Clorato de sodio

clorato de sodio es un compuesto inorgánico con la fórmula química NaClO3. Es un polvo cristalino blanco fácilmente soluble en agua. Es higroscópico. Se descompone por encima de 300 °C para liberar oxígeno y deja cloruro de sodio. Se producen varios cientos de millones de toneladas anualmente, principalmente para aplicaciones en el blanqueo de pulpa para producir papel de alto brillo.

Síntesis

Industrialmente, el clorato de sodio se produce mediante la electrólisis de soluciones concentradas de cloruro de sodio. Todos los demás procesos están obsoletos. El proceso de clorato de sodio no debe confundirse con el proceso de cloro-álcali, que es un proceso industrial para la producción electrolítica de hidróxido de sodio y cloro gaseoso.

La reacción general se puede simplificar a la ecuación:

Primero, el cloruro se oxida para formar hipoclorito intermedio, ClO^-, que sufre una oxidación adicional a clorato a lo largo de dos rutas de reacción en competencia: (1) Formación de clorato anódico en la capa límite entre el electrolito y el ánodo, y (2) Autooxidación del hipoclorito en el electrolito a granel.

Bajo la electrólisis, se forman hidrógeno e hidróxido de sodio en el cátodo y los iones de cloruro se descargan en el ánodo (a menudo se utiliza un electrodo de óxido metálico mixto). El cloro desprendido no se escapa en forma de gas, sino que sufre hidrólisis:

La hidrólisis del cloro se considera rápida. La formación de iones H+ debería volver la capa límite en el ánodo fuertemente ácida y esto se observa con bajas concentraciones de cloruro. Sin embargo, las grandes concentraciones de cloruro, como se producen en las celdas industriales de clorato, desplazan el equilibrio de hidrólisis hacia la izquierda. En la capa límite, la concentración de H⁺ no es lo suficientemente alta como para permitir la difusión en el electrolito en masa. Por lo tanto, el hidrógeno se transporta fuera del ánodo principalmente como ácido hipocloroso en lugar de H+. El ácido hipocloroso se disocia en el electrolito a granel donde el pH es alto y el ion hipoclorito se difunde de regreso al ánodo. Más de dos tercios del hipoclorito se consumen en el buffer antes de llegar al ánodo. El resto se descarga en el ánodo para formar clorato y oxígeno:

La autooxidación del ácido hipocloroso en el electrolito a granel se produce según la ecuación general simplificada:

Va precedido de la disociación de una parte del ácido hipocloroso implicado:

La reacción requiere una cierta distancia desde el ánodo para ocurrir en un grado significativo, donde el electrolito esté suficientemente amortiguado por el hidroxilo formado en el cátodo. Luego, el hipoclorito reacciona con el resto del ácido:

Además de la distancia del ánodo, la autooxidación también depende de la temperatura y el pH. Una celda típica funciona a temperaturas entre 80 °C y 90 °C y a un pH de 6,1 a 6,4.

Independientemente de la ruta de reacción, se requiere la descarga de 6 mol de cloruro para producir 1 mol de clorato. Sin embargo, la ruta de oxidación anódica requiere un 50% de energía eléctrica adicional. Por ello, las células industriales están optimizadas para favorecer la autooxidación. La formación de clorato en el ánodo se trata como una reacción de pérdida y se minimiza por diseño.

Otras reacciones de pérdida también disminuyen la eficiencia actual y deben suprimirse en los sistemas industriales. La principal pérdida se produce por la reducción inversa del hipoclorito en el cátodo. La reacción se suprime mediante la adición de una pequeña cantidad de dicromato (1 a 5 g/l) al electrolito. Por deposición catódica se forma una película porosa de hidróxido de cromo. La película impide la difusión de aniones al cátodo, mientras que se facilita el acceso de cationes y su reducción. La película deja de crecer por sí sola después de alcanzar cierto espesor.

Usos

El principal uso comercial del clorato de sodio es para producir dióxido de cloro (ClO₂). La mayor aplicación del ClO₂, que representa aproximadamente el 95% del uso de clorato, es el blanqueo de pulpa. Todos los demás cloratos menos importantes se derivan del clorato de sodio, normalmente mediante metátesis de la sal con el cloruro correspondiente. Todos los compuestos de perclorato se producen industrialmente mediante la oxidación de soluciones de clorato de sodio mediante electrólisis.

Herbicidas

El clorato de sodio se utiliza como herbicida no selectivo. Se considera fitotóxico para todas las partes verdes de las plantas. También puede matar por absorción de las raíces.

El clorato de sodio se puede utilizar para controlar una variedad de plantas, incluidas la campanilla, el cardo canadiense, la hierba Johnson, el bambú, la hierba cana y la hierba de San Juan. El herbicida se utiliza principalmente en tierras no cultivadas para tratamientos localizados y para el control total de la vegetación en áreas que incluyen bordes de caminos, cercas y zanjas. El clorato de sodio también se utiliza como defoliante y desecante para:

Si se usa en combinación con atrazina, aumenta la persistencia del efecto. Si se utiliza en combinación con 2,4-D, se mejora el rendimiento. El clorato de sodio tiene un efecto esterilizante del suelo. Es posible mezclarlos con otros herbicidas en solución acuosa hasta cierto punto, siempre que no sean susceptibles a la oxidación.

La venta de clorato de sodio como herbicida fue prohibida en la Unión Europea en 2009, alegando peligros para la salud, y las existencias existentes se utilizarán durante el año siguiente.

Generación química de oxígeno

Los generadores de oxígeno químico, como los de los aviones comerciales, proporcionan oxígeno de emergencia a los pasajeros para protegerlos de caídas de presión en la cabina. El oxígeno se genera mediante la descomposición a alta temperatura del clorato de sodio:

El calor necesario para iniciar esta reacción se genera mediante la oxidación de una pequeña cantidad de polvo de hierro mezclado con clorato de sodio, y la reacción consume menos oxígeno del que se produce. El peróxido de bario (BaO2) se utiliza para absorber el cloro, que es un producto menor en la descomposición. Una carga de encendedor se activa tirando de la máscara de emergencia. De manera similar, el sistema de soldadura Solidox utilizó pellets de clorato de sodio mezclados con fibras combustibles para generar oxígeno.

Combustión sin oxígeno

El clorato de sodio se puede mezclar con azúcar sacarosa para producir un combustible altamente energético, similar al de la pólvora, que arde en espacios herméticos. Esta es la reacción:

Sin embargo, este clorato de sodio se reemplaza principalmente por clorato de potasio.

Síntesis orgánica

El clorato de sodio se puede utilizar con ácido clorhídrico (o también con ácido sulfúrico y cloruro de sodio, cuya reacción genera HCl) para clorar compuestos aromáticos sin el uso de disolventes orgánicos. En este caso su función es oxidar el HCl para obtener HOCl o Cl₂ (dependiendo del pH) in situ que son los agentes clorantes activos.

Toxicidad en humanos

El clorato de sodio es tóxico: "dosis de unos pocos gramos de clorato son letales". (ld50 oral en ratas 1200 mg/kg) El efecto oxidativo sobre la hemoglobina conduce a la formación de metahemoglobina, seguida de la desnaturalización de la proteína globina y un entrecruzamiento de las proteínas de la membrana de los eritrocitos con el daño resultante a las enzimas de la membrana. Esto conduce a una mayor permeabilidad de la membrana y a una hemólisis grave. La desnaturalización de la hemoglobina supera la capacidad de la vía metabólica de la G6PD. Además, esta enzima es desnaturalizada directamente por el clorato.

Resultados de hemólisis aguda grave, con insuficiencia multiorgánica, incluida CID e insuficiencia renal. Además existe una toxicidad directa para el túbulo renal proximal. El tratamiento consistirá en exanguinotransfusión, diálisis peritoneal o hemodiálisis.

Formulaciones

El clorato de sodio viene en formulaciones en polvo, en aerosol y en gránulos. Las mezclas de cloratos y compuestos orgánicos suponen un grave riesgo de explosión

Las formulaciones comercializadas contienen un retardante de fuego. La mayoría de los herbicidas con clorato disponibles comercialmente contienen aproximadamente un 53 % de clorato de sodio y el resto es un agente depresor del fuego, como el metaborato de sodio o los fosfatos de amonio.

Nombres comerciales

El clorato de sodio es el ingrediente activo de una variedad de herbicidas comerciales. Algunos nombres comerciales de productos que contienen clorato de sodio incluyen Atlacide, Defol, De-Fol-Ate, Drop-Leaf, Fall, Harvest-Aid, Kusatol, Leafex y Tumbleaf. El compuesto se puede utilizar en combinación con otros herbicidas como atrazina, 2,4-D, bromacilo, diurón y metaborato de sodio.

El clorato de sodio fue un herbicida ampliamente utilizado en la UE, hasta 2009, cuando fue retirado después de una decisión tomada según los términos de las regulaciones de la UE. Su uso como herbicida fuera de la UE no se ve afectado, al igual que su uso en otras aplicaciones no herbicidas, como en la producción de biocidas de dióxido de cloro y para el blanqueo de pulpa y papel.

Referencias culturales

El historiador James Watson de la Universidad Massey en Nueva Zelanda escribió un artículo ampliamente difundido, "La importancia de los pantalones explosivos del Sr. Richard Buckley" sobre accidentes con clorato de sodio cuando se usó como herbicida para controlar la hierba cana en la década de 1930. Esto le valió más tarde el Premio Ig Nobel en 2005 y fue la base para la campaña "Exploding Pants" de mayo de 2006. episodio de Cazadores de mitos.