esta secuencia al F2/F-.
Experimento 5 Cloro gaseoso y sodio metálico. . Une el tubo de hule de 15 cm con una pipeta Pasteur, esto se conecta a la jeringa y se usa para dirigir cloro gaseoso al sodio fundido. Prepara una jeringa de cloro gaseoso. Calienta en un tubo de ensayo una pizca de sodio metálico (tamaño no mayor de 2 a 3 mm de diámetro) usando una flama suave producida por el mechero. Cuando el sodio empieza a fundir quita la flama. Usando la jeringa equipada con el tubo de hule y la pipeta Pasteur, adiciona el cloro gaseoso sobre el sodio fundido, a una distancia de alrededor de 1 cm, primero 5 mL y después otros 5 mL. La jeringa ayuda a controlar la dirección y la salida del cloro gaseoso; esto produce una reacción brillante, vigorosa y de corta vida, añada nuevamente 5 mL de cloro, hasta que se termine. La posición vertical de la jeringa previene se descarguen líquidos residuales de la jeringa. Escribe la reacción que se lleva a cabo:
CONCLUSIONES: En conclusión observamos que el cloro es muy toxico, se produce muy fácilmente con hipoclorito y ácido clorhídrico, e una reacción exotérmica, lo percibimos en laboratorio. Las reacciones del cloro son muy aplicables en la industria pero principalmente en el hogar BIBLIOGRAFIA °Chang, Raymond, “Química”, 7° edición, McGraw-Hill, México 2002.
Rayner-Canham,G. (2000). Química Inorgánica Descriptiva. Educación. México
