Química
Ácido Hipocloroso
Nombre IUPAC : Ácido hipocloroso, Ácido clórico(l), Cloranol, Clorato de Hidrógeno
Otros nombres : Hipoclorito de hidrógeno, hidróxido de cloro, agua electrolizada, agua electrolizada en oxidación, agua electro-activada
Número CAS : 7790-92-3
Masa Molar : 52.46 g/mol
Fórmula 1 : HOCl
Apariencia : Solución acuosa incolora
Solubilidad en agua : Soluble
Acidez : 7.53
Electrólisis
En química y manufacturación, la electrólisis es una técnica que usa una corriente directa (DC) para producir una reacción química no espontanea. La electrólisis es comercialmente importante como una étapa en la separación de elementos de fuentes naturales. La electrólisis del cloruro de sodio (NaCl) y el agua (H2O) puede usarse para generar ácido hipocloroso. La electrólisis fue explicada por primera vez por Michael Farraday, cuando desarrolló las Leyes de la Electrólisis en los años 30. Conducir una corriente eléctrica a través de dos electrodos en una solución de salmuera, puede producir gas de cloro. hipoclorito de sodio (lejía oo NaOCI), ácido hipocloroso, hidróxido de sodio, gas hidrógeno, ozono y rastros de otros oxidantes.
El proceso clave de la electrólisis es el intercambio de átomos e íones, mediante la sustracción o adición de electrones de la órbita externa. Un potencial eléctrico es aplicado a través de un par de electrones inmersos en el electrolito. Cada electrodo atrae íones de carga opuesta. Los iones de carga positiva (cationes) se mueven hacia el cátodo (negativo) productor de electrones. Los iones de carga negativa (aniones) se mueven hacia el ánodo extractor de electrones. En química, la perdida de electrones es llamada oxidación, mientras que al hecho de ganar electrones se le llama reducción.
Por ejemplo, el primer paso en la producción de ácido hipocloroso es la electrólisis de una solución de salmuera para producir hidrógeno y cloro, ambas sustancias en estado gaseoso. Estos productos gaseosos surjen del electrolito y son recolectados.
2 NaCl(s) + 2 H20(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g)
Técnología de Membrana Celular
La membrana encargada de intercambiar iones está hecha de un polímero que solo permite el paso de iones positivos. Eso significa que solo los iones de sodio de la solución pueden pasar a través de la membrana, mientras que los iones de cloro no. La ventaja de esto es que la solución de hidróxido de sodio formada en el compartimento derecho no es contaminada por la solución de cloruro de sodio. El cloruro de sodio usado debe ser puro. Ya que de contener otros iones metálicos, estos pasarían a través de la membrana, contaminando la solución de hidróxido de sodio.
El hidrógeno es producido en el cátodo :
2H+(aq) + 2e- → H2(g)
El hidróxido de sodio es producido en el cátodo :
Na+(aq) + OH-(aq) → NaOH(aq)
El cloro es producido en el ánodo :
2Cl-(aq) - 2e- → Cl2(g)
Es contaminado con algo de oxígeno debido a la reacción :
4OH-(aq) - 4e- → 2H2O(l) + O2(g)
La adición de cloro al agua produce ácido clorhídrico (HCl) y ácido hipocloroso (HOCl). :
Cl2(g) + H2O ⇌ HOCl(aq) + HCl(aq)
Cl2(g) + 4 OH− ⇌ 2 ClO-(aq) + 2 H2O(l) + 2 e−
Cl2(g) + 2 e− ⇌ 2 Cl-(aq)
El pH indica las especies de cloro libre presentes en una solución acuosa. En un pH de 5-6, las especies de cloro son en casi un 100% ácido hipocloroso (HOCl). Cuando el pH desciende a menos de 5, se empieza a convertir en Cl2 (gas cloro). Por sobre un nivel de pH de 6, se empieza a convertir en un ion de hipoclorito (OCl-).
El ácido hipocloroso es un ácido debil (pKa de alrededor de 7.5) por lo que se disocia ligeramente en : HOCl ⇌ H+ + OCl-
En un pH de 6.5 y 8.5, esta disociación está incompleta y las especies de HOCl y OCl- están ambas presentes. Con un pH inferior a 6.5 no ocurre ninguna disociación de HOCl, mientras que con un pH superior a 8.5 ocurre una disociación completa de OCl-
Aunque los efectos germinicidas del HOCl son mucho mayores que los del OCl-, la cloración es preferida a un niver de pH bajo. La eficiencia germicida del ácido hipocloroso (HOCl) es mucho mayor que la del ion hipoclorito (OCl-) La distribución de especies de cloro entre el HOCl y el OCl- es determinada por el pH, como ya se ha mencionado.
Debido a que el HOCl domina un bajo pH, la cloración provee una mejor desinfección con un pH bajo. Con un pH alto, el OCl- domina la sustancia, lo que causa una reducción en la eficiencia de desinfección.
Inactivación Bacteriana
El cloro es un desinfectante extremadamente efectivo contra bacterias inactivadas. Un estudio conducido durante los años 40 investigó los niveles de inactivación en función del tiempo para las bacterias E. Coli, Pseudomonas Aeruginosa, Salmonella Typhi y Shigella Dysenteriae. (Butterfield et al., 1943). Los resultados del estudio indicaron que el HOCl es más efectivo que el OCl- en la inactivación de estas bacterias. Estos estudios han sido confirmados por investigadores que conluyeron que el HOCl es de 70 a 80 veces más efectivo que el OCl- en la inactivación de bacterias. (Culp/Wesner/Culp, 1986). Desde 1986, se han hecho cientos de publicaciones confirmando la superioridad del HOCl sobre el OCl- (visitar base de datos ).
El mayor desafío ha sido crear un ácido hipocloroso a un nivel de pH casi neutral, en vez de gas cloro o hidroclorito y hacerlo de forma estable. El ácido hipocloroso es una molécula metaestable. La molécula quiere revertirse a agua salada o convertirse en hipoclorito.
Técnología Unicelular
Uno de los mayores avances ha sido el desarrollo de la tecnología unicelular, donde una corriente unica de cloro libre es generada sin producir en consecuencia hidróxido de sodio (NaOH) Esta tecnología ha conducido al desarrollo de soluciones más estables de ácido hipocloroso y ha permitido un mejor control en el pH del cloro libre generado. Debido a que el pH del agua es diferente dependiendo de su orígen en el mundo alterar el pH de la salmuera permite un mayor control y una mejor consistencia al generar una solución de cloro libre con un pH de entre 5 y 7 que es dominada por ácido hipocloroso (HOCl).
Reacción Anodica :
2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Reacción Catodica :
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH- (aq)
Generación de Cloro Libre :
Cl2 (g) + H2O → HOCl + HCl
Cl2 (g) + 2OH-(aq) → OCl- (aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
