Introducción. 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. 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. 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 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.
Objetivos. Obtener cloro gaseaso para yevar acabo diversas reacciones
Cuestionario. Cuestionario previo. Los valores de potencial estándar de reducción (en medio ácido) para algunos de los pares rédox del cloro son: -
E° Cl2/ Cl = 1.36 V E° HClO/Cl2 = 1.63 Cl-
1.36
Cl
1.63 E°/(V)
Cl
HCLO
Colocando a estos pares rédox sobre una escala de potencial escribe la reacción que puede llevarse a cabo y balancéala tanto en medio ácido como en medio básico. Medio ácido: Cl + H2O Cl- +1e Cl0+Cl-+H2O
HClO +H+ +1e Cl 2Cl+HClO +H
Medio Básico Cl + OH 2HClO +H2O +1e Cl +1e Cl No se puede balancear por medio básico debido a que la reacciones esta en medio ácido solamente. Considerando a estas reacciones como equilibrios, se aplicó la ley de acción de masas para predecir lo que sucede al aumentar la acidez del medio y lo que sucede al aumentar la basicidad del mismo. Procedimiento experimental para la obtención del Cl2 La producción de cloro se llevó a cabo realizando en medio ácido la reacción anterior en la jeringa, siguiendo el método de Mattson descrito previamente. Si se utiliza 1 mL de HCl 6M (o 0.5 mL de HCl conc.) y 3 mL de solución de hipoclorito de sodio comercial, se obtienen 55 mL de cloro. En este caso el reactivo que se colocó en la charolita transportadora un líquido (1 mL HCl 6 M), y ya desalojada el agua, se succionan los 3 mL de hipoclorito. Cuando se produjo el cloro el émbolo se movió, pero se jaló un poco manualmente para ayudarlo. Procedimiento para el lavado del cloro gaseoso. Para algunos experimentos era necesario lavar el gas (Cl2) de la jeringa, para quitarle trazas de sustancias químicas no deseadas de la superficie interna de la jeringa, antes que los gases se usaran en otro experimento. Para hacer esto, con el cloro se succionó 5 mL de agua destilada con la jeringa, sin descargar ningún gas, se tapó la jeringa y se agitó suavemente el agua para disolver los contaminantes en el interior de la jeringa. Se quitó el tapón y se descargo el agua en el tanque de neutralización pero no los gases. Experimento 1.Se colocó 5 mL de NaOH 3 M en un recipiente pequeño. Se generó una jeringa llena de cloro (no fue necesario lavarlo para este experimento). Se succionó la solución de NaOH 3 M con la jeringa que contiene cloro e inmediatamente se tapó la jeringa con el tapón de latex. Se agitó vigorosamente la jeringa para mezclar las sustancias químicas, el émbolo de la jeringa fue empujado hacia adentro conforme reaccionaba el cloro.
La reacción química que se llevó a cabo: 2 NaOH + Cl2
NaClO + NaCl + H2O
Experimento 2 Dismutación (o desproporción) del cloro en agua
Se colocaron 50 mL de agua destilada en una botella o matraz pequeño. Se generó una jeringa de Cl2 y se burbujeo lentamente 10 mL de cloro en el agua y utilizando un pH metro, se tomó nota del cambio en el pH. Se añadió unas gotas de nitrato de plata. ¿Cuál es el origen del cambio en el pH? Si hay evidencia de reacción al añadir AgNO 3, +
¿Cuál es la especie que reacciona con Ag ?. Completa y balancea la siguiente reacción Cl2(aq) + H2O 2HCl +O2 De acuerdo con lo anterior: ¿En qué medio (ácido o básico) se favorece la dismutación del cloro elemental? Medio acido si favorece debido a que el cloro se va convirtiendo en acido clorhídrico Experimento 3. Propiedad decolorante El cloro decolora los colorantes naturales de los jugos de frutas. Se preparo una jeringa de cloro, y se lavo. Se coloco en un vaso pequeño de plástico 5 mL de cada uno de los jugos de uva. Se conecto a la jeringa de cloro un tubo de hule con una pipeta Pasteur para descargar 10 o 15 mL en uno de los viales con jugo. Se hizo también un vaso de control para comparar.
Experimento 4.- Poder oxidante relativo de los halógenos Material: 2 tubos de ensayo pequeños con tapón de corchon 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. Cl2(g) + 2 Br
2BrCl
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: Cl2(g) + 2 I
2ICl
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. 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.
Equipo: Tubo de ensayo pequeño con tapón Tubo latex de 15 cm de longitud Pipeta Pasteur de vidrio Mechero Bunsen Cerillos 60 mL de cloro gaseoso Un trocito de sodio de 2 a 3 mm de diámetro. 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. En la raccion se produce una capa muy fina en la superficie del permanganato de sodio
Deja que la reacción se enfríe. La mezcla de reacción puede contener Na metálico sin reaccionar, para destruirlo llena la mitad del tubo de ensayo con etanol. Ya que cese el burbujeo (casi 15 minutos) puedes arrojar la solución a la tarja y agregar mucha agua
Bibliografía:
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/10_Cloro_16433.pdf consultada 5 de noviembre20011 15:30
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química
Obtención y caracterización de cloro elemental
Yolanda J. Castells
Salvador Ramírez Luis
Grupo: 20 Gaveta: 5 Practica: 10
