Clor

El clor és un element químic de nombre atòmic 17 situat en el grup dels halògens (grup 17) de la taula periòdica dels elements. El seu símbol és Cl. En condicions normals i en estat pur és un gas groc-verdós format per molècules diatòmiques, Cl₂ unes 2,5 vegades més pesant que l'aire, d'olor desagradable i verinós. És un element abundant en la naturalesa i es tracta d'un element químic essencial per a moltes formes de vida.

Clor
17Cl
sofre ← clor → argó F ↑ Cl ↓ Br Taula periòdica
Aspecte
Gas groc-verd pàl·lid Clor líquid Línies espectrals del clor
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Clor, Cl, 17
Categoria d'elements	Halògens
Grup, període, bloc	17, 3, p
Pes atòmic estàndard	35,453(2)
Configuració electrònica	[Ne] 3s2 3p5 2, 8, 7
Propietats físiques
Fase	Gas
Densitat	(0 °C, 101.325 kPa) 3,2 g/L
Densitat del líquid en el p. e.	1,5625 g·cm−3
Punt de fusió	171,6 K, −101,5 °C
Punt d'ebullició	239,11 K, −34,04 °C
Punt crític	416,9 K, 7,991 MPa
Entalpia de fusió	(Cl₂) 6,406 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	(Cl₂) 20,41 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	(Cl₂) 33,949 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 128 139 153 170 197 239
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1 (òxid àcid fort)
Electronegativitat	3,16 (escala de Pauling)
Energies d'ionització (més)	1a: 1.251,2 kJ·mol−1
	2a: 2.298 kJ·mol−1
	3a: 3.822 kJ·mol−1
Radi covalent	102±4 pm
Radi de Van der Waals	175 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Ortoròmbica
Ordenació magnètica	Diamagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) > 10 Ω·m
Conductivitat tèrmica	8,9×10−3  W·m−1·K−1
Velocitat del so	(Gas, 0 °C) 206 m·s−1
Nombre CAS	7782-50-5
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del clor
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 35Cl 75,77% 35Cl és estable amb 18 neutrons 36Cl traça 3,01×105 a β− 0,709 36Ar ε - 36S 37Cl 24,23% 37Cl és estable amb 20 neutrons

Característiques principals

En la naturalesa no es troba en estat pur perquè reacciona amb rapidesa amb molts elements i compostos químics, sinó que es troba formant part de clorurs i clorats, sobretot en forma de clorur de sodi (NaCl, sal comuna o sal de taula), en les mines de sal i dissolt i en suspensió en l'aigua de mar.

S'empra per a potabilitzar l'aigua de consum dissolent-lo en aquesta; també té altres aplicacions com a oxidant, blanquejador i desinfectant. El clor gasós és molt tòxic (neurotòxic) i va ser utilitzat com un dels primers gasos de guerra (arma química) a la Primera Guerra Mundial i Segona Guerra Mundial.

Aquest halogen forma nombroses sals i s'obté a partir de clorurs a través de processos d'oxidació, generalment per mitjà d'electròlisi. Es combina fàcilment amb la major part dels elements. És lleugerament soluble en aigua (uns 6,5 g de clor per litre d'aigua a 25 °C), en part formant àcid hipoclorós (HClO).

En la majoria dels nombrosos compostos que forma presenta estat d'oxidació -1. També pot presentar els estats d'oxidació +1, +3, +5 i +7.

Aplicacions

El clor s'empra principalment en la potabilització d'aigües, com a blanquejant en la producció de paper i en la preparació de diferents compostos clorats.

• Un procés de potabilització àmpliament utilitzat és la cloració. S'empra àcid hipoclorós, que es produeix dissolent clor en aigua i regulant el pH.
• En la producció de paper s'empra clor en el blanqueig de la polpa, encara que tendeix a ser substituït per diòxid de clor (ClO₂).
• Una gran part del clor s'empra en la producció de clorur de vinil, compost orgànic que s'empra principalment en la síntesi del policlorur de vinil, conegut com a PVC.
• S'usa en la síntesi de nombrosos compostos orgànics i inorgànics, per exemple tetraclorur de carboni, (CCl₄), o cloroform (CHCl₃), i distints halogenurs metàl·lics. També s'empra com a agent oxidant.
• Preparació de clorur d'hidrogen (HCl, àcid clorhídric) pur; es pot dur a terme per síntesi directa

H₂ + Cl₂ → 2HCl

Història

El clor (del grec χλωρος, que significa "groc verdós") fou descobert el 1774 pel suec Carl Wilhelm Scheele, encara que ell creia que es tractava d'un compost que contenia oxigen. El va obtenir a partir de la reacció següent:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

El 1810 el químic anglès Humphry Davy demostrà que es tracta d'un element químic i li donà el nom de clor a causa del seu color.

El clor es va emprar a la Primera Guerra Mundial, esdevenint el primer cas d'ús d'armes químiques.

Abundància

El clor es troba en la naturalesa combinat amb altres elements, principalment en forma de clorur de sodi (NaCl, i també altres minerals com la silvita (KCl, o clorur de potassi), o la carnalita, KMgCl₃·6H₂O (clorur de potassi i magnesi). És l'halogen més abundant en l'aigua marina amb una concentració d'uns 18000 ppm. A l'escorça terrestre és present en menor quantitat, uns 130 ppm. És pràcticament impossible trobar-lo sense combinar amb altres elements, a causa de la seua alta reactivitat.

Producció industrial

La producció de clor és una de les fonamentals a nivell industrial i en molts casos es pren com a indicador de la fortalesa econòmica d'un país.

Procés clor-àlcali

El clor s'obté principalment (més del 95% de la producció) per mitjà de l'electròlisi de clorur de sodi (NaCl) en dissolució aquosa (salmorra), denominat procés del clor-àlcali. S'empren tres mètodes: electròlisi amb cel·la d'amalgama de mercuri, electròlisi amb cel·la de diafragma i electròlisi amb cel·la de membrana.

El procés clor-àlcali es basa en la reacció de la salmorra amb aigua en cel·les electrolítiques, formant clor gas, hidròxid de sodi i hidrogen.

NaCl + H₂O → NaOH + Cl₂ + H₂

La salmorra s'obté a partir de l'aigua de mar o de roca salina, mitjançant un procés de lixivació. Aquest producte ha de ser impurificat d'anions sulfat i de cations calci i magnesi. En el cas d'utilitzar el mètode de membrana, la salmorra no ha de tenir més de 2 ppm de catió calci.

Tecnologia d'amalgama

En el mètode d'amalgama s'util·litza un càtode de mercuri líquid i un ànode de titani recobert per diòxid de ruteni (RuO₂). El càtode és de mercuri perquè el catió sodi és explosiu al contacte amb l'aigua, cosa que s'evita dissolvent-lo amb mercuri (una dissolució anomenada amalgama.

Les reaccions que es duen a terme són les següents:

• En el càtode es redueix el catió sodi i es forma l'amalgama.

Na⁺/Hg + 1e^- → Na/Hg

• En l'ànode s'oxida el clorur per formar clor gas.

2Cl^- → Cl₂ + 2e^-

Un cop obtinguda l'amalgama, es redirigeix cap a un reactor on es fa reaccionar amb aigua, una reacció catalitzada per diòxid de níquel (Ni₂O₃).

Na/Hg + H₂O → NaOH + H₂ + Hg

El mercuri, en ser més dens, s'enfonsa i es redirigeix cap a la cel·la electrol·lítica per ser reutilitzat.

L'hidròxid de sodi obtingut té una puresa del 50%

Processos secundaris

Altres processos industrials que s'han emparat en la producció de clor han estat els següents:

• Procés Deacon: Consisteix en l'oxidació catalítica de l'àcid clorhídric (HCl), on el catalitzador és el clorur de coure (II).
• Procés Weldon: Consisteix en l'oxidació de l'àcid clorhídric (HCl) per efecte del permangant potàssic (KMnO₄).

Compostos

• Alguns clorurs metàl·lics s'empren com catalitzadors. Per exemple, clour de ferro (II) (FeCl₂), clorur de ferro (III) (FeCl₃), clorur d'alumini (AlCl₃).
• Àcid hipoclorós (HClO, component principal del lleixiu). S'empra en la depuració d'aigües i alguna de les seues sals com a agent blanquejant.
• Àcid clorós,HClO₂. La sal de sodi corresponent, clorit de sodi NaClO₂, s'empra per a produir diòxid de clor, ClO₂, el qual s'usa com a desinfectant.
• Àcid clòric (HClO₃). El clorat de sodi, NaClO₃, també es pot emprar per a produir diòxid de clor, emprat en el blanqueig de paper, així com per a obtenir perclorat.
• Àcid perclòric (HClO₄). És un àcid oxidant i s'empra en la indústria d'explosius. El perclorat de sodi, NaClO₄, s'empra com a oxidant i en la indústria tèxtil i paperera.
• Compostos de clor com els clorofluorocarburs (CFCs) contribueixen a la destrucció de la capa d'ozó i són gasos hivernacle.
• Alguns compostos orgànics del clor s'empren com a pesticides. Per exemple, l'hexaclorobenzè (HCB), el para-diclorodifeniltricloroetà (DDT), el toxafè, etcètera.
• Molts compostos organoclorats presenten problemes ambientals a càusa de la seua toxicitat, per exemple els pesticides anteriors, els bifenils policlorats (PCBs), o les dioxines.

Isòtops

A la Natura es troben dos isòtops estables de clor. Un de massa 35 uma, i l'altre de 37 uma, amb unes proporcions relatives de 3:1 respectivament, la qual cosa dona un pes atòmic per al clor de 35,5 uma.

El clor té 9 isòtops amb masses des de 32 uma fins a 40 uma. Només tres d'aquests es troben a la natura: el ³⁵Cl, estable i amb una abundància del 75,77%, el ³⁷Cl, també estable i amb una abundància del 24,23%, i l'isòtop radioactiu ³⁶Cl. La relació de ³⁶Cl amb el Cl estable en l'ambient és d'aproximadament 700 x 10^-15:1.

El ³⁶Cl es produeix en l'atmosfera a partir del ³⁶Ar per interaccions amb protons de rajos còsmics. En el subsòl es genera ³⁶Cl principalment per mitjà de processos de captura de neutrons del ³⁵Cl, o per captura de muons del ⁴⁰Ca. El ³⁶Cl es desintegra a ³⁶S i a ³⁶Ar, amb un període de semidesintegració combinat de 308000 anys.

El període de semidesintegració d'aquest isòtop hidròfil i no reactiu el fa útil per a la datació geològica en el rang de 60000 a 1 milió d'anys. A més, es van produir grans quantitats de ³⁶Cl per la irradiació d'aigua de mar durant les detonacions atmosfèriques d'armes nuclears entre 1952 i 1958. El temps de residència del ³⁶Cl en l'atmosfera és d'aproximadament 1 setmana. Així, és un marcador (química) per a les aigües superficials i subterrànies dels anys 1950, i també és útil per a la datació d'aigües que tinguen menys de 50 anys. El ³⁶Cl s'ha emprat en altres àrees de les ciències geològiques, incloent la datació de gel i sediments.

Núclid	Abundància natural	Massa	Spin	Període de semidesintegració	Cadena de desintegració
32Cl	-	31,9857	1	298 mil·lisegons	ε
33Cl	-	32,9775	3/2	2,511 segons	ε
34Cl	-	33,9738	0	1,5264 segons	ε
35Cl	75,77	34,9689	3/2	estable
36Cl	-	35,9683	2	301000 anys	β-
37Cl	24,23	36,9659	3/2	estable
38Cl	-	37,9680	2	37,24 minuts	β-
39Cl	-	38,9680	3/2	55,6 minuts	β-
40Cl	-	39,9704	2	1,38 minuts	β-
41Cl	-	40,9707	n.m.	34 segons	β-
42Cl	-	41,9732	n.m	6,8 segons	β-
43Cl	-	42,9742	n.m.	3,3 segons	β-

Precaucions

El clor provoca irritació en el sistema respiratori, especialment en nens i persones d'edat. En estat gasós, irrita les mucoses i en estat líquid crema la pell. Es pot detectar en l'aire pel seu olor de partir de 3,5 ppm, essent mortal a partir d'uns 1000 ppm. Es va usar com a arma química en la Primera Guerra Mundial.

Una exposició aguda a altes (però no letals) concentracions de clor pot provocar un edema pulmonar, o líquid en el pulmons. Una exposició crònica a baixa concentració debilita els pulmons augmentant-ne la susceptibilitat a altres malalties pulmonars.

En molts països es fixa com a límit d'exposició en el treball per a aquest gas 0,5 ppm (mitja de 8 hores diàries, 40 hores a la setmana).

Es poden produir fums tòxics quan es mescla hipoclorit de sodi amb urea, amoníac o algun altre producte de neteja. Aquests fums consisteixen en una mescla de clor i clorur de nitrogen; per tant, aquestes combinacions haurien de ser evitades.

Enllaços externs

• WebElements.com - Clor (anglès)
• EnvironmentalChemistry.com - Clor (anglès)
• Los Alamos National Laboratory - Clor (anglès)

Viccionari