ÀCID HIPOCLORÓS (HCLO): ESTRUCTURA, PROPIETATS, USOS, SÍNTESI - QUIMICA - 2025

L' àcid hipoclorós és un compost inorgànic la fórmula química és HClO. Correspon a el menys oxidat dels oxoàcids de el clor, ja que conté només un àtom d'oxigen. D'ell deriven l'anió hipoclorit, ClO ^-, i les seves sals, àmpliament utilitzades com a desinfectants comercials d'aigua.

L'HClO és l'agent oxidant i antimicrobià més fort dels que es generen quan el clor gasós es dissol en aigua. La seva acció antisèptica es coneix des de fa més d'un segle, fins i tot abans que es fessin servir les dissolucions de clor per netejar les ferides dels soldats a la Primera Guerra Mundial.

Molècula d'àcid hipoclorós representada per un model d'esferes i barres. Font: Ben Mills and Jynto

El seu descobriment de fet es remunta a l'any 1834, pel químic francès Antoine Jérôme Balard, qui va aconseguir l'oxidació parcial de el clor burbujeándolo en una suspensió aquosa d'òxid de mercuri, HgO. Des de llavors, s'ha vingut usant com a desinfectant i un agent antiviral.

Químicament parlant, el HClO és un agent oxidant que acaba cedint el seu àtom de clor a altres molècules; és a dir, amb ell pot sintetitzar compostos clorats, sent les cloroaminas de gran rellevància en el desenvolupament de nous antibiòtics.

A la dècada dels 70, es va descobrir que el cos és capaç de produir naturalment aquest àcid mitjançant l'acció de l'enzim mieloperoxidasa; enzim que actua sobre els peròxids i anions clorur durant la fagocitosi. Així doncs, d'el mateix organisme pot sorgir aquest "assassí" d'intrusos, però a una escala inofensiva per al seu propi benestar.

estructura

A la imatge superior es mostra l'estructura de l'HClO. Cal notar que la fórmula contradiu l'estructura: la molècula és HO-Cl i no H-Cl-O; però, se sol preferir aquesta última per poder comparar-se directament amb els seus homòlegs més oxidats: HClO ₂, HClO ₃ i HClO ₄.

Estructura química de l'àcid hipoclorós.

L'hidrogen àcid, H ⁺, alliberat pel HClO se situa en el grup OH enllaçat a l'àtom de clor. Cal notar més les notables diferències de longitud en els enllaços OH i Cl-O, sent aquest últim el més llarg a causa de el menor grau de solapament dels orbitals de el clor, més difusos, amb els de l'oxigen.

La molècula HOCl prou feines pot mantenir-se estable en condicions normals; no pot aïllar-se de les seves dissolucions aquoses sense desproporcionarse o alliberar-com clor gasós, Cl ₂.

Per tant, no hi ha vidres anhidres (ni tan sols hidrats dels mateixos) de l'àcid hipoclorós; i fins a la data, tampoc hi ha indicis que puguin preparar-se per mètodes extravagants. De poder cristal·litzar, les molècules de HClO interaccionarien unes amb les altres mitjançant els seus dipols permanents (orientades les càrregues negatives cap al oxigen).

propietats

acidesa

L'HClO és un àcid monopròtic; és a dir, només pot donar un H ⁺ a el medi aquós (que és on es forma):

HClO (ac) + H ₂ O ↔ ClO ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac) (pKa = 7,53)

D'aquesta equació d'equilibri s'observa que una disminució dels ions H ₃ O ⁺ (un augment de la basicitat de l'mig), afavoreix la formació de més anions hipoclorits, ClO ^-. En conseqüència, si es vol mantenir relativament estable una solució de ClO ^- cal que el pH sigui bàsic, la qual cosa s'aconsegueix amb NaOH.

La seva constant de dissociació, pKa, deixa dubte que el HClO és un àcid feble. Per tant, a l'manipular concentrat no hi hauria de preocupar tant pels ions H ₃ O ⁺, sinó pel HClO en si mateix (donada la seva alta reactivitat i no per la seva corrosivitat).

Agent oxidant

Es va fer esment que l'àtom de clor a l'HClO té un nombre d'oxidació de +1. Això vol dir que amb prou feines requereix el guany d'un sol electró per tornar al seu estat basal (Cl ⁰) i poder formar la molècula Cl ₂. En conseqüència, el HClO es reduirà a Cl ₂ i H ₂ O, oxidant a una altra espècie amb major rapidesa en comparació a el mateix Cl ₂ o ClO ^-:

2HClO (ac) + 2H ⁺ + 2e ^- ↔ Cl ₂ (g) + 2H ₂ O (l)

Ja aquesta reacció permet entreveure què tan estable és el HClO en les seves dissolucions aquoses.

El seu poder oxidant no només es mesura per la formació de Cl ₂, sinó també per la seva capacitat de cedir el seu àtom de clor. Per exemple, pot reaccionar amb espècies nitrogenades (entre elles l'amoníac i bases nitrogenades), per originar cloroaminas:

HClO + NH → N-Cl + H ₂ O

Cal notar que es trenca un enllaç NH, d'un grup amino (-NH ₂) majoritàriament, i se substitueix per un N-Cl. El mateix succeeix amb els enllaços OH dels grups hidroxil:

HClO + OH → O-Cl + H ₂ O

Aquestes reaccions són crucials i expliquen l'acció desinfectant i antibacteriana de l'HClO.

estabilitat

L'HClO és inestable gairebé per on se li miri. Per exemple, l'anió hipoclorit es desproporciona en espècies de clor amb nombres d'oxidació de -1 i +5, més estables que el de +1 al HClO (H ⁺ Cl ⁺ O ^2-):

3ClO ^- (ac) ↔ 2Cl ^- (ac) + ClO ₃ ^- (ac)

Aquesta reacció tornaria a desplaçar l'equilibri cap a la desaparició de l'HClO. Així mateix, el HClO participa directament en un equilibri paral·lel amb l'aigua i el gas clor:

Cl ₂ (g) + H ₂ O (l) ↔ HClO (ac) + H ⁺ (ac) + Cl ^- (aq)

És per això que intentar escalfar una dissolució de HClO per concentrar-(o aïllar) comporta a la producció de Cl ₂, el qual s'identifica per ser un gas de color groc. Així mateix, aquestes dissolucions no poden exposar-se a la llum per massa temps, ni a la presència d'òxids metàl·lics, ja que descomponen el Cl ₂ (desapareix encara més el HClO):

2Cl ₂ + 2H ₂ O → 4HCl + O ₂

El HCl reacciona amb l'HClO per generar més Cl ₂:

HClO + HCl → Cl ₂ + H ₂ O

I així successivament fins que no hi hagi més HClO.

síntesi

Aigua i clor

Ja s'ha explicat implícitament un dels mètodes per preparar o sintetitzar àcid hipoclorós: dissolent clor gasós en aigua. Un altre mètode bastant similar consisteix a dissoldre en aigua l'anhídrid d'aquest àcid: el monòxid de diclor, Cl ₂ O:

Cl ₂ O (g) + H ₂ O (l) ↔ 2HClO (ac)

Novament no hi ha com aïllar el HClO pur, doncs evaporar l'aigua desplaçaria l'equilibri a la formació de Cl ₂ O, gas que escaparia de l'aigua.

D'altra banda, s'ha aconseguit preparar dissolucions més concentrades de HClO (a l'20%) utilitzant l'òxid de mercuri, HgO. Per a això, es dissol el clor en un volum d'aigua just en el seu punt de congelació, de tal manera que s'obté un gel clorat. Després, aquest mateix gel s'agita, i mentre es fon, es barreja amb el HgO:

2Cl ₂ + HgO + 12H ₂ O → 2HClO + HgCl ₂ + 11H ₂ O

La dissolució de HClO a el 20% pot finalment destil·lar a el buit.

electròlisi

Un mètode més simple i segur per a preparar les dissolucions d'àcid hipoclorós consisteix a utilitzar les salmorres com a matèria primera en lloc de el clor. Les salmorres són riques en anions clorurs, Cl ^-, els quals mitjançant un procés d'electròlisi poden oxidar a Cl ₂:

2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^-

2Cl ^- ↔ 2e ^- + Cl ₂

Aquestes dues reaccions tenen lloc a l'ànode, on es produeix el clor que immediatament es dissol per originar HClO; mentre que en el compartiment de l'càtode, l'aigua es redueix:

2H ₂ O + 2e ^- → 2OH ^- + H ₂

D'aquesta manera es pot sintetitzar el HClO a escala comercial a industrial; i aquestes dissolucions obtingudes a partir de salmorres són, de fet, els productes disponibles al mercat d'aquest àcid.

usos

aspectes generals

El HClO pot utilitzar-se com un agent oxidant per oxidar alcohols a cetones, i per sintetitzar cloroaminas, cloroamidas, o clorhidrinas (partint dels alquens).

No obstant això, tots els seus altres usos poden englobar-se en una paraula: biocida. És un assassí de fongs, bacteris, virus, i un neutralitzador de les toxines alliberades pels agents patògens.

El sistema immune del nostre cos sintetitza el seu propi HClO per l'acció de l'enzim mieloperoxidasa, ajudant els glòbuls blancs a eradicar els intrusos que causen la infecció.

Infinitats d'estudis plantegen diversos mecanismes de l'acció de l'HClO sobre la matriu biològica. Aquest dóna el seu àtom de clor als grups aminos de certes proteïnes, i també s'oxida seus grups SH presents a ponts disulfurs SS, portant com a conseqüència la desnaturalització de les mateixes.

Així mateix, deté la replicació de l'ADN a l'reaccionar amb les bases nitrogenades, afecta la completa oxidació de la glucosa, ia més pot arribar a deformar la membrana cel·lular. Totes aquestes accions acaben provocant la mort als gèrmens.

Desinfecció i neteja

És per això que les dissolucions de HClO acaben sent utilitzades per:

-Tractament de ferides infeccioses i gangrenes

-Desinfectar subministraments d'aigua

-Agent esterilitzant de material quirúrgic, o eines emprades en veterinària, medicina i odontologia

-Desinfectante de qualsevol tipus de superfície o objecte en general: barres, passamans, màquines de cafè, ceràmiques, taules de vidre, fondes de laboratori, etc.

-Sintetitzar cloroaminas que serveixin com antibiòtics menys agressius, però alhora més duradors, específics i estables que el mateix HClO

Riscos

Les dissolucions de HClO poden ser perilloses si estan molt concentrades, ja que poden reaccionar violentament amb espècies propenses a oxidar-se. A més, tendeixen a alliberar clor gasós a l'desestabilitzar-, de manera que han de ser emmagatzemades sota un rigorós protocol de seguretat.

L'HClO és tan reactiu cap als gèrmens, que on es rega desapareix a l'acte, sense representar un risc després per als que toquen les superfícies tractades per ell. Igual succeeix a l'interior de l'organisme: es descompon aviat, o és neutralitzat per qualsevol mena de l'entorn biològic.

A l'generar-el mateix organisme, és presumible que aquest pot tolerar baixes concentracions de HClO. Tanmateix, si està molt concentrat (utilitzat per a fins sintètics i no desinfectants) pot comportar efectes indesitjables a l'atacar també a les cèl·lules sanes (de la pell, per exemple).

referències

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
2. Gottardi, W., Debabov, D., & Nagl, M. (2013). N-chloramines, a promising class of well-tolerated topical anti-infectives. Antimicrobial agents and chemotherapy, 57 (3), 1107-1114. doi: 10.1128 / AAC.02132-12
3. By Jeffrey Williams, Eric Rasmussen & Lori Robins. (06 de octubre del 2017). Hypochlorous Acid: Harnessing an innate Response. Recuperat de: infectioncontrol.tips
4. Hydro Instruments. (Sf). Basic Chemistry of Chlorination. Recuperat de: hydroinstruments.com
5. Wikipedia. (2019). Hypochlorous acid. Recuperat de: en.wikipedia.org
6. Serhan Sakarya et al. (2014). Hypochlorous Acid: An Ideal Wound Care Agent With Powerful Microbicidal, Antibiofilm, and Wound Healing Potency. HMP Wounds. Recuperat de: woundsresearch.com
7. PrebChem. (2016). Preparation of hypochlorous acid. Recuperat de: prepchem.com