Dióxido de cloro

Dióxido de cloro en solución acuosa

Para estudiar el comportamiento de un compuesto, es fundamental considerar el contexto en el que se encuentra: su estado físico, concentración, temperatura y la presencia de otros compuestos con los que puede interactuar.

En su estado puro, el dióxido de cloro (ClO2) es un gas amarillo rojizo a condiciones ambiente. Su olor es similar al del cloro, con reminiscencia al ácido nítrico. Su solubilidad en agua a presión atmosférica y 25°C es cercana a 3 g/L (≈ 3000 ppm). Aunque la química del dióxido de cloro en solución acuosa no ha terminado de estudiarse, ha sido suficiente para que las autoridades en materia de salud en todo el mundo lo hayan incluido como uno de los compuestos oxidantes permitidos para desinfectar agua con fines de potabilización.

La ventaja del dióxido de cloro frente a otros compuestos que se utilizan para desinfectar agua radica en el hecho de que su potencial de oxidación es menor. Lo hace un oxidante menos agresivo, lo que disminuye la formación de subproductos de la desinfección, como cloraminas y  compuestos orgánicos clorados. Algunos de estos, como los trihalometanos, se caracterizan por una alta carcinogenicidad.

Compuesto
Potencial de oxidación (voltios)
Radicales hidroxilo (OH)
2.80
Cloro molecular
1.36
Ácido hipocloroso (el denominado “cloro libre”)
1.49
Ozono
2.07
Peróxido de hidrógeno
1.78
Ion clorito
1.57
Dióxido de cloro
0.95

Dióxido de cloro en estado puro

Es altamente oxidante y reacciona violentamente con materiales orgánicos. En su estado gaseoso, a concentraciones superiores al 10% en aire a presión atmosférica, detona con facilidad en presencia de luz solar, calor o en contacto con mercurio, fósforo, hidróxido de potasio, azufre, mercurio o monóxido de carbono.

Propiedades físicas básicas:

Peso molecular: 66.96 g/gmol

Punto de fusión: -59°C

Punto de ebullición: 11°C

Densidad en estado líquido a 0°C: 1.642 g/mL

Efectos potenciales a la salud:

Inhalación: irritante respiratorio severo. Puede causar broncoespasmo y edema pulmonar, aunque no de manera inmediata. También puede causar cefalea severa. Todos los síntomas pueden aparecer con retraso y ser persistentes. La exposición a largo plazo puede causar bronquitis crónica.

Ingestión: no se han reportado casos de efectos de importancia a la salud por su ingestión.

LD50 oral, rata: 94 a arriba de 10000 mg / kg, según la fuente.

Límites de exposición señalados por la American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) 1992-93:

  • Time-Weighted Average (TWA) (límite de exposición recomendado en el aire como promedio durante un turno laboral de 8 horas): 0.1 ppm (2.76 mg / m3).
  • Short-Term Exposure Limit (STEL) (límite de exposición en el airea corto plazo -15 minutos): 0.3 ppm (8.3 mg / m3).

Carcinogenicidad: no listada por IARC (International Agency for Research on Cancer) o ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists).

Mutagenicidad: información no disponible.

Efectos reproductivos: información no disponible.

Teratogenicidad y fetotoxicidad: información no disponible.

Materiales sinérgicos: puede tener efectos sinérgicos en conjunto con cloro, otros óxidos de cloro y compuestos de cloro flúor.

Dióxido de cloro en solución acuosa

Cuando el dióxido de cloro se disuelve en agua, la mayor parte no se hidroliza: permanece como un gas disuelto en solución. Otra parte sí lo hace, y forma tanto ion clorito (ClO2) como ion clorato (ClO3).

Como se mencionó, la solubilidad del dióxido de cloro en agua a nivel del mar y a 25°C es cercana a los 3 g/L (≈ 3000 ppm). Su solubilidad se incrementa a temperaturas más bajas. Por ello, cuando su concentración es superior a 3 gramos por litro, es común almacenarlo a temperaturas  cercanas a los 5 °C.

Disuelto en agua pura, en contenedor herméticamente cerrado, en ausencia de luz, y a baja temperatura, es bastante estable aunque se descompone lentamente en cloro y oxígeno. Los cloruros catalizan su descomposición.

Clorito (ClO2)

A partir de estudios en animales, la NAS llegó a una dosis calculada para dosis con efectos no adversos de 0.21 mg/L con un factor de incertidumbre de 100. La LD50 oral en ratas del clorito de sodio que se comercializa con una concentración de 80% (y en la que el resto es, primordialmente, cloruro de sodio) es de 165 mg/kg.

Clorato (ClO3)

El clorato es un subproducto menor del tratamiento de desinfección de agua potable por medio de dióxido de cloro. La LD50 oral en ratas es de entre 1200 y 7000 mg/kg. No se ha determinado el efecto de la dilución, y no hay datos disponibles de mutagenicidad, teratogenicidad ni carcinogenicidad.

Dióxido de cloro como biocida

El dióxido de cloro desinfecta por oxidación. De los biocidas oxidantes, es el más selectivo. Es efectivo a valores de pH de entre 4 y 10. Su bajo potencial de oxidación no le permite oxidar compuestos orgánicos; es decir, no rompe enlaces C-C ni C-H. Solo reacciona cuando encuentra átomos reducidos, como es el caso de protones, que le arrebatan el oxígeno. Al contrario que el cloro libre (ácido hipocloroso o ion hipoclorito), el dióxido de cloro no reacciona con amoniaco (NH3) ni con hidróxido de amonio (NH4OH) y apenas reacciona con aminas elementales.

Mecanismo por el que el dióxido de cloro oxida

Un compuesto oxidante es capaz de aceptar electrones. El átomo cloro que forma parte de la molécula de dióxido de cloro tiene un número de oxidación de +4. En su máximo estado de oxidación, el cloro puede quedar con un número de oxidación de -1. Esto significa, que es capaz de recibir hasta cinco electrones.  En un primer paso, el dióxido de cloro recibe un electrón que lo reduce a ion clorito:

ClO2 + e- ⟶ ClO2

Como segundo paso, el ion clorito se oxida hasta convertirse en ión cloruro:, lo que explica por qué no se forman sustancias cloradas:

ClO2  +  4H+ +  4e ⟶ Cl  +  2H2O

La reacción muestra que cada átomo de oxígeno que formaba parte del ion clorito neutraliza un protón y forma una molécula de agua.

Bibliografía:
  1. Budavari, S. (Ed.), The Merk Index, 12ª Ed., Merck Research Laboratories, N.J., 1996.
  2. DeZuane, J., Handbook of Drinking Water Quality, 2ª Ed., Wiley, N.Y., 1997
  3. Lide, D. (Ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 82ª Ed., N.Y. 2001
  4. S. Department of Health and Human Services, NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards, Washington D.C., 2003
  5. Clordisys Solutions Inc., Chlorine Dioxide Gas Safety Data Sheet, 2015 (https://ecosensecompany.com/wp-content/uploads/2016/09/ClorDiSys-SDS-Chlorine-Dioxide-Gas.pdf)
  6. Lenntech, Desinfectantes Clorito de Sodio, (https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/desinfectantes-dioxido-de-cloro.htm#:~:text=Cuando%20el%20di%C3%B3xido%20de%20cloro,de%20cloro%20se%20vuelve%20gas.)
  7. LabChem, Sodium Chlorite 80% Safety Data Sheet, (http://www.labchem.com/tools/msds/msds/LC23620.pdf)
  8. Extension Toxicology Network, Sodium Chlorate, (http://pmep.cce.cornell.edu/profiles/extoxnet/pyrethrins-ziram/sodium-chlorate-ext.html#:~:text=The%20acute%20oral%20LD50%20for,kg%20for%20rabbits%20(6).)
  9. Lenntech, Dióxido de cloro, (https://www.lenntech.es/dioxido-de-cloro.htm) .
  10. INSST, NTP 244: Criterios de valoración en Higiene Industrial (https://www.insst.es/documents/94886/327166/ntp_244.pdf/b853aaf2-955b-41d7-b021-7bd702ecdd9d)
  11. National Library of Medicine, PubChem, Chlorine Dioxide Compound Summary, (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Chlorine-dioxide)
  12. Lenntech, Desinfectantes Dióxido de cloro, (https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/desinfectantes-dioxido-de-cloro.htm#:~:text=El%20di%C3%B3xido%20de%20cloro%20oxida,reducido%20a%20iones%20de%20cloruro.&text=Se%20puede%20encontrar%20tambi%C3%A9n%20en,el%20clorito%20son%20agentes%20oxidantes.)

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