El hipoclorito de sodio, cuya fórmula química es NaClO, es una solución acuosa conocida habitualmente como lejía, cloro o lavandina. Al disolverse en agua, establece un equilibrio entre cloro molecular (Cl₂), ácido hipocloroso (HClO) e ion hipoclorito (ClO⁻), y la proporción de cada especie depende principalmente del pH de la solución.
El ácido hipocloroso puede obtenerse a partir de una solución acuosa de hipoclorito de sodio mediante acidificación controlada, porque el equilibrio químico desplaza el ion hipoclorito hacia la formación de HClO cuando disminuye el pH. Sin embargo, el proceso debe controlarse cuidadosamente, ya que un medio demasiado ácido favorece la liberación de cloro gaseoso (Cl₂), mientras que un medio relativamente alcalino favorece la permanencia del hipoclorito.
Qué es el hipoclorito de sodio
El hipoclorito sódico, también conocido como hipoclorito de sodio, es un compuesto químico muy útil. Cuando se disuelve en agua, lo conocemos por diferentes nombres como lejía, cloro o lavandina, dependiendo del lugar. Su fórmula química es NaClO.
Es un oxidante fuerte, lo que significa que puede quitar electrones a otras sustancias. Por esta razón, se usa mucho para desinfectar y para blanquear telas, ya que puede destruir muchos colores. La solución acuosa de hipoclorito de sodio tiene muchos nombres diferentes según el país: en España y Perú se le llama lejía; en Chile, México, Colombia, Costa Rica y Venezuela se le conoce como cloro; en algunas partes de Colombia también se le dice blanqueador o límpido; en Uruguay es común el nombre Agua Jane®; en Argentina se le llama lavandina, y en Bolivia se usan tanto cloro como lavandina.
Características químicas y físicas
| Propiedad | Dato |
|---|---|
| Nombre químico | Hipoclorito sódico |
| Fórmula química | NaClO |
| Número CAS | 7681-52-9 |
| Número EINECS | 231-668-3 |
| Masa molar | 74,44 g/mol |
| Apariencia | Verde (líquido, diluido). Blanco (Sólido) |
| Densidad | 1110 kg/m³; 1,11 g/cm³ |
| Punto de fusión | 291 K (18 °C) |
| Punto de ebullición | 374 K (101 °C) |
| Solubilidad en agua | 29.3 g/100mL (0 °C) |
El hipoclorito sódico es un líquido amarillo-verdoso, transparente, ligeramente alcalino, muy oxidante y con ligero olor a cloro. Es inestable y pierde cloro activo con el paso del tiempo y con la temperatura. Se obtiene por reacción de cloro con una solución acuosa de hidróxido sódico. Su riqueza se expresa en cloro activo por volumen.
La lejía debe manejarse con cuidado. Su estabilidad depende de varios factores. Por ejemplo, es más estable si está menos concentrada o si se guarda en un lugar fresco. No debe mezclarse con otras sustancias, especialmente con ácidos o amoníaco. Si se mezcla con amoníaco, puede formar un gas muy peligroso.
Equilibrio entre hipoclorito, ácido hipocloroso y cloro
En solución acuosa, el hipoclorito sódico da lugar a un equilibrio de las siguientes especies químicas:
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. Un ambiente ácido favorece la presencia de cloro gas (Cl₂), mientras que una solución relativamente alcalina favorece la formación de hipoclorito (OCl⁻).
| Condición de pH | Especie favorecida | Característica principal |
|---|---|---|
| pH inferior a 5 | Ácido hipocloroso (HClO) | Gran poder oxidante y desinfectante, pero baja estabilidad |
| pH entre 6,5 y 8,5 | Ácido hipocloroso e ion hipoclorito | Ambas especies están en equilibrio |
| pH superior a 7,0 | Hipoclorito (ClO⁻) | Disminuye significativamente el poder oxidante y la efectividad desinfectante, aunque aumenta la estabilidad |
| pH inferior a 3,5 | Cloro gaseoso (Cl₂) | Aumenta el riesgo de liberación de cloro |
Conversión del hipoclorito de sodio en ácido hipocloroso
Partiendo de una solución acuosa de hipoclorito de sodio, la conversión a ácido hipocloroso se basa en reducir el pH mediante la incorporación de una sustancia ácida. La reacción desplaza el equilibrio del ion hipoclorito hacia la forma no disociada HClO.
La preparación de una solución de ácido hipocloroso puede realizarse mediante la electrólisis de agua salina y utilizando ácido clorhídrico como regulador del pH, sin ningún estabilizador o medio tampón. En este enfoque, el control del pH es esencial para evitar que el producto final contenga cantidades indeseadas de hipoclorito, cloro molecular, clorato, clorito, percloratos u otras especies contaminantes del cloro acuoso.
La presencia mayor o menor de estas tres especies químicas en solución depende del pH de la misma solución donde se encuentran. La potencia, estabilidad y seguridad de las preparaciones de HClO dependen de la pureza de la solución y de evitar especies moleculares de cloro acuoso contaminantes.
Por qué el control del pH es decisivo
Una solución demasiado ácida puede liberar cloro gaseoso, mientras que una solución demasiado alcalina aumenta la proporción de hipoclorito. El ácido hipocloroso es, por tanto, una especie intermedia cuyo predominio exige mantener el pH dentro de un intervalo controlado.
La concentración más elevada de la solución anódica provoca un nivel de pH más bajo debido a la presencia de HCl. Esto significa que, cuanto menor sea el pH, menos segura se vuelve la solución. Mantener el pH dentro de ese intervalo es difícil cuando el HClO se formula en cremas, lociones, auxiliares o soluciones que tienen un efecto diluyente y, por tanto, pueden modificar el pH y la concentración de HClO de la mezcla o solución resultante, causando un aumento inesperado de las moléculas de hipoclorito.
Electrólisis de agua salina
La producción de ácido hipocloroso por electrólisis es una vía conocida en la que se aplica una corriente eléctrica al agua salada, normalmente con cloruro de sodio (NaCl) o cloruro de potasio (KCl). Este proceso separa los iones de la sal, Na⁺ o K⁺ y Cl⁻, que se desplazan hacia los electrodos.
Los iones Cl⁻ son atraídos por el ánodo, que es el electrodo positivo, mientras que los iones positivos Na⁺ o K⁺ son atraídos por el cátodo, que es el electrodo negativo. El Na⁺ se combina con el agua (H₂O), formando hidróxido de sodio e hidrógeno molecular.
Electrolizador de una sola cámara
Hay muchos equipos de producción de HClO en el mercado que pueden dividirse en dos categorías. El primer tipo es un electrolizador sin membrana que produce una solución “neutra”, conocido como electrolizador de una sola celda.
Este sistema aplica únicamente corriente eléctrica en un tanque para promover las dos ecuaciones anteriores. Esto formaría una mezcla de HClO con impurezas perjudiciales como NaOCl, NaOH acuoso y HCl.
El ácido hipocloroso de alta pureza puede producirse utilizando una celda electrolítica de una sola cámara en la que el electrolito consiste en cloruro de sodio disuelto en agua sin carga iónica y con sólidos disueltos totales (TDS) inferiores a 5 mg/l, que pueden obtenerse mediante destilación y desionización, o mediante ósmosis inversa (RO).
Electrolizador de dos cámaras
El segundo tipo es un electrolizador que contiene una membrana que divide el recipiente en dos cámaras y produce por separado dos soluciones, una ácida, denominada anolito, y otra alcalina, denominada catolito, que se recogen en depósitos independientes; este sistema se conoce como electrolizador de dos celdas.
La solución de catolito producida en la cámara catódica sería NaOH acuoso y la solución de anolito producida en la cámara anódica sería HClO + HCl. La mayor concentración de la solución de anolito provoca un nivel de pH más bajo debido a la presencia de HCl.
Pureza de la solución de ácido hipocloroso
La mayoría de los procesos existentes para producir HClO generan HClO impuro, es decir, con subproductos concomitantes independientemente de la concentración de HClO en la solución. Una solución de HClO “pura” es una solución esencialmente libre de subproductos e impurezas en la que no se forma Cl₂ gaseoso ni hipoclorito (OCl⁻).
El HClO de alta pureza puede mejorar la actividad bactericida al aumentar el aprovechamiento del ácido hipocloroso, reducir la corrosión superficial y disminuir la exposición al gas Cl₂ para la salud y la seguridad humanas. Como única especie presente en la solución, o con una cantidad mínima de impurezas, se busca encontrar una forma sencilla de mantener el pH dentro de un intervalo específico para producir una solución pura de HClO.
La solución de HClO obtenida de esta manera no solo sería más pura, sino también más segura, sencilla y estable, con una concentración útil desde el punto de vista antiséptico. El método no utiliza una membrana semipermeable y no utiliza bicarbonato de sodio, ya que la presencia de sodio promueve la formación de hidróxido de sodio, que alcaliniza el pH, y de hipoclorito de sodio (NaHClO), conocido por causar enrojecimiento e irritación en la piel y los ojos.
Diferencias entre hipoclorito de sodio y ácido hipocloroso
El hipoclorito de sodio es la forma salina y alcalina del cloro activo, mientras que el ácido hipocloroso es una especie no disociada que presenta una elevada capacidad oxidante y antimicrobiana. En solución acuosa, ambas formas pueden coexistir, pero su proporción cambia con el pH.
El hipoclorito sódico posee propiedades desinfectantes altamente eficaces debido a su gran capacidad para destruir la estructura celular de los microorganismos. Al ser un poderoso agente oxidante, actúa rápidamente sobre bacterias, virus y hongos, eliminándolos de manera efectiva en una gran variedad de superficies y medios acuosos.
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. Esta capacidad lo convierte en una herramienta indispensable para la prevención y el control del crecimiento microbiológico de microorganismos patógenos.
Acción antimicrobiana del ácido hipocloroso
El HClO es el oxidante más potente y, a diferencia del hipoclorito (ClO⁻) y del cloro gaseoso (Cl₂), que presentan un olor penetrante a cloro y son peligrosos en contacto con la piel o por inhalación, el HClO es insípido y tiene un olor suave y temporal a cloro que se disipa rápidamente.
El HClO es 80 veces más potente que el hipoclorito como agente biocida o antimicrobiano frente a E. coli. El HClO se disocia en H⁺ y OCl⁻, que desnaturaliza e induce la agregación de proteínas.
El HClO destruye los virus mediante cloración, por la formación de cloraminas y radicales nitrogenados, que provocan la destrucción del ADN monocatenario y bicatenario. De esta forma, el ácido nucleico pierde su utilidad en la transmisión genética y la replicación, y el virus se vuelve inofensivo.
El HClO ha mostrado actividad frente a hepatitis A y B, herpesvirus tipo 1, VIH-1, virus de la influenza humana y animal, incluido el virus de la influenza aviar H5N1, norovirus humano, virus Nex, norovirus murino, poliovirus tipos 1 y 2 y rinovirus a una concentración de HClO de solo 0,02 ppm.
Biofilms
Los biofilms son comunidades de microorganismos que crecen agregadas y rodeadas por una matriz extracelular que ellas mismas producen, lo que favorece la adhesión covalente sobre superficies inertes y vivas. Este biofilm les ayuda a desarrollar una elevada tolerancia y resistencia frente a muchos antibióticos convencionales.
Los biofilms se forman cuando los microorganismos crecen agregados en algún tipo de interfaz, sólido-líquido, sólido-aire, líquido-aire o entre líquidos inmiscibles, unidos por su propio material extracelular, siempre que exista suficiente materia orgánica y humedad.
En condiciones ambientales adecuadas, todos los microorganismos son capaces de formar biofilm, que constituye un mecanismo de autoprotección.
Aplicaciones sanitarias y ambientales
El HClO es un producto químico natural del cuerpo humano, considerado la primera línea de defensa y producido endógenamente como respuesta inmunitaria frente a un posible ataque de patógenos en respuesta a lesiones e infecciones. Se genera enzimáticamente bajo demanda en los fagocitos como una de las especies reactivas de oxígeno.
El HClO es no tóxico y seguro de usar, incluso en mujeres embarazadas y lactantes, siempre que no esté acompañado de hipoclorito, cloro gaseoso o especies moleculares contaminantes del cloro acuoso.
El HClO se ha consolidado como una referencia de salud pública en la desinfección ambiental y como antiséptico seguro y eficaz, reconocido como sustancia GRAS, es decir, “Generally Recognized As Safe”. También cuenta con certificaciones de seguridad del USDA en Estados Unidos y de la EEA en la Comunidad Europea.
Heridas y piel
El HClO puede aplicarse tópicamente en el tratamiento de heridas. La aplicación exógena de HClO desencadena una cascada de acontecimientos que conduce a una cicatrización más rápida y a la restauración de la arquitectura normal del tejido con una cicatrización mínima.
Cuando se aplica HClO sobre la piel, también se acelera el proceso de cicatrización de los tejidos y de la piel. La cicatrización se favorece mediante la regulación de citocinas y factores de crecimiento.
Después de la cloración de la taurina con HClO, la cloramina de taurina favorece la cicatrización. La cicatrización también mejora debido a la neutralización e inhibición de factores inflamatorios.
Se han descrito efectos favorables del HClO en la cicatrización de algunas úlceras crónicas de las piernas. Las úlceras crónicas de las piernas que no cicatrizaban han mostrado una tasa de cicatrización más rápida junto con una reducción del dolor. El HClO ha sido clave para favorecer la cicatrización en muchos tipos de heridas.
Otros desinfectantes cutáneos, como la lejía, la solución de Dakin, la povidona yodada, Betadine, H₂O₂ y el ácido cítrico, son citotóxicos e inhiben la cicatrización de las heridas.
Desinfección de mucosas
El ácido hipocloroso al 0,01 % crea una barrera protectora en las membranas mucosas de los ojos, la nariz y la boca para impedir la entrada del virus SARS-CoV-2 y el desarrollo de la infección, sin efectos perjudiciales.
El HClO ha mostrado un efecto antimicrobiano similar al de la clorhexidina, que actualmente es el ingrediente antimicrobiano más habitual en los productos de enjuague bucal.
Otras formas de aplicación serían la aplicación acuosa de HClO en forma de enemas o como ducha vaginal.
Formulaciones acuosas y tópicas
La solución acuosa de HClO obtenida mediante este método puede formularse con calidad médica y farmacéutica. El uso del HClO obtenido por este procedimiento puede destinarse a fines antisépticos o biocidas y aportar beneficios inmediatos e importantes porque no contiene los productos oxidantes mixtos del HClO, como la lejía de hipoclorito, ni los efectos citotóxicos o la decoloración causados por los productos antisépticos de povidona yodada.
Las composiciones y formulaciones pueden incluir, entre otras, una emulsión, una crema, un bálsamo, un brillo, una loción, una mascarilla facial, un sérum, un tónico, una pomada, una espuma, un ungüento, una solución o un pulverizador.
Usos del hipoclorito de sodio como materia de partida
El hipoclorito sódico se utiliza para la potabilización de aguas, el tratamiento de aguas residuales y el agua de piscinas. También se emplea en la desinfección doméstica, el blanqueo de fibras textiles y de pasta de papel, la limpieza industrial y profesional, y la fabricación de productos destinados a la agricultura, las artes gráficas, la farmacia y la metalurgia.
Por su acción biocida y desinfectante, es una solución económica y efectiva para garantizar la desinfección en toda la cadena del agua: captación, depuradora, depósito, tubería y grifo.
La lejía es muy popular en los hogares. Se usa para limpiar y desinfectar superficies, baños y ropa. Es muy efectiva para eliminar hongos y bacterias.
El hipoclorito de sodio es fundamental para hacer que el agua sea segura para beber. Se añade al agua para eliminar microorganismos dañinos. También se usa para desinfectar piscinas, ya sea directamente o a través de sistemas que lo producen a partir de sal.
Este compuesto también se utiliza en laboratorios para identificar ciertas especies de animales marinos. Disuelve la materia orgánica, dejando al descubierto estructuras duras que son únicas para cada especie. Además, se usa en la industria textil para blanquear telas.
Concentración y estabilidad de la solución de partida
La lejía es un producto de limpieza de uso común en los hogares. Se utiliza como desinfectante y decolorante habitual. Se trata de una disolución acuosa de hipoclorito de sodio de concentración inferior al 5 % en los productos de uso doméstico.
Su carácter altamente oxidante la hace muy eficaz como desinfectante contra hongos, bacterias e incluso virus. El hipoclorito de sodio se disuelve en agua y, con el tiempo, sus componentes se van transformando. Esto significa que su capacidad para desinfectar puede disminuir si no se almacena correctamente o si pasa mucho tiempo.
Para lograr la concentración deseada, el hipoclorito de sodio se prepara diluyendo la solución acuosa básica con una proporción especificada de agua limpia y transparente, a fin de alcanzar la concentración final necesaria.
Se explica cómo preparar soluciones de hipoclorito de sodio al 0,1 % en función de la concentración de la lejía de partida y del volumen que se quiere preparar, así como soluciones de hipoclorito de sodio 1:50 utilizando lejía comercial con una concentración de cloro entre 35 y 50 g/l.
Seguridad durante la manipulación
El hipoclorito sódico debe manejarse con cuidado porque es un compuesto muy oxidante. La ingestión es peligrosa en grandes cantidades, la inhalación es peligrosa en grandes concentraciones, el contacto con la piel puede causar quemaduras químicas y el contacto con los ojos puede causar quemaduras químicas.
No debe mezclarse con amoníaco, ácidos, peróxido de hidrógeno ni otras sustancias incompatibles. La acidificación excesiva de una solución de hipoclorito puede favorecer la formación de cloro gaseoso, mientras que la mezcla con amoníaco puede formar un gas muy peligroso.
Son necesarios guantes y se recomiendan gafas y bata. La preparación y el uso de desinfectantes requieren prestar atención a las precauciones de seguridad indicadas para cada producto y aplicación.
Control experimental de una solución de hipoclorito
La reacción del hipoclorito sódico con peróxido de hidrógeno produce oxígeno que, en las condiciones experimentales habituales en un laboratorio escolar, puede evidenciar a simple vista la producción de una reacción química.
NaClO(ac) + H₂O₂(ac) → NaCl(ac) + H₂O(l) + O₂(g)
Por cada mol de hipoclorito de sodio que reacciona se forma un mol de oxígeno molecular. Con las condiciones ambientales de presión y temperatura, el valor de la densidad de la lejía y la ecuación de los gases ideales se puede determinar el porcentaje de hipoclorito de sodio presente en la lejía de uso doméstico.
El objetivo de esta experiencia es conocer el principio activo de la lejía y su acción como desinfectante, evidenciar que se ha producido una reacción química, medir experimentalmente el volumen de un producto de reacción gaseoso, determinar de forma experimental la concentración de una lejía expresada en porcentaje de hipoclorito de sodio y estudiar cuantitativamente el reactivo limitante.
Materiales y equipos
- Vasos de precipitados.
- Balanza.
- Termómetro.
- Jeringuilla de 5 ml.
- Probetas de 10 ml y de 100 ml.
- Matraz Erlenmeyer.
- Tapón de caucho horadado.
- Tubo de silicona.
- Lejía de uso doméstico.
- Peróxido de hidrógeno del 33 % (w/v).
- Soporte y pinzas.
- Cubeta con agua.
- Cuaderno para tomar notas.
Procedimiento experimental
- Se llena la probeta de 100 ml al máximo de su capacidad y la cubeta con agua.
- Se introduce la probeta invertida en la cubeta, tapando el extremo abierto con la mano hasta colocarlo correctamente, y se sujeta al soporte con una pinza.
- Se anota la medida del nivel de agua de la probeta que resulta tras introducirla en el recipiente con agua.
- Se introducen 5 ml de lejía doméstica, medidos con la probeta de 10 ml, en el matraz Erlenmeyer y se tapa con el tapón previamente unido al tubo de goma, que se lleva hasta el interior de la probeta invertida sumergida en la cubeta con agua.
- Se toman 3 ml de peróxido de hidrógeno con la jeringuilla y se conecta al tapón del matraz Erlenmeyer donde se encuentra la lejía.
- Una vez comprobada la estanqueidad del matraz, se introduce el peróxido de hidrógeno de la jeringuilla en el matraz para que se produzca la reacción con el hipoclorito de sodio de la lejía.
- La reacción es inmediata y se observa que el nivel de agua en la probeta invertida desciende.
- Se anota la nueva altura del agua para calcular la diferencia entre el volumen inicial y el nuevo volumen, obtenido al ser desplazada el agua por el oxígeno producido en la reacción.
- El proceso se realiza al menos tres veces para minimizar el error en los datos experimentales obtenidos.
- Con los datos recogidos se pasa a la fase de cálculos para determinar la concentración de la lejía.
Datos y cálculos
Para los cálculos se toma una presión atmosférica de 1 atm. La temperatura ambiente se mide en el momento de realizar los experimentos. La densidad de la lejía se obtiene midiendo la masa de un determinado volumen y realizando el cálculo correspondiente.
En la tabla de resultados experimentales se anota el volumen inicial del agua en la probeta, el volumen final y el volumen de oxígeno obtenido. Después se determina el error absoluto y relativo de los resultados experimentales del volumen de oxígeno recogido, se realiza una representación gráfica con línea de tendencia y se calcula la concentración de NaClO.
Gestión de residuos
El peróxido de hidrógeno puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio acuático. Puesto que se utiliza como producto en exceso, todo lo que queda en el matraz una vez producida la reacción debe recogerse en un contenedor etiquetado para su posterior retirada por un servicio autorizado y nunca verterse al desagüe.
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