Il cloro fu scoperto nel 1774 da Carl Wilhelm Scheele e in seguito chiamato cloro da Humphry Davy,
che insistette sul fatto che si trattasse a tutti gli effetti di un elemento. L'elemento chimico puro si
presenta sotto forma di un gas verde diatomico.
Il nome cloro è deriva da “chloros”, che significa verde, riferendosi al colore del gas. Nella tavola
periodica ha numero atomico 17 e simbolo Cl, ed è situato nel gruppo degli alogeni.
Il cloro è due volte e mezzo più pesante dell'aria, ha un odore soffocante ed è molto velenoso. È un
potente agente ossidante, sbiancante e disinfettante. Sotto forma di anione cloruro Cl- è un
componente del comune sale da cucina (o cloruro di sodio) e di molti altri composti, è molto
abbondante in natura e necessario a quasi tutte le forme di vita, compreso l'organismo umano (il
sangue umano contiene infatti una discreta quantità di anione cloruro).
Il cloro è inoltre ampiamente usato nella fabbricazione di molti articoli per tutti i giorni. È usato per
uccidere i batteri ed altri microbi dai rifornimenti
idrici. Anche i piccoli rifornimenti idrici ora sono
clorurati ordinariamente. Inoltre è ampiamente
usato nella produzione di prodotti cartacei,
antisettici, coloranti, alimento, insetticidi, vernici,
prodotti petroliferi, plastica, medicine, tessuti,
solventi ed in molti altri prodotti di consumo.
L'utilizzo della chimica in campo
militare fu una delle principali cause
dell'alto tasso di mortalità verificatosi
nei campi di battaglia della Grande
Guerra. Così come per le altre novità
del tempo, anche la ricerca scientifica
nel campo della chimica aveva fatto
passi da gigante tanto che in alcuni Paesi fu uno dei settori più incisivi durante la Seconda
Rivoluzione Industriale (come ad esempio in Germania). Le sperimentazioni e le combinazioni di
alcuni elementi portarono da un lato a dei grandi vantaggi nella vita di tutti i giorni ma anche alla
nascita di sostanze nocive per la salute dell'uomo. A questo proposito, all'inizio del XX secolo alcuni
eserciti iniziarono a considerare l'utilizzo della chimica anche per ottenere un indiscutibile vantaggio
in una guerra contro un avversario privo delle dovute precauzioni.
Nel periodo della Grande Guerra il cloro fu il primo e il più semplice gas tossico sperimentato in un
conflitto. Aggredisce le prime vie respiratorie (non raggiunge gli alveoli polmonari), causando
un'immediata
irritazione,
con
sensazione
di
soffocamento. In seguito vennero utilizzati altri due gas:
il fosgene e l'yprite. Il primo venne inventato nel 1812
da un chimico inglese, John Davy, che lo utilizzò
inizialmente per la colorazione chimica dei tessuti. Si
trattava di un composto formato da cloro e fosforo che
se respirato poteva provocare la morte in quanto
andava ad attaccare le vie respiratorie. Il secondo invece fu scoperto mezzo secolo più tardi da un
altro chimico inglese, Samuel Guthrie, che mescolò il cloro e lo zolfo. Chiamato anche "gasmostarda" per il suo odore simile alla senape, l'yprite colpiva direttamente la cute creando delle
vesciche su tutto il corpo e, se respirato, distruggeva l'apparato respiratorio.
Il 21 agosto 2013 i militari fedeli al
presidente
siriano
Bashar
al
Assad
bombardarono diversi quartieri orientali di
Damasco, che si trovavano sotto il
controllo dei ribelli. Secondo le opposizioni
siriane, l’esercito lanciò anche missili
contenenti agenti chimici tossici, tra cui il
cloro. Il cloro è una sostanza molto comune nell’industria chimica e non venne esplicitamente
vietato dalla Convezione sulle Armi Chimiche, che il governo siriano firmò l’anno precedente. Lo
stesso trattato, comunque, stabiliva il divieto di usare qualsiasi sostanza chimica come arma – una
disposizione estendibile quindi anche per il cloro.
Il governo siriano ha smentito di avere fatto uso di
sostanze chimiche durante il bombardamento. Ma il 17
aprile 2015 grazie ad un video, che mostrava immagini
spaventose, si è potuto risalire a chi fu il responsabile
dell'attacco, infatti per gli Stati Uniti il gas cloro fu lanciato
da elicotteri e solo il regime di Assad, dicono, dispone di
elicotteri. All'Onu giurano che i responsabili saranno puniti, ma il Consiglio è diviso: la Russia
sostiene che non ci sono prove contro il presidente padrone della Siria.
George Sabra, presidente della Coalizione Nazionale Siriana – gruppo di opposizione riconosciuto e
sostenuto dall’Occidente - ha detto che le persone uccise nei bombardamenti sono almeno 1300.
Le informazioni sulla tossicità del cloro e della maggior parte dei suoi composti sono piuttosto
scarse, in particolare se riferite all’uomo: gli esperimenti di laboratorio in genere vengono effettuati
su un piccolo numero di cavie, a dosi elevate e valutano la tossicità a breve e medio termine. E’
quindi difficile prevedere l’impatto che queste sostanze avranno fra mezzo secolo ed oltre.
Le ricerche condotte negli anni 1980-‘90 hanno portato a risultati allarmanti, dimostrando un
impatto negativo sulla salute pubblica ed, in particolare, sulla salute dei
lavoratori impiegati nei cicli produttivi dell’industria del cloro.
Nonostante gli effetti dell’esposizione alle sostanze tossiche dipendano
da molti fattori, come la concentrazione della sostanza nell’ambiente e la
durata dell’esposizione, sono diversi gli effetti oggi documentati da
evidenze sperimentali, tra questi troviamo:
- Tossicità sul sistema riproduttivo – l’impatto può determinare il danneggiamento dei gameti
(cellule germinali maschili e femminili) ed indurre disturbi nello sviluppo del feto;
- Alterazioni nel sistema endocrino (che si ripercuotono sullo sviluppo di organi e tessuti) - un
composto chimico può disturbare questo sistema attraverso differenti vie: mimare l’ormone
naturale (agendo da agonista), bloccare la sua azione (in qualità di antagonista), cambiare la
concentrazione dell’ormone naturale o dei siti di ricezione cellulare;
- Disturbi al sistema immunitario (fondamentale nell’elaborazione di una risposta difensiva
dell’organismo) – il sistema può essere sovra stimolato causando una ipersensibilità e quindi le
risposte allergiche possono aumentare;
- Patologie tumorali – E’ ormai certo che il cloruro di vinile (CVM) è un iniziatore del cancro al fegato.
Nel 2001 la produzione totale di cloro nell’Europa occidentale è stata di 9,26 milioni di tonnellate,
registrando un decremento pari al 4,5% rispetto all’anno precedente. L’Italia si attesta al quarto
posto fra i paesi europei, con una produzione annuale di circa 750 mila tonnellate di cloro (dal sito
www.eurochlor.org).
Nella società contemporanea il cloro ed i composti da esso derivati vengono ancora utilizzati in
numerose applicazioni quotidiane, fra cui plastiche, pesticidi, disinfettanti e detergenti. Alcuni
esempi possono mostrare i vari settori di impiego:
- L’impiego del cloro come disinfettante per la potabilizzazione dell’acqua (sotto forma di
ipoclorito di sodio o diossido di cloro). Il cloro per la disinfezione può essere aggiunto in vari modi;
nella clorazione comunemente intesa (quella dei piccoli/medi impianti) viene semplicemente
aggiunta una soluzione di ipoclorito di sodio (varechina, candeggina) all'acqua.
Il pH e la temperatura incidono in modo rilevante sulla efficacia della disinfezione.
Sia che il cloro venga immesso direttamente nella rete idrica, sia in un serbatoio, dovrebbe essere
assicurato prima dell'utilizzo un “tempo di contatto” fra
acqua e cloro di almeno 30 minuti, affinché il cloro possa
svolgere la sua azione battericida, ossidando qualsiasi
forma vivente esistente nell’acqua. Il Cloro così “si
consuma” ed il residuo attivo in uscita dal serbatoio, o
comunque misurato all'utenza, dovrà rientrare in un
campo di determinati valori.
Essendo il cloro molto reattivo, oltre a comportarsi da potente biocida, reagisce con alcuni acidi
organici come il fenolo, disciolti nell’acqua e porta alla formazione dei composti detti Trialometani
(cloroformio, bromoformio ecc.) e clorofenoli, alcuni dei quali sono cancerogeni e dannosi per il
fegato e per i reni.
Nello specifico il cloro come agente potabilizzante:
Il Cloro è agente ossidante e biocida. Ossidante significa che ossida la molecola con cui reagisce,
riducendosi contemporaneamente, cioè acquistando elettroni, quelli persi dalla molecola in
questione. Il nome deriva anche dal fatto che reagendo sviluppa ossigeno.
Biocida significa che ha la capacità di uccidere i batteri combinandosi direttamente con le proteine
di membrane (alterazione) e con i numerosi enzimi che intervengono nel metabolismo microbico.
E’ attivo anche contro virus, alghe e altri inquinanti biologici.
Usato come biossido di cloro ha un tempo di contatto più breve rispetto al cloro gassoso, mentre la
sua persistenza è più lunga.
La quantità di Cloro da aggiungere è in relazione alla sua “cloro-richiesta” (quantità di cloro richiesto
dall’acqua sia come ossidante che battericida).
Oggigiorno ci sono altri metodi per produrre acqua potabile, ovvero i filtri che riportano a valori
ottimali la durezza e contemporaneamente eliminano la carica
batterica.
I filtri rimuovono calcio, cloro, rame, piombo e argento, senza alterare
la concentrazione di sodio. In particolare abbassano sensibilmente la
quota di cloro residuo, ad esempio da un valore di partenza pari a 0,6
mg/L di cloro si passa ad un valore di acqua trattata di 0,05 mg/L pari a
una percentuale di riduzione del 71-92%.
- L’impiego del cloro come disinfettante nelle piscine.
L'ipoclorito di sodio è usato sia per l'ossidazione che per la disinfezione delle piscine. Quando è
aggiunto ad acqua l'ipoclorito di sodio aumenta il valore di pH. Ad un valore di pH di 6.5 e' meglio
usare il cloro come disinfettante e un ossodante. Spesso viene aggiunto un acido per abbassare il
pH.
I disinfettanti a base di cloro sono fra i disinfettanti e ossodanti il
più comunemente applicati per il trattamento delle piscine. Il
cloro è solitamente aggiunto come acido ipocloroso (HOCl) o
ipoclorito (OCl-). Esso uccide i microorganismi patogeni che sono
presenti nell'acqua. Quando è presente troppo cloro, esso può
causare l'irritazione delle membrane mucose e degli occhi, come conseguenza di formazione delle
clorammine. Sono stabiliti dei livelli massimi e di soglia per la concentrazione nel cloro. Per il cloro
disponibile la concentrazione minima nelle piscine è stabilita a 0.5 mg/litro, il livello massimo è
stabilito a 1.5 mg/l. L'abbassamento della concentrazione di cloro è indesiderabile, perché aumenta
il rischio di malattie portate dall'acqua. Il pH è misurato giornalmente e dovrebbe essere compreso
fra 6.8 e 7.8. La temperatura dell'aria e dell'acqua nelle piscine è solitamente alta ed inoltre
l'umidità è alta. Ciò influenza l'attività dei disinfettanti ed il comportamento delle sostanze che si
formano nella piscina durante la disinfezione. In commercio esistono sistemi alternativi al cloro nella
disinfezione delle piscine, che impiegano l’ozono e/o i raggi UV.
- Il suo utilizzo come decolorante e sbiancante delle sostanze di origine vegetale (lino, cotone,
carta). La carta sbiancata mediante l’utilizzo di cloro era, fino a qualche tempo fa, l’unica esistente.
L’utilizzo di questo gas è però molto invasivo per l’ambiente: oltre all’ampio uso di acqua, legno ed
energia per la produzione di carta, questo processo di sbiancamento porta ad inquinare gravemente
l’acqua che, uscita dalle fabbriche, ritorna ad immettersi nei fiumi e
nei laghi. Per ovviare a questo problema negli anni si è arrivati alla
produzione di carta sbiancata senza cloro, il cui processo di
sbiancamento avviene con preparati a base alternativa e, di
conseguenza, produce acque di scarico meno inquinanti.
La carta senza cloro può essere vergine oppure prodotta con fibre riciclate. È molto importante
eliminare l’utilizzo di questo gas tossico dal momento che è molto irritante e favorisce la formazione
di sostanze nocive, come le diossine e i composti clorurati, che finiscono nelle acque e sono nocivi
per la fauna.
In diversi paesi è stato allontanato o addirittura vietato l’uso del cloro per la produzione di carta;
alcune cartiere usano biossido di cloro o acqua ossigenata oppure ozono. È molto importante notare
una progressiva sensibilizzazione in questo senso anche nel nostro paese: sono ormai molte le carte
certificate, prodotte con procedimenti ecologicamente sostenibili.
- Il suo impiego nella sintesi di PVC (cloruro di polivinile). Circa il 35% delle applicazioni del cloro
riguardano la produzione della plastica in PVC. Il PVC è uno dei polimeri plastici di maggior impiego
nella società moderna, il cui impatto sanitario ed ambientale è stato accertato negli ultimi anni.
Questo materiale è usato nell’edilizia (grondaie, pannelli, infissi ecc.), nel settore sanitario (sonde,
cateteri, tubi macchinari per dialisi, ecc.), in quello automobilistico (interni delle carrozzerie) ed è
presente negli imballaggi di svariati prodotti di consumo, come pellicole alimentari, imballaggi per
saponi, detersivi ecc. Il PVC oggi può essere prodotto sia con il la reazione tra Etilene e acido
cloridrico sia con la sintesi diretta tra etilene e cloro. La produzione del PVC si articola in tre fasi: 1)
sintesi del Cloruro di Vinile Monomero (CVM), 2) polimerizzazione del CVM, 3) compoundizzazione.
Il prodotto finale viene poi lavorato, in modo da assumere la forma idonea alla realizzazione del
manufatto richiesto.
1) Il CVM deriva dalla reazione tra cloro ed etilene, attraverso la formazione di un composto
intermedio: il dicloroetano (DCE). Poi 2) Il CVM, separato dagli altri composti e purificato, viene
caricato insieme ad opportuni additivi nel reattore di polimerizzazione per la produzione di PVC.
3) Nell’ultima fase, in cui il PVC ottenuto con la polimerizzazione, dopo essere stato privato del CVM
residuo ed essere stato essiccato, viene miscelato ed omogeneizzato ad alta temperatura con alcuni
additivi per acquisire le caratteristiche più idonee ai diversi tipi di impiego.
- L’uso di cloro nella sintesi del percloroetilene (PCE). Il Percloroetilene è un solvente organico
clorurato. La sua molecola è infatti composta da due atomi di carbonio e quattro di cloro. E’ il
solvente maggiormente impiegato nei centri di pulitura a secco e nelle lavanderie, nell’industria
tessile e per la produzione dei CFC (clorofluorocarburi) e di altri composti chimici. Nelle lavanderie
l’uso di PCE determina la formazione di diossine sia durante il processo di pulitura degli indumenti
che durante quello di recupero del solvente stesso. Il percloroetilene è stato riscontrato in diverse
matrici ambientali, come contaminante dell’atmosfera, delle acque e del suolo nonché nel cibo e
nei tessuti dell’uomo, dove giunge attraverso inalazione di aria inquinata soprattutto nelle aree
prossime ai centri di lavaggio.
- L’impiego di composti del cloro per l’igiene personale e nei sistemi di disinfezione per poppatoi e
tettarelle. Le polveri antisudore e antiodore usate per l’igiene personale presentano composti del
cloro e potrebbero essere sostituite dal bicarbonato ed altre sostanze naturali (amido di mais). I
prodotti in commercio per la disinfezione di poppatoi e tettarelle impiegano diversi prodotti in cloro,
come l’ipoclorito di sodio. Inoltre il loro uso prevede che, dopo l’immersione nel prodotto, le parti
non debbano essere risciacquate, esponendo così il neonato all’assunzione dei residui del
disinfettante. Il trattamento termico, al contrario, salvo casi del tutto eccezionali, oltre ad essere
innocuo per l’ambiente ed il neonato è in grado di garantire l’adeguata protezione.
Il triclosan è un cloro fenolo usato come antimicrobico e disinfettante ed è
molto diffuso in una grande quantità di prodotti di uso comune come saponi,
deodoranti, detersivi, dentifrici e collutori raccomandati per prevenire la
placca. Sembra che la massiccia diffusione di tale componente aumenti la
resistenza dei batteri ai più comuni antibiotici.
È stata accusata la pericolosità per gli ecosistemi, ma l’esame non ha dato
prove sufficienti per confermare i rischi per la salute anche se è sospettato
di avere effetti sul sistema endocrino umano.
Insieme al sodio è uno dei più importanti costituenti dei fluidi organici, in particolare è il principale
anione (ione negativo) del compartimento extracellulare, mentre il sodio lo è del compartimento
intracellulare. La funzione principale dello ione cloruro è quella di accompagnare lo ione sodio nei
suoi spostamenti attraverso le membrane cellulari, in modo da assicurare l'elettroneutralità: inoltre
esso partecipa con il sodio al mantenimento della pressione osmotica.
Allo stato libero è tossico, ma nel sangue è sempre legato a radicali alcalini ovvero ioni positivi ( Na,
K, Ca, Mg) per formare i relativi cloruri.
L’eliminazione del Cloro avviene quasi esclusivamente per via urinaria, sotto forma di ammonio
cloruro.
Il cloruro filtrato dal rene si trova in concentrazione uguale a quella del plasma ma viene riassorbito
per adattarsi alla necessità dell'organismo di mantenere costante il pH del sangue.
A livello del rene il cloruro si unisce alla ammoniaca eliminata, dopo la degradazione delle proteine,
per formare un prodotto di scarto neutro come il sale ammonio cloruro.
Comunque notevole è la quota dispersa con la sudorazione, sotto forma di sodio cloruro.
I valori normali di Cloro nel siero sono 98-107 moli/L; con le urine si eliminano 4-15g/die di NaCl.
Nel plasma la concentrazione dei cloruri è circa doppia che nei globuli rossi e il suo effetto biologico
prevalente è quello di assicurare l’osmolarità del sangue e dei vari liquidi.
Il globulo rosso se immerso in
soluzione
cioè
0,9%
isotonica
di
NaCl
(fisiologica)
conserva
morfologia e funzionalità corrette.
Se la soluzione diviene ipotonica
cioè inferiore allo 0,9%, il globulo
rosso assume acqua dall’ambiente
circostante e modificando la forma
va incontro a lisi (emolisi).
Se la soluzione diviene ipertonica, cioè con concentrazione superiore allo 0,9%, il globulo rosso
perde acqua, divenendo spinoso (acantocita); non potrà più svolgere le sue funzioni.
Ciò rende conto dell’enorme suscettibilità di questa cellula anucleata, nei confronti di soluzioni
saline.
A livello dei globuli rossi, il cloro partecipa alla cessione di anidride carbonica dai tessuti ai globuli
rossi e da questi all’area polmonare.
Infine il cloro costituisce l’elemento di base per la secrezione di HCl dello stomaco (azione battericida
e coadiuvante la digestione).
La determinazione del cloro nel sangue (cloremia) può essere clinicamente importante in varie
condizioni patologiche:
•
Diminuzione del cloro plasmatico (ipocloremia): si ha in caso di vomito, diarrea per perdita
di elettroliti, in molte malattie infettive, nella bulimia, negli stati allergici e in tutti quei casi dove
aumenta l’anidride carbonica nel sangue;
•
Aumento del cloro plasmatico (ipercloremia: si verifica quasi esclusivamente per ritenzione
da scarsa eliminazione urinaria e quindi compare nelle nefropatie (affezione del nefrone, ovvero
l'unità funzionale del rene).
La candeggina stermina tutti i germi conosciuti e la si usa a questo scopo da oltre un secolo il suo
primo uso risale al 1897, quando a Maidstone, in Inghilterra, fu impiegata per disinfettare l’acqua
potabile durante un’epidemia di tifo; la sua efficacia fu confermata pochi anni dopo a Lincoln, dove
contribuì a combattere un’altra epidemia. Il cloro si affermò infine come metodo di purificazione
dell’acqua potabile in tutte le isole britanniche, e oggi lo è nella maggior parte dei paesi
industrializzati.
La candeggina si produce facendo gorgogliare il cloro in una colonna lungo la quale cola una
soluzione di idrossido di sodio. Le due sostanze reagiscono formando ipoclorito di sodio, un forte
agente ossidante ed è stabile per parecchi mesi, purché non sia esposto al calore, alla luce diretta
del sole o a metalli. La candeggina non contiene cloro gassoso in quanto tale a meno che, come
vedremo, la soluzione non diventi acida: le bolle che si formano durante il suo uso sono di norma
bolle di ossigeno.
La candeggina è stata vietata nelle scuole, negli ospedali e nei luoghi di
lavoro. Il motivo di queste proibizioni è che il disinfettante può emettere
cloro gassoso se è usato in modo improprio. Diverse persone ogni anno
finisco in ospedale per incidenti del genere e la candeggina è spesso indicata
dalle autorità sanitarie come un composto di uso comune potenzialmente pericoloso. Anche i
genitori temono la candeggina perché pensano che sia pericolosa a contatto con la pelle, e che i
bambini possano giocarci e finire per berla. Il solo odore dovrebbe bastare a dissuadere i bimbi
dall’ingerirla, ma può sempre succedere che ci provino. Il pericolo in ogni caso non è così grave come
si può temere; se si ritiene che il bambino abbia bevuto
della candeggina, bisogna immediatamente fargli bere
acqua in abbondanza, preferibilmente con un po’ di
bicarbonato di sodio disciolto, per neutralizzare l’acidità
dello stomaco.
La candeggina viene utilizzata per disinfettare l’acqua, per
uso domestico, a livello industriale ed anche per sbiancare, che è stato uno dei suoi primi impieghi.
L’effetto sbiancante della candeggina è dovuto alla sua azione ossidante, ovvero si dice che un
elemento chimico subisce ossidazione quando subisce una sottrazione di elettroni, che si traduce
nell'aumento del suo numero di ossidazione; La maggior parte delle reazioni di ossidazione
comportano lo svilupparsi di energia.
- Diagnostica e tecnica di laboratorio. Chimica clinica. Filippo Pasquinelli, Rosini.
- Analisi chimica moderni metodi strumentali. R. Cozzi, T. Ruaro.
- Biochimicamente. Zanichelli.
- Il cucchiaino scomparso. Sam Kean, Adelphi.
- http://it.wikipedia.org/wiki/Cloro
- http://www.lenntech.it/tavola-periodica-elementi/cl-it.htm
- http://it.wikipedia.org/wiki/Armi_chimiche
- http://www.itinerarigrandeguerra.it/Le-Armi-Chimiche-Nella-Prima-Guerra-Mondiale
- http://www.lenntech.it/disinfezione-acqua/disinfettanti-cloro.htm
- http://www.greenpeace.it/inquinamento/cloroeapplicazioni.pdf
- http://it.wikipedia.org/wiki/Ipoclorito_di_sodio
Sofia Vitali
Liceo Scientifico F.Filelfo, Tolentino.