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Neste artigo vamos conhecer melhor sobre o cloro: suas propriedades físicas e químicas, além das formas que podem ser encontradas e mecanismo de ação.
O que é o cloro?
O cloro foi descoberto em 1774 pelo sueco Carl Wilhelm Scheele, acreditando que se tratava de um composto contendo oxigênio. Foi obtido a partir da seguinte reação:
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O
O cloro é um dos elementos químicos da família de halogênios, de número atômico 17 e massa atômica 35,457 u. Na sua forma elementar é um gás esverdeado que pode ser facilmente comprimido em um líquido de cor âmbar que solidifica à pressão atmosférica à temperatura de -102°C.
O cloro é produzido comercialmente pela eletrólise da salmoura, produzindo simultaneamente hidróxido de sódio e hidrogênio.
Esquema de processo de eletrólise da salmoura e reação global
1- Propriedades físicas:
- Ponto de ebulição (1 atm): -34°C
- Ponto de Fusão (1 atm): -102°C
- Temperatura Crítica: 143,5 °C
- Pressão Crítica: 76,05 atm
- Densidade Absoluta: 2,5 a 20°C
Disperso na atmosfera, o odor de cloro já é perceptível à concentração de 0,003L de cloro em 1m3 de ar. A concentração de 0,015 L/m3 causa a irritação das mucosas à 0,003 L/m3 causa a tosse e torna-se fatal, matando instantaneamente à concentração de 1L/m3.
2- Propriedades químicas:
O cloro, tanto líquido quanto gasoso, na ausência da umidade não ataca os metais ferrosos, podendo ser armazenado com segurança em cilindros de aço. Porém, a umidade o torna extremamente corrosivo. Resistem à solução aquosa os seguintes materiais: PVC, polietileno, teflon e alguns tipos de borrachas.
Em solução aquosa, o cloro é absorvido por alguns compostos alcalinos.
1kg de cloro combina com:
- 1,10 kg de cal hidratada comercial
- 0,83 kg de cal virgem
- 2,99 kg de barrilha
Agora que você conheceu um pouco sobre o cloro, vamos conhecer as formas encontradas:
Cloro Livre
Quando o cloro é adicionado à água ocorre a seguinte reação:
Cl2 + H2O ↔ HCl + HOCl
ácido clorídrico + ácido hipocloroso
Em temperatura normal esta reação é completada em poucos segundos, sendo que em pH acima de 4,0 o equilíbrio se desloca para a direita, e pouco cloro existe.
O ácido hipocloroso (HOCl), sofre ionização originando cátion hidrogênio (H+) e ânion hipoclorito (OCl–) em uma reação reversível cujo grau de ionização varia em função do pH e da temperatura.
HOCl ↔ H+ + OCl–
cátion hidrogênio + ânion hipoclorito
O cloro existente na forma de ácido hipocloroso e de ânion hipoclorito é definido como cloro livre.
Distribuição do ácido hipocloroso e íon hipoclorito na água para vários valores de pH e temperatura
Cloro residual
O resíduo de cloro que permanece na água após o tempo necessário para a sua atuação é denominado de cloro residual. Este resíduo é muito importante pois assegura a eliminação de todos os organismos patogênicos, além de prevenir futuras contaminações durante a distribuição da água tratada.
A portaria 2914 de 12 de dezembro de 2011 do Ministério da Saúde, hoje portaria de consolidação no 5 recomenda uma concentração mínima de 0,2 mg/L de cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuição.
A diferença entre o teor de cloro aplicado e o de residual de cloro indica a quantidade de cloro consumido durante a desinfecção, e é denominado de demanda de cloro.
Cloro combinado
O cloro na forma de ácido hipocloroso combina-se com a amônia ou com o íon amônio presentes na água, formando cloraminas ou cloro combinado.
NH4+ + HOCl ↔ H2O + H+ +NH2Cl (monocloramina)
NH2Cl + HOCl ↔ H2O + NHCl2 (dicloramina)
NHCl2 + HOCl ↔ H2O + NCl3 (tricloreto de nitrogênio)
A concentração de cada uma destas formas de cloro combinado depende principalmente do pH do meio.
- Monocloraminas predominam em pH > 8,5;
- Monocloraminas e diclorominas coexistem em proporções variadas na faixa de pH 4,5 a 8,5. À medida que o pH se reduz, aumenta a concentração de dicloraminas;
- Em pH (4,5 virtualmente toda cloramina se encontra na forma de tricloreto de nitrogênio).
Mecanismo da desinfecção
Experiências comprovaram que pequenas concentrações de ácido hipocloroso destroem as bactérias. Formulou-se então a hipótese de que o HOCl atravessaria a membrana celular dos microorganismos e provocaria a oxidação ou simples inibição das enzimas responsáveis pelo seu processo respiratório.
O fato de que os vírus são mais resistentes à atuação do cloro reforça esta teoria como são seres desprovidos de enzimas, a sua destruição só é possível pela oxidação de toda sua matéria protéica.
O ânion hipoclorito apresenta menor desinfetante, isto seria explicado pela sua dificuldade em atravessar a parede celular em função da carga iônica negativa que possui.
A ação desinfetante do cloro combinado pode ser explicada pela reversibilidade da reação de formação das próprias cloraminas:
NCl3 + H2O → NHCl2 + HOCl
NHCl2 + H2O → NHCl2 + HOCl
NH2Cl + H2O NH3 + HOCl
Assim, as cloraminas atuam como fonte de ácido hipocloroso frente a qualquer substância oxidável.
As dicloraminas são mais eficazes como desinfetante do que o cloro livre.
Para um determinado tempo de contato, a um pH 8,5 – onde mais de 85% do cloro se encontra na forma de ânion hipoclorito – a dosagem de cloro combinado deve ser pelo menos 25 vezes maior do que o cloro livre, para a mesma ação desinfetante.
A desinfecção é uma das etapas mais importantes no tratamento de água e o processo mais aplicado em todo mundo ainda hoje é o que emprega cloro.
Quer saber quais são as outras etapas do processo de tratamento de água? Confira no nosso AcquaBlog.