Cloro
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Geral | |||||||||||||||||||||||||
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Nome, símbolo, número | Cloro, Cl, 17 | ||||||||||||||||||||||||
Classe , série química | Não-metal , representativo ( halogênio ) | ||||||||||||||||||||||||
Grupo, período, bloco | 17 ( VIIA ), 3, p | ||||||||||||||||||||||||
Densidade, dureza | 3,214 kg/m3 (273K), (ND) | ||||||||||||||||||||||||
Cor e aparência | Verde amarelado |
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Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||
Massa atómica | 35,453(2) u | ||||||||||||||||||||||||
Raio atómico calculado | 100 picômetro (79 pm) | ||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 99 pm | ||||||||||||||||||||||||
Raio de van der Waals | 175 pm | ||||||||||||||||||||||||
Configuração electrónica | [Ne]3s23p5 | ||||||||||||||||||||||||
Elétrons por nível de energia | 2, 8, 7 | ||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação (óxido) | ± 1, 3, 5, 7 (fortemente ácido) | ||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | ortorrômbica | ||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||
Estado da matéria | gasoso (não-magnético) | ||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 171,6 K | ||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 239,11 K | ||||||||||||||||||||||||
Volume molar | 17,39×10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
Entalpia de vaporização | 10,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
Entalpia de fusão | 3,203 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor | 1300 Pa | ||||||||||||||||||||||||
Velocidade do som | não disponível | ||||||||||||||||||||||||
Miscelânea | |||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade | 3,16 (escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
Calor específico | 480 J/kg*K | ||||||||||||||||||||||||
Condutividade elétrica | não disponível | ||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 0,089 W/m*K | ||||||||||||||||||||||||
1ª Potencial de ionização | 1251,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
2ª potencial de ionização | 2298 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
3ª potencial de ionização | 3822 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
4ª potencial de ionização | 5158,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
5ª potencial de ionização | 6542 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
6ª potencial de ionização | 9362 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
7ª potencial de ionização | 11018 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
8ª potencial de ionização | 33604 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
9ª potencial de ionização | 38600 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
10ª potencial de ionização | 43961 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||
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unidades SI e condições CNTP, exceto onde indicado o contrário |
O cloro ( grego chlorós, esverdeado ) é um elemento químico , símbolo Cl de número atômico 17 ( 17 prótons e 17 elétrons ) com massa atómica 35,5 u, encontrado em temperatura ambiente no estado gasoso. Gás extremamente tóxico e de odor irritante, foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele.
O cloro está situado na série química dos halogênios ( grupo 17 ou 7A ). No estado puro, em condições normais, é um gás de coloração amarelo esverdeada, formado por moléculas diatómicas, Cl2, sendo 2,5 vezes mais pesado do que o ar. É um elemento abundante na natureza e um elemento químico essencial para muitas formas de vida.
Índice |
[editar] Características principais
Na natureza não é encontrado em estado puro, já que reage com rapidez com muitos elementos e compostos químicos, sendo encontrado formando parte de cloretos e cloratos, sobretudo na forma de cloreto de sódio nas minas de sal gema e dissolvido na água do mar. O cloreto de sódio é comum como sal de mesa.
O cloro é empregado para potabilizar a água de consumo dissolvendo-o na mesma. Também é usado como oxidante , branqueador e desinfetante. É gasoso e muito tóxico (neurotóxico) , foi usado como gás de guerra na Primeira e na Segunda Guerra Mundial.
Este halogênio forma numerosos sais, obtidos a partir de cloretos por processos de oxidação, geralmente mediante a eletrólise. Combina-se facilmente com a maior parte dos elementos. É ligeiramente solúvel em água (uns 6,5 g de cloro por litro de água a 25 ºC) formando, em parte, o ácido hipocloroso, HClO.
Na maioria dos numerosos compostos que forma apresenta estado de oxidação -1. Também pode apresentar os estados de oxidação +1, +3, +5 e +7.
[editar] Aplicações
O cloro é aplicado principalmente na purificação de águas, no branqueamento durante a produção de papel e na preparação de diversos compostos clorados, como por exemplo o hipoclorito de sódio e hipoclorito de cálcio
- Um processo de purificação de águas amplamente utilizado é a cloração. O agente é o ácido hipocloroso , HClO , que se produz dissolvendo cloro na água e regulando o pH.
- Outra aplicação que vem ampliando sobremaneira os níveis de qualidade de vida das populações que usufruem deste processo, é a aplicação de cloro em estações de tratamento de esgoto.
- Na produção de papel se emprega cloro no branqueamento da polpa, apesar de estar sendo substituído pelo díoxido de cloro, ClO2.
- Uma grande parte de cloro é empregada na produção de cloreto de vinila, composto orgânico usado como matéria-prima para a obtenção de policloreto de vinila, conhecido como PVC.
- Também é utilizado na síntese de numerosos compostos orgânicos e inorgânicos como, por exemplo, o tetracloreto de carbono (CCl4), o clorofórmio (CHCl3) e diferentes halogenetos metálicos. Também é empregado como agente oxidante.
- Preparação de cloreto de hidrogênio puro, que pode ser obtido por síntese direta: H2 + Cl2 → 2HCl
[editar] História
O cloro (do grego χλωρος, que significa "amarelo verdoso" ) foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele, acreditando que se tratava de um composto contendo oxigênio. Obteve-o a partir da seguinte reação: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O.
Os processos anteriores às técnicas de eletrólise se baseavam nesta reação ou na reação direta de HCl com o ar ou oxigênio puro, produzindo água e cloro. Com estas técnicas começava a produção de cloro para alvejamento de roupas e papel, por volta do século XIX. Em 1810 o químico inglés Humphry Davy demonstrou que se tratava de um elemento químico, e lhe deu o nome de cloro devido a sua coloração amarelo-esverdeada.O cloro foi utilizado na Primeira Guerra Mundial. Foi a primeira vez que se utilizou uma substância como arma química.Alguns cloretos metálicos são empregados como catalisadores como, por exemplo, FeCl2, FeCl3 e AlCl3. Ácido hipocloroso ( HClO ). Empregado na depuração de águas e alguns sais como agente alvejante. Ácido cloroso,HClO2. O sal de sódio correspondente, NaClO2, é usado para produzir dióxido de cloro, ClO2, usado como desinfetante. Ácido clórico ( HClO3 ). O clorato de sodio, NaClO3, também pode ser usado para produzir dióxido de cloro, empregado para o branqueamento do papel, assim como para a obtenção de perclorato. Ácido perclórico ( HClO4 ). É um ácido oxidante empregado na indústria de explosivos. O perclorato de sodio , NaClO4, é usado como oxidante e na indústria téxtil e papeleira. Compostos de cloro como os clorofluorocarbonetos (CFCs) contribuem para a destruição da camada de ozônio. Alguns compostos orgânicos de cloro são empregados como pesticida, como, por exemplo, o hexaclorobenzeno ( HCB) , o para-diclorodifeniltricloroetano (DDT), o toxafeno e outros. Muitos compostos organoclorados criam problemas ambientais devido a sua toxidade como os pesticidas citados anteriormente, os difenilos policlorados (PCBs) e as dioxinas.
[editar] Abundância e obtenção
O cloro é encontrado na natureza combinado com outros elementos, principalmente na forma de cloreto de sódio, NaCl , e também em outros minerais como a silvina, KCl, ou na carnalita, KMgCl3·6H2O. É o halogênio mais abundante na água do mar com uma concentração de aproximadamente 18000 ppm. Na crosta terrestre está presente em menor quantidade, uns 130 ppm. É praticamente impossível encontra-lo sem estar combinado com outros elementos, devido a sua alta reatividade.
O cloro é obtido principalmente ( mais de 95% da produção ) a partir da eletrólise do cloreto de sódio, NaCl, em solução aquosa, denominado processo de cloro-álcali. São usados três métodos:
- Eletrólise com célula de amálgama de mercúrio.
- Eletrólise com célula de diafragma
- Eletrólise com célula de membrana.
[editar] Eletrólise com célula de amálgama de mercúrio:
Foi o primeiro método utilizado para produzir cloro em escala industrial.
Neste processo ocorrem perdas de mercúrio gerando problemas ambientais. Nas duas últimas décadas do Século XX o processo foi melhorado, embora ainda ocorra a perda de 1,3 gramas de mercúrio por tonelada de cloro produzida. Devido aos problemas ambientais este processo está sendo substituído pela eletrólise de célula de membrana que, atualmente , é responsável pelo suprimento de menos de 20% da produção mundial de cloro.
É empregado um cátodo de mercúrio e um ânodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. O cátodo está depositado no fundo de uma célula de eletrólise e o ânodo sobre este, a pouca distância. A célula é preenchida com cloreto de sódio e, com uma diferença de potencial adequada, se processa a eletrólise:
- 2Cl- - 2e- → Cl2
- Hg + 2Na+ + 2e- → NaHg
A seguir se procede a decomposição da amálgama formada para recuperar o mercúrio. A base sobre a qual está a amálgama é ligeiramente inclinada para escorrer a amálgama passando para uma torre onde , em presença da água, ocorrem as seguintes reações de oxidação e redução:
- H2O + 1e- → 1/2H2 + OH-
- NaHg - 1e- → Na+ + Hg
Desta forma o mercúrio é reutilizado. Como subproduto forma-se soda caústica ( NaOH ) pela combinação da hidroxila ( OH- ) e Na+ formado nos dois eletrodos:
- Na+ + OH- → NaOH
Deste modo se consegue a soda caústica (NaOH) muito concentrada e um cloro muito puro, porém consome-se mais energia do que em outros processos e existe o problema da contaminação com o mercúrio.
[editar] Eletrólise com célula de diafragma:
Este método é utilizado principalmente no Canadá e Estados Unidos.
Utiliza-se um cátodo perfurado de aço ou ferro e um ânodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. Ao cátodo se adere um diafragma poroso de fibras de asbesto misturado com outras fibras como por exemplo, o politetrafluoroetileno. Este diafragma separa o ânodo do cátodo evitando a recombinação dos gases formados.
O sistema é alimentado continuamente com salmoura que circula desde o ânodo até o cátodo. As reações que ocorrem são:
- 2Cl- - 2e- → Cl2 (no ânodo)
- H2 + 2e- → H2 (no cátodo)
Na dissolução permanece uma mistura de NaOH e NaCl. O NaCl é reutilizado e o NaOH é de interesse comercial.
Este método apresenta a vantagem de consumir menos energia que o utilizado na amálgama de mercúrio porém, o inconveniente é que o NaOH produzido é menos puro. Existe também o risco associado ao uso do asbesto.
[editar] Eletrólise com célula de membrana:
Este método é o que se pretetende implantar para a produção de cloro. Estima-se uma produção mundial de aproximadamente 30% deste elemento. Este método é similar ao método que se emprega na célula de diafragma. O diafragma é substituido por uma membrana sintética seletiva que deixa passar ions Na+, porém não permite a pasagem de íons OH- o Cl-.
O NaOH obtido é mais puro e mais concentrado que o obtido pelo método da célula de diafragama e, como este, consome menos energia que o método da amálgama de mercúrio, mesmo que a concentração de NaOH obtida seja menor, sendo necessário concentrá-lo. Por outro lado, o cloro obtido pelo método da amálgama de mercurio é mais puro.
[editar] Compostos
- Alguns cloretos metálicos são empregados como catalisadores como, por exemplo, FeCl2, FeCl3 e AlCl3.
- Ácido hipocloroso ( HClO ). Empregado na depuração de águas e alguns sais como agente alvejante.
- Ácido cloroso,HClO2. O sal de sódio correspondente, NaClO2, é usado para produzir dióxido de cloro, ClO2, usado como desinfetante.
- Ácido clórico ( HClO3 ). O clorato de sodio, NaClO3, também pode ser usado para produzir dióxido de cloro, empregado para o branqueamento do papel, assim como para a obtenção de perclorato.
- Ácido perclórico ( HClO4 ). É um ácido oxidante empregado na indústria de explosivos. O perclorato de sodio , NaClO4, é usado como oxidante e na indústria téxtil e papeleira.
- Compostos de cloro como os clorofluorocarbonetos (CFCs) contribuem para a destruição da camada de ozônio.
- Alguns compostos orgânicos de cloro são empregados como pesticida, como, por exemplo, o hexaclorobenzeno ( HCB) , o para-diclorodifeniltricloroetano (DDT), o toxafeno e outros.
- Muitos compostos organoclorados criam problemas ambientais devido a sua toxidade como os pesticidas citados anteriormente, os difenilos policlorados (PCBs) e as dioxinas.
[editar] Isótopos
Na natureza são encontrados dois isótopos estáveis do cloro. Um de massa 35 uma e outro de 37 uma, com uma proporção relativa de 3:1, respectivamente, o que determina uma massa atómica de 35,5 uma, aproximadamente.
O cloro tem nove isótopos com massa desde 32 até 40 uma. Somente três são encontrados na natureza: o 35Cl, estável, com uma abundância de 75,77%, o 37Cl, também estável com uma abundância de 24,23%, e o isótopo radioativo 36Cl. A relação do 36Cl com o Cl estável no ambiente é de aproximadamente 700 x 10-15 para 1.
O 36Cl é produzido na atmosfera a partir do 36Ar por interações com prótons dos raios cósmicos. No subsolo é gerado o 36Cl principalmente a partir de processos de captura de neutrons do 35Cl, ou por captura de muones do 40Ca. O 36Cl decai a 36S e a 36Ar, com uma vida média combinada de de 308.000 anos.
A vida média deste isótopo hidrofílico e não reativo é útil para a datação geológica no intervalo de 60.000 a 1 milhão de anos. Além disso, foram produzidos grandes quantidades de 36Cl pela irradiaação da água do mar durante as detonações atmosféricas de armas nucleares entre 1952 e 1958. O tempo de permanência do 36Cl na atmosfera é de aproximadamente 1 semana. Por isso, é um marcador para as águas superficiais e subterrâneas dos anos 50 e, também util para a datação de águas que contenham menos de 50 anos. O 36Cl e, também, empregado em outras áreas das ciências geológicas como na datação de gelo e sedimentos.
Isótopo | Abundância | Massa | Spín | Vida média | Decaimento |
32Cl | - | 31,9857 | 1 | 298 ms | ε |
33Cl | - | 32,9775 | 3/2 | 2,51 s | ε |
34Cl | - | 33,9738 | 0 | 1,53 s | ε |
35Cl | 75,77 | 34,9689 | 3/2 | - | - |
36Cl | - | 35,9683 | 2 | 301000 a | β- |
37Cl | 24,23 | 36,9659 | 3/2 | - | - |
38Cl | - | 37,9680 | 2 | 37,2 m | β- |
39Cl | - | 38,9680 | 3/2 | 55,6 m | β- |
40Cl | - | 39,9704 | 2 | 1,38 m | β- |
41Cl | - | 40,9707 | n.m. | 34 s | β- |
42Cl | - | 41,9732 | n.m. | 6,8 s | β- |
43Cl | - | 42,9742 | n.m. | 3,3 s | β- |
[editar] Precauções
O cloro provoca irritação no sistema respiratório, especialmente em crianças. No estado gasoso irrita as mucosas e no estado líquido queima a pele. Pode ser detectado no ar pelo seu odor a partir de 3,5 ppm, sendo mortal a partir de 1.000 ppm. Foi usado com arma química a partir da Primeira Guerra Mundial.
Uma exposição aguda a altas ( porém não letal ) concentrações de cloro pode provocar edema pulmonar, ou líquido nos pulmões. Uma exposição crônica abaixo do nível debilita os pulmões aumentando a suceptibilidade a outras enfermidades pulmonares.
Em muitos paises é fixado o limite de exposição no trabalho em 0,5 ppm ( média de 6 horas diárias, 40 horas semanais ).
[editar] Ligações externas
- WebElements.com - Chlorine
- EnvironmentalChemistry.com - Chlorine
- Los Alamos National Laboratory - Chlorine