La reacción entre bisulfito sódico e hipoclorito sódico es una reacción redox en la que el bisulfito actúa como agente reductor y el hipoclorito como agente oxidante. El resultado principal es la eliminación del cloro activo residual, por lo que esta combinación se utiliza para declorar agua y superficies después de la desinfección.
El hipoclorito sódico, fórmula NaOCl, es un compuesto que destruye los microorganismos por oxidación utilizado a gran escala para la desinfección del agua. El bisulfito sódico también puede emplearse para neutralizar el cloro residual después de la higienización, evitando que el oxidante continúe reaccionando con tuberías, equipos, productos alimentarios o el medioambiente.
Qué sustancias participan en la reacción
El hipoclorito de sodio es una solución química que se obtiene a través de la reacción del cloro gaseoso con hidróxido de sodio. Es comúnmente conocido como «cloro líquido» y se utiliza ampliamente como desinfectante y agente blanqueador debido a su capacidad para eliminar bacterias, virus, algas y otros microorganismos patógenos presentes en el agua.
Se produce mediante la reacción del gas cloro (Cl2) con hidróxido de sodio (NaOH) o carbonato de sodio (Na2CO3). Esta reacción produce hipoclorito de sodio junto con cloruro de sodio y agua: Cl2 + 2 NaOH → NaClO + NaCl + H2O
El hipoclorito sódico es un oxidante fuerte. Su acción desinfectante se basa en la liberación de cloro, compuesto altamente oxidante, que reacciona con los componentes celulares esenciales de los microorganismos, interrumpiendo sus funciones vitales y causando su muerte.
El bisulfito sódico, por otro lado, es un agente reductor. Cuando estos dos químicos entran en contacto, se produce una reacción redox.
Cómo se desarrolla la reacción redox
En la reacción, el cloro gana electrones, que es la característica de un agente oxidante. Se reduce. Mientras tanto, el azufre del bisulfito sódico pierde electrones y se oxida.
El estado de oxidación del azufre en el bisulfito sódico es +4, y en el sulfato, es +6. Por tanto, el azufre pasa de un estado de oxidación inferior a uno superior, mientras que el cloro del hipoclorito se transforma en cloruro.
En forma simplificada, la reacción iónica puede representarse así:
HSO3− + OCl− → HSO4− + Cl−
En esta ecuación, el ion bisulfito (HSO3−) se oxida a bisulfato (HSO4−), mientras que el ion hipoclorito (OCl−) se reduce a ion cloruro (Cl−).
La ecuación molecular depende del pH, de las especies predominantes en la solución y de la forma exacta del reactivo utilizado. Por este motivo, las proporciones prácticas deben establecerse a partir de la concentración real de cloro activo, la concentración del agente reductor y las condiciones del agua.
Relación con el metabisulfito sódico
El metabisulfito de sodio es un polvo cristalino blanco con olor a azufre. El metabisulfito de sodio, por otro lado, es un agente reductor.
En una solución acuosa, el metabisulfito sódico puede generar bisulfito, por lo que ambos productos se utilizan para consumir cloro residual. La reacción química para la reacción entre metabisulfito de sodio ($Na_2S_2O_5$) y cloro ($Cl_2$) en una solución acuosa es la siguiente: $Na_2S_2O_5 + 2Cl_2+ 3H_2O = 2NaHSO_4+ 4HCl$
Analicemos lo que está pasando aquí. En la reacción, el cloro gana electrones, que es la característica de un agente oxidante. Se reduce. Mientras tanto, el azufre del metabisulfito de sodio pierde electrones y se oxida.
De la ecuación química, podemos ver que un mol de metabisulfito de sodio reacciona con dos moles de cloro. Esto significa que si conoce la cantidad de cloro presente, puede calcular la cantidad exacta de metabisulfito de sodio necesaria para reaccionar completamente con él.
| Componente | Función en la reacción | Transformación principal |
|---|---|---|
| Bisulfito sódico | Agente reductor | Se oxida a sulfato o bisulfato |
| Hipoclorito sódico | Agente oxidante | Se reduce a cloruro |
| Cloro activo | Especie que debe neutralizarse | Se consume durante la reacción redox |
Estequiometría y control de la dosificación
La estequiometría permite relacionar la cantidad de cloro activo con la cantidad de bisulfito sódico necesaria para consumirlo. Esto es realmente útil en aplicaciones prácticas, ya que ayuda a un uso rentable y eficiente de los productos químicos.
La cantidad calculada debe ajustarse a la concentración efectiva del producto, porque el hipoclorito sódico sufre una pérdida progresiva de cloro activo con el tiempo. También debe tenerse en cuenta la demanda de cloro del agua, ya que una parte del oxidante puede haber reaccionado previamente con materia orgánica, sólidos en suspensión u otras sustancias reductoras.
¿Que entendemos por demanda de cloro? Cantidad de cloro que se consumiría por reacción de este con las sustancias presentes en el agua, sobre todo de carácter orgánico.
El cloro añadido al agua se combina inmediatamente con la materia orgánica. Este cloro combinado no es desinfectante ni aparece como Cloro libre residual.
Los primeros miligramos de cloro introducidos no garantizan la desinfección. De hecho, antes de que éste puede realizar una acción biocida eficaz debe reaccionar completamente con las sustancias demandantes disueltas en el agua, quedando un residual libre que ya puede ejercer la desinfección del agua.
Por esta razón, la dosificación del bisulfito o del metabisulfito no debe basarse únicamente en la cantidad nominal de hipoclorito añadida, sino en la concentración de cloro libre que permanece después de la desinfección.
Aplicación para eliminar cloro residual
En aplicaciones de tratamiento de agua, se utiliza para neutralizar el cloro residual. Cuando se utiliza cloro para desinfectar el agua, a menudo quedan restos de cloro en el agua.
Este cloro residual puede ser perjudicial para la vida acuática si el agua se vierte en cuerpos de agua naturales o puede causar corrosión en tuberías y equipos. El metabisulfito de sodio viene al rescate reaccionando rápidamente con el cloro y convirtiéndolo en sustancias inofensivas.
El tratamiento del agua con hipoclorito de sodio puede llevarse a cabo en diferentes etapas:
- Pretratamiento: Antes de agregar el hipoclorito de sodio, se realiza un pretratamiento del agua para eliminar partículas grandes y sedimentos mediante procesos de filtración o sedimentación.
- Dosificación: Se dosifica el hipoclorito de sodio en el agua en una cantidad adecuada para garantizar la desinfección efectiva, pero sin sobrepasar los límites permitidos de cloro residual.
- Tiempo de contacto: Es importante que el hipoclorito de sodio tenga suficiente tiempo de contacto con el agua para eliminar los microorganismos dañinos.
- Neutralización: Después de la desinfección, se realiza una neutralización para eliminar el exceso de cloro residual antes de distribuir el agua potable a la población.
La neutralización con bisulfito sódico se realiza después del tiempo de contacto necesario para la desinfección. Si el reductor se añade demasiado pronto, puede consumir el cloro antes de que complete su acción biocida.
Una vez que las anteriores premisas de pH y demanda de cloro fueron satisfechas se debe ejercer la acción desinfectante. Este efecto desinfectante no es inmediato se requiere un tiempo de contacto que dependerá de las ppm de Cloro libre obtenidas.
Se puede obtener este tiempo de contacto de una manera simple y aproximada con la fórmula tiempo de contacto en minutos = 20/ ppm Cloro libre, de manera que para 1 ppm de Cloro libre necesitaríamos 20 minutos, y para 0,5 ppm de Cloro libre necesitaríamos unos 40 minutos.
El tiempo de contacto debe completarse antes de la adición del bisulfito cuando el objetivo sea desinfectar primero y declorar después.
Importancia del pH
En solución acuosa, el hipoclorito sódico da lugar a un equilibrio de las siguientes especies químicas: cloro (Cl2), ácido hipocloroso (HClO) e ion hipoclorito (ClO-).
Cl2 + H2O -> HClO + HCl
HClO -> OCl−+ H+
Según el valor de pH de la solución, varían las proporciones de cada especie. En aguas entre 6,5 y 8,5 ambas especies estarán en equilibrio.
Con un pH inferior a 5 todo el cloro está en forma de ácido hipocloroso (HClO), de gran poder oxidante y desinfectante, pero de baja estabilidad. Sin embargo, a medida que el pH aumenta, este ácido se disocia en hipoclorito (ClO-), disminuyendo significativamente su poder oxidante y efectividad desinfectante a partir de pH superiores a 7,0, aunque su estabilidad aumenta.
El pH del agua determina la cantidad de ácido hipocloroso que se forma, de manera que a pH 8 la capacidad desinfectante es solo del 20%. El punto de mayor capacidad desinfectante es pH 5.
El pH influye también en la forma química del bisulfito y en la velocidad de consumo del cloro. Por ello, el pH debe medirse durante el proceso y no suponerse únicamente a partir de la concentración declarada del hipoclorito.
Características del hipoclorito sódico que afectan al proceso
El hipoclorito de sodio se presenta en forma líquida, con una concentración de cloro activo que puede variar, generalmente expresada en porcentaje de cloro disponible.
El hipoclorito de sodio es comercializado en una solución de ligero color verde-amarillento y un olor característico. Tiene un alto carácter básico, pH oscila entre 9-11 según su concentración, así como una alta densidad > 1,2 kg/lt.
Es corrosivo, ya que en su proceso de fabricación se genera hidróxido sódico en concentraciones variables aproximadas desde 3 a 12 mg/litro.
Se fabrica con una concentración de 150 gr/litro pero normalmente en la etiqueta se declara cloro activo alrededor del 12,5-14% pues el hipoclorito sódico sufre una pérdida progresiva de cloro activo con el tiempo, que se ve potenciada por la incidencia de la luz y altas temperaturas.
El hipoclorito se degrada con facilidad, por lo que se debe almacenar en lugar fresco, protegido de la luz y durante el menor tiempo posible.
Esta perdida depende en gran medida de la temperatura, por ejemplo: «Perdida de actividad mensual a menos de 30ºC es de 2-4%, por encima de 30ºC la perdida será más rápida y exponencial.
Calentado el hipoclorito sódico se desintegra, también ocurre cuando contacta con ácidos, luz del día, y ciertos metales.
El hipoclorito sódico es un oxidante fuerte y reacción con compuestos combustibles y reductores, es una base inflamable.
Por qué se necesita neutralizar el hipoclorito
La cloración del agua es el método más empleado en la actualidad para la desinfección microbiológica, por su bajo coste y eficacia demostrada.
El agua puede albergar casi a cualquier patógeno, como E. coli, Campylobacter o las 1700 cepas de Salmonella. Los patógenos pueden permanecer muchas semanas en el biofilm de las tuberías.
Por eso, los sistemas de agua de bebida necesitan limpiarse periódicamente y desinfectarse de manera continuada, para reducir los riesgos que crean los patógenos oportunistas.
Sin embargo, después de la desinfección puede ser necesario consumir el cloro sobrante. La neutralización evita que el oxidante continúe actuando cuando ya no se necesita y reduce el riesgo de descarga de cloro a aguas naturales.
En la industria de alimentos y bebidas, esta reacción también juega un papel crucial. A veces se utiliza cloro para desinfectar equipos y superficies.
Después de la higienización, es fundamental eliminar el cloro residual para evitar que afecte el sabor y la calidad de los productos. Para lograrlo se puede utilizar metabisulfito de sodio.
Reacciona con el cloro y no deja residuos nocivos.
Aplicaciones en plantas de tratamiento y producción alimentaria
En una planta de tratamiento de agua a gran escala, podrían usar metabisulfito de sodio para declorar el agua antes de que se libere al medio ambiente.
Los operadores de la planta deben controlar cuidadosamente los niveles de cloro en el agua y ajustar la cantidad de metabisulfito de sodio en consecuencia.
En una cervecería, después de desinfectar el equipo de elaboración de cerveza con desinfectantes a base de cloro, se usa una solución de metabisulfito de sodio para neutralizar el cloro residual.
Esto garantiza que la cerveza producida tenga un sabor constante y de alta calidad.
La misma lógica puede aplicarse a instalaciones alimentarias, equipos, superficies y circuitos de agua en los que el cloro se haya utilizado como desinfectante y deba eliminarse antes del siguiente proceso.
Influencia de la turbidez y la materia orgánica
La desinfección del agua debe ser precedida de un sistema eficaz de filtración que eliminara la materia orgánica disuelta.
La materia orgánica y sustancias «groseras» disueltas se mide como turbidez, se valora como el porcentaje de luz obstaculizado por las partículas en suspensión, es denominado como medición nefelométrica en unidades NTU.
Se considera que el nivel de turbidez debe estar por debajo de 0,5 NTU, con un límite crítico de 1 NTU de turbidez.
Si el agua tuviese una turbidez de 5 NTU o superior se considera ineficaz o peligroso el proceso de desinfección con cloro pues además se formarían compuestos Trihalometanos (THMs) peligrosos para los animales por su toxicidad.
La presencia de materia orgánica aumenta la demanda de cloro y puede dificultar la determinación de la cantidad exacta que debe neutralizarse. Por ello, el control de turbidez y la filtración deben realizarse antes de ajustar la dosis de hipoclorito y del reductor.
Seguridad al mezclar bisulfito e hipoclorito
Tanto el metabisulfito de sodio como el cloro son sustancias químicas que deben manipularse con cuidado. El cloro es un gas tóxico e incluso en solución puede irritar la piel, los ojos y el sistema respiratorio.
El metabisulfito de sodio también puede causar irritación, especialmente si entra en contacto con la piel o los ojos húmedos.
Al manipular estos productos químicos, se debe usar equipo de protección personal (EPP) adecuado, como guantes, gafas protectoras y respiradores.
Al mezclar metabisulfito de sodio y cloro, debe hacerse en un área bien ventilada. La reacción libera calor, por lo que es importante agregar los químicos lentamente y en el orden correcto.
Por lo general, se recomienda agregar la solución de metabisulfito de sodio a la solución que contiene cloro y no al revés.
No se debe acidificar una solución de hipoclorito, porque el contacto con ácidos puede liberar cloro. El hipoclorito sódico es un oxidante fuerte y reacción con compuestos combustibles y reductores.
La dosificación debe realizarse con control analítico y sin mezclar concentrados de forma brusca. La ventilación, la protección ocular y cutánea y la prevención de salpicaduras son esenciales durante la preparación y aplicación.
Tratamiento de Aguas con Cianuros Usando Peróxido de Hidrógeno. Posterior Hidrólisis del Ion Cianato
Control del cloro residual
Para asegurar que el tratamiento de aguas sea eficaz, es esencial monitorear continuamente los niveles de cloro residual.
Un nivel adecuado garantiza que el agua se mantenga desinfectada a lo largo de su distribución.
Los sistemas de medición automática, como analizadores en línea, pueden proporcionar datos en tiempo real sobre los niveles de cloro, permitiendo ajustes inmediatos en la dosificación y garantizando el cumplimiento de las normativas.
El monitorio se realiza midiendo el cloro libre o redox.
La medición debe hacerse antes de la neutralización para conocer la cantidad de oxidante disponible y después de la neutralización para comprobar que el cloro residual se encuentra en el nivel previsto.
La desinfección será completa cuando el agua ya ha sido filtrada para eliminar la turbidez por debajo del límite de aceptabilidad y queda un mínimo de cloro libre entre 0,5-1 ppm como residual desinfectante.
Almacenamiento y compatibilidad de materiales
Para maximizar su vida útil, es recomendable almacenarlo en tanques opacos o en áreas oscuras, a temperaturas frescas (por debajo de los 25°C), con una ventilación adecuada.
Además, lo mejor es utilizar materiales compatibles, como el PVC o el polietileno, para evitar reacciones adversas con los tanques de almacenamiento.
El bisulfito sódico y el hipoclorito sódico deben conservarse separados hasta el momento de su dosificación. La separación evita reacciones prematuras, pérdida de actividad y riesgos derivados de una mezcla accidental.
La estabilidad del hipoclorito disminuye con la luz, el calor y ciertos contaminantes metálicos, por lo que la concentración real puede ser inferior a la indicada originalmente en la etiqueta.
Se evapora a razón de 0,75 gramos de cloro activo por día desde la solución inicial fabricada, es decir que en un producto que declare 14% de cloro activo se perderá un 10% de actividad en unos 18-20 días y prácticamente el 30% de actividad a los 2 meses.
Por ello, las instalaciones deben comprobar periódicamente la concentración efectiva del producto y no calcular la neutralización únicamente con datos antiguos de fabricación.
Ventajas y limitaciones de la neutralización
- Permite eliminar rápidamente el cloro residual.
- Reduce el riesgo de toxicidad para organismos acuáticos.
- Disminuye la acción oxidante sobre tuberías, equipos y superficies.
- Ayuda a evitar alteraciones de sabor y calidad en alimentos y bebidas.
- Facilita el control de las descargas después de la desinfección.
- Exige una dosificación basada en mediciones reales de cloro activo.
- Requiere separar el tiempo de desinfección del momento de neutralización.
- Debe aplicarse con ventilación y equipo de protección personal.
El tratamiento del agua con hipoclorito de sodio puede generar un sabor y olor a cloro residual en el agua, lo cual puede ser desagradable para algunas personas.
Durante el proceso de desinfección con hipoclorito de sodio, pueden formarse subproductos químicos indeseables, como trihalometanos (THM) y cloraminas.
Para reducir estos efectos, se recomienda controlar estrictamente las dosis de este producto químico y optimizar el pretratamiento del agua, eliminando sólidos y material orgánico antes de la aplicación del cloro.
La neutralización con bisulfito o metabisulfito puede eliminar el cloro residual, pero no sustituye la filtración, el control del pH ni el tiempo de contacto necesarios para una desinfección correcta.
Secuencia recomendada del proceso
- Analizar el agua y determinar pH, turbidez, materia orgánica y cloro residual.
- Filtrar o sedimentar el agua para reducir sólidos y materia orgánica.
- Dosificar el hipoclorito sódico según la demanda de cloro.
- Garantizar la mezcla homogénea y el tiempo de contacto requerido.
- Medir el cloro libre después de la desinfección.
- Preparar y dosificar la solución de bisulfito sódico o metabisulfito sódico de forma controlada.
- Verificar el cloro residual después de la neutralización.
- Mantener separados los depósitos, las líneas y los productos concentrados de oxidante y reductor.
Este tiempo de contacto debe tenerse muy en cuenta a la hora de elegir el punto de aplicación, ya que el agua mezclada con el hipoclorito sódico debe estar perfectamente homogenizada un mínimo tiempo para ejercer la acción desinfectante completa.
Es por ello por lo que se recomienda siempre clorar dentro o antes de un bidón o depósito de almacenamiento, se suele denominar maceración.
Desde la dosificación adecuada y el control del pH hasta el almacenamiento y manejo seguro, cada aspecto en el uso del hipoclorito de sodio debe ser gestionado con precisión para maximizar los beneficios y minimizar los riesgos.
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