El dióxido de cloro a partir de los 11°C es un gas de coloración entre rojo y amarillo de olor acre, es más denso que el aire (ρ = 2,4), un oxidante fuerte, e inestable produciendo gas cloro (Cl2), oxigeno gas (O2) y calor. Una de las características más importantes del dióxido de cloro es su gran solubilidad en agua, especialmente en agua fría. El dióxido de cloro no se hidroliza (no reacciona ni sufre cambios químicos), cuando entra en contacto con agua, permanece como gas en disolución, siendo aproximadamente 10 veces más soluble en agua que el gas cloro.
En el laboratorio, el ClO2 puede prepararse por diversos mecanismos de oxidación del clorito de sodio con ácido clorhídrico tal como se observa en la ecuaciones de la [1] o [2]
2 NaClO2 + 2 HCl + NaOCl → 2 ClO2 + 3 NaCl + H2O [1]
5 NaClO2 + 4 HCl → 5 NaCl + 4 ClO2 + 2 H2O [2]
El dióxido de cloro, ha suscitado mucha polémica recientemente por su potencial uso para eliminar diferentes bacterias y virus. El ClO2 no es un descubrimiento reciente, se ha estado empleando desde el siglo XIX sobretodo en la industria del papel. En diferentes momentos del siglo XX se ha empleado como un desinfectante del agua y aún hoy se considera como más efectivo para dicho fin, que otros métodos y con menor cantidad de subproductos irritantes como los trihalometanos. Sin embargo su costo, complicado manejo y requerimiento de generación in situ han hecho que su uso haya sido limitado.
No se debe confundir las diferentes especies de óxidos de cloro y sus sales o ácidos. En la tabla 1 se observa la estructura del cloro gas, así como del dióxido de cloro, del clorito sódico, y del hipoclorito de sodio (conocido como cloro, lejía o blanqueador).
Se observa que el dióxido de cloro es un compuesto muy diferente al cloro elemental y del hipoclorito de sodio. De hecho es muy particular tanto en su estructura química como en su comportamiento. El ClO2 tiene un número impar de electrones de valencia, y por tanto, es un radical paramagnético, con una estructura que contiene un orbital antienlazante incompleto. Por lo cual solo reacciona con sustancias que ceden electrones, tal como se observa en las ecuaciones [3] y [4], llegando a aceptar hasta 5 electrones en su proceso de reducción a cloruro.
ClO2 + e– → ClO2– [3]
ClO2– + 4H+ + 4e– → Cl– + 2H2O [4]
El átomo de cloro se mantiene, hasta que se forma el cloruro estable. Esto explica porque no se forman sustancias clorinadas. Cuando el cloro (o hipoclorito) reacciona no solo acepta electrones, sino que también interviene en las reacciones de adición y sustitución. Durante estas reacciones, uno o más átomos de cloro son añadidos a sustancias extrañas, de allí que este llega a formar cloraminas pero el ClO2 no.
Comparando el poder de oxidación y la capacidad de oxidación de diferentes desinfectantes, el dióxido de cloro es efectivo a bajas concentraciones. Por otro lado el dióxido de cloro no es tan reactivo como el ozono o el cloro y solo reacciona con sustancias sulfúricas, aminas y otras sustancias orgánicas reactivas. En comparación con el cloro y el ozono, se requiere menos dióxido de cloro para obtener una concentración de desinfectante residual efectiva. También se puede utilizar cuando la concentración de materia orgánica es alta. En la tabla 2 se observa la comparación del potencial oxidante de diferentes agentes.
La menor fuerza de oxidación del ClO2 lo hace más selectivo evitando afectar por ejemplo tejidos orgánicos de animales pero sí a otras especies como los microorganismos. A diferencia del hipoclorito de sodio, en el tratamiento de potabilización de agua, el ClO2 es más estable en un ámbito de pH más amplio, siendo efectivo desde 4 a 10. Su inestabilidad frente a la luz es conocida y el resultado de dicha foto-oxidación tiene como productos iones Cloruro, (Cl–), ión hipoclorito (ClO–) y clorato (ClO3–).
NaClO2 clorito sódico
El clorito sódico, NaClO2, es un compuesto químico empleado en la producción de papel. Se utiliza en algunos casos para la obtención de agua potable, en plantas municipales de tratamiento de agua, mediante la generación «in situ» de dióxido de cloro a partir del clorito de sodio (la técnica más común es generar el dióxido de cloro a partir de sal común, agua y electricidad en un proceso electrolítico y de separación por membrana). Es un fuerte oxidante y por lo tanto, puede esperar que causen los síntomas clínicos adversos; se ha establecido un máximo de 1 mg por litro de agua potable, (1 ppm) como dosis segura.
El clorito de sodio, NaClO2 también se usa como componente en enjuagues terapéuticos, colutorios, pastas dentales, geles, aerosoles para boca y también en la disolución para la limpieza de lentes de contacto.
El cloro forma diferentes tipos de ácidos entre ellos el ácido clorhídrico HCl, empleado en las reacciones [1] y [2]; además por el hecho de que el cloro puede presentar estados de oxidación de +1, +3, +5 y +7 forma también los oxoácidos mostrados en la tabla 2 cuya estructura molecular en algunos casos es similar a la del dióxido de cloro.
HClO ácido hipocloroso
El ácido hipocloroso, HClO, es un poderoso oxidante, entre los oxácidos clorados y es el responsable directo de la acción bactericida de los compuestos derivados del cloro. Químicamente puede ser obtenido por diferentes métodos.
1. Hidrólisis de gas de cloro [5]
Cl2 + H2O → HClO + H+ + Cl– [5]
2. Electrólisis de solución de sal [6]
2Cl → Cl2 + 2e– y Cl2 + H2O → HClO + H+ +Cl– [6]
3. Acidificación de hipoclorito [7]
OCl– + H+ → HClO [7]
Los usos terapéuticos del HClO se remontan a la primera guerra mundial y fue ampliamente usado como bactericida superficial, sin embargo su compleja preparación y baja estabilidad hizo que cayera en desuso. La primera formulación farmacéutica a base de HClO reconocida se llama Neutroderm, la cual es una solución antimicrobiana no antibiótica de uso tópico, que facilita la regeneración de tejidos.
HClO2 ácido cloroso
El ácido cloroso, HClO2, es un ácido débil y sólo es estable en concentraciones bajas, por lo que, a nivel comercial, no lo encontraremos como producto puro. No obstante, la sal sódica correspondiente, el clorito sódico, NaClO2, si es estable, por lo que ésta sí existe como producto comercial.
HCO3 ácido clórico
El ácido clórico, es un ácido fuerte y se produce por calentamiento del ácido hipocloroso [8]:
3 HClO → HClO3 + 2 HCl [8]
HClO4 ácido perclórico
Este es un acido muy fuerte, altamente corrosivo y concentrado puede resultar explosivo. Se obtiene por las siguientes reacciones [9] y [10]
- Formación del óxidos ácidos:
2 Cl2 + 7 O2 → 2 Cl2O7 [9]
- Formación del ácido:
Cl2O7 + H2O → 2 HClO4 [10]
Como se observa el cloro tiende a formar diferentes compuestos con diferentes características químicas. Sus múltiples usos lo hacen un componente fundamental de la ciencia y tecnología química.
Con frecuencia se buscan en dichas substancias fines terapéuticos y se ha encontrado formas de empleo exitosas principalmente como desinfectantes, para la potabilización del agua y en plantas de tratamiento de aguas residuales; evidentemente las dosificaciones siempre son controladas y evaluadas para evitar daños o efectos posteriores.
Cualquier empleo de estas u otras substancias con fines medicinales debe ser estudiado bajo protocolos científicos rigurosos, de instituciones prestigiosas, evaluados y auditados para su adecuado seguimiento, bajo el escrutinio de personal científico altamente capacitado y de reconocida trayectoria. Cualquier intento de publicar resultados no avalados por estudios clínicos corroborados se debe considerar como poco serio y peligroso para la salud humana.
Ing. F.Rossi
Gerente de Servicio
VyP HidroAsesores
Bibliografía consultada:
Desinfectantes Dióxido de cloro https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/ desinfectantes-dioxido-de-cloro.htm#:~:text=El%20di%C3%B3xido%20de%20cloro%20es%20un%20gas%20inestable%20que%20se,clorato%20(ClO3%2D).
Ensayos relacionados con toxicidad https://www.dioxidodecloro.wiki/dioxidodecloro_toxico.html
Overview of Chlorine Dioxide (ClO2) https://andreaskalcker.com/wp-content/uploads/2016/04/
Howard-Alliger-An-Overall-View-Cl02.pdf
Controlled Clinical Evaluations of Chlorine Dioxide, Chlorite and Chlorate in Man
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1569027/pdf/envhper00463-0059.pdf
Fichas Internacionales de Seguridad Química- DIÓXIDO DE CLORO