Ciclo biogeoquímico del Cloro

MATERIA: IMA 1000
TEMA: CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLO BIOGEOQUÍMICO DEL CLORO
DOCENTE: ING. WALDO VARGAS
ALUMNA: DE LA TORRE BENITEZ LOURDES SUSANA
FECHA DE ENTREGA: 02/04/12
LA PAZ - BOLIVIA
Ciclo biogeoquímico del Cloro
1. Introducción.
La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles
para los organismos, pero los elementos y sus compuestos necesarios como
nutrientes son reciclados continuamente en formas complejas a través de las
partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidos en formas útiles por una
combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.
El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (la atmósfera, la hidrosfera y la corteza
de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de
bio: vida, geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía
solar.
Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para
ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se
extinguirían.
2. Marco Teórico.
2.1
Definición de ciclo biogeoquímico.
El concepto de ciclo biogeoquímico se usa para describir la distribución y
transporte de materiales, los cuales controlan el recambio y transformación de
éstos en los ambientes terrestres, acuáticos y atmosféricos. Los ciclos
biogeoquímicos constituyen un sistema regulador de la hidrosfera y la biosfera.
Estos ciclos describen los movimientos y las interacciones de los elementos
químicos esenciales para la vida a través de procesos físicos, químicos y
biológicos.
Los flujos de los elementos pueden ser abiertos, como el flujo de energía o
cerrados, como el ciclo de la materia. En otras palabras, se denomina ciclo
biogeoquímico al movimiento de cantidades masivas de elementos químicos
entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos)
mediante una serie de procesos de producción y descomposición. En la biosfera la
materia es limitada de manera que su reciclaje es un punto clave en el
mantenimiento de la vida en la Tierra; de otro modo, los nutrientes se agotarían y
la vida desaparecería.
El ciclo de la materia es una interacción permanente entre la fase biótica y la fase
abiótica, es un proceso sin principio ni fin; es decir, un reciclaje combinado y
continuo, en una serie de procesos autorregulados; los deshechos son el punto de
partida para formar algo nuevo.
Los principales elementos químicos que tienen ciclos bioeoquímicos son: carbono,
hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre. Los ciclos de estos elementos se
combinan de diferentes maneras e interrelacionan entre sí. Un solo elemento
puede convertirse en el factor limitante en el desarrollo de un ecosistema. Por
ejemplo la oferta de nitrógeno puede limitar los procesos vitales en los océanos.
La comprensión de los ciclos biogeoquímicos es esencial para entender el
funcionamiento de la tierra como sistema.
Los elementos químicos o moléculas necesarios para la vida de un organismo se
denominan nutrientes o nutrimentos. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40
elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada
especie. Los elementos requeridos por los organismos se dividen en dos grupos:
a) Macronutrientes: Son los elementos que los organismos necesitan en
grandes cantidades, entre ellos están el carbono, oxígeno, hidrógeno,
nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y
sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más
de 95% de la masa de todos los organismos.
b) Micronutrientes: Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades
pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo.
Existen tres tipos de ciclos biogeoquímicos, que están interconectados:

Gaseoso. En el ciclo gaseoso, los nutrientes circulan principalmente entre
la atmósfera y los organismos vivos. En la mayoría de estos ciclos los
elementos son reciclados rápidamente, con frecuencia en horas o días. Los
principales ciclos gaseosos son los del carbono, oxígeno y nitrógeno.

Sedimentario. Los nutrientes circulan principalmente en la corteza terrestre
(suelo, rocas y sedimentos), la hidrosfera y los organismos vivos. Los
elementos en estos ciclos, generalmente reciclados mucho más lentamente
que en los ciclos atmosféricos, porque los elementos son retenidos en las
rocas sedimentarias durante largo tiempo, con frecuencia de miles a
millones de años y no tienen una fase gaseosa. El fósforo y el azufre son
dos de los 36 elementos reciclados de esta manera.

Hidrológico. Es el proceso de circulación del agua entre los distintos
compartimentos de la hidrósfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en el
que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua
solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico. A
su vez en este tipo de ciclo el agua puede arrastrar consigo diferentes
compuestos y elementos en forma de iones principalmente.
2.2
Ciclo biogeoquímico del Cloro
2.2.1 Propiedades físicas y químicas del Cloro.
El Cloro es un elemento químico de símbolo Cl, número atómico 17 y peso
atómico 35.453. El cloro existe como un gas amarillo-verdoso a temperaturas y
presiones ordinarias. Es el segundo en reactividad entre los halógenos, sólo
después del flúor, y de aquí que se encuentre libre en la naturaleza sólo a las
temperaturas elevadas de los gases volcánicos. Se estima que 0.045% de la
corteza terrestre es cloro. Se combina con metales, no metales y materiales
orgánicos para formar cientos de compuestos.
El cloro presente en la naturaleza se forma de los isótopos estables de masa 35 y
37; se han preparado artificialmente isótopos radiactivos. El gas diatómico tiene un
peso molecular de 70.906. El punto de ebullición del cloro líquido (de color
amarillo-oro) es –34.05ºC a 760 mm de Hg (101.325 kilo pascales) y el punto de
fusión del cloro sólido es -100.98ºC. La temperatura crítica es de 144ºC; la presión
crítica es 76.1 atm (7.71 mega pascales); el volumen crítico es de 1.745 ml/g, y la
densidad en el punto crítico es de 0.573 g/ml. Las propiedades termodinámicas
incluyen el calor de sublimación, que es de 7370 (+-) 10 cal/mol a OK; el calor de
vaporización, de 4878 (+-) 4 cal/mol; a –34.05ºC; el calor de fusión, de 1531
cal/mol; la capacidad calorífica, de 7.99 cal/mol a 1 atm (101.325 kilo pascales) y
0ºC, y 8.2 a 100ºC.
El cloro es uno de los cuatro elementos químicos estrechamente relacionados que
han sido llamados halógenos. El flúor es el más activo químicamente; el yodo y el
bromo son menos activos. El cloro reemplaza al yodo y al bromo de sus sales.
Interviene en reacciones de sustitución o de adición tanto con materiales
orgánicos como inorgánicos. El cloro seco es algo inerte, pero húmedo se
combina directamente con la mayor parte de los elementos.
2.2.2 El ciclo del cloro
El Cloro se encuentra en la naturaleza principalmente como cloruro. La principal
fuente de cloro son los océanos donde se encuentra como Cloruro de Sodio con
una concentración aproximada del 3 al 3,5%. La fotolisis de cloruros de la sal
marina en la atmósfera produce de 2 a 50 kg de ácido clorhídrico por hectárea. Se
estima que las erupciones volcánicas emiten a la atmósfera de 0,5 a 11 millones
de toneladas de cloro al año, principalmente en forma de ácido clorhídrico.
La presencia del ion cloruro en las plantas, madera, suelo y minerales hace que su
combustión produzca inevitablemente compuestos organoclorados (incluyendo
dioxinas y furanos). Por consiguiente los incendios forestales, la quema de
matorrales y vegetación, así como los volcanes (por ej.: Sta. Helena y Kilauea)
producen cantidades significativas y, en algunos casos, masivas de cloro metano.
Las biomasas marina y terrestre emiten, en total, unas 5 millones de toneladas
anuales de dicho compuesto, sobrepasando las emisiones debidas a la actividad
humana, que son solamente del orden de 30.000 t/año. Los compuestos
organohalogenados más simples abundan en nuestro planeta. Así, por ejemplo,
algas marinas, bacterias, hongos de la putrefacción, setas, cedros, cipreses,
fitoplancton e incluso las patatas producen cloro metano.
El cloro, como componente de la sal, se encuentra presente en la sangre y tejidos
de los mamíferos. Los leucocitos de nuestro sistema inmunológico usan cloro para
destruir a los microorganismos invasores, mediante un mecanismo enzimático
(mieloperoxidasa) en el que tiene lugar la liberación de hipoclorito, conocido
desinfectante. También forma parte de la molécula del ácido clorhídrico, el cual
tiene un papel vital en el proceso digestivo de los mismos (destruye los gérmenes
de la comida y asegura que la pepsina rompa las proteínas).
Tal como indica G.W. Gribble, del Departamento de Química de Dartmouth
College (Hanover), se conocen ya más de 2.600 compuestos organohalogenados
producidos por la naturaleza, de los que más de 1 000 son organoclorados (22) .
Muchos de estos productos son idénticos a los generados por el hombre:
clorofenoles, cloroalcanos, PCB's, CFC's y dioxinas. Pero otros muchos poseen
extraordinarias propiedades biológicas similares, por ejemplo, a la penicilina
(cloramfenicol, clorotetraciclina, clazamicina, pirrolomicina, etc), morfina
(epibatidina, 200 veces más activa, producida por la rana Epipedobates tricolor del
Ecuador), o a la nueva droga "taxol" contra el cáncer (prostaglandinas,
spongistatina, etc).
El Cloro en el Suelo y en las Plantas
Los compuestos organoclorados son producidos por organismos marinos
(esponjas, corales, babosas marinas, tunicados, medusas, etc), algas marinas,
plantas, semillas, árboles, hongos, líquenes, algas, bacterias, microbios, e
insectos. Los océanos constituyen la mayor fuente de compuestos
organoclorados; éstos juegan un papel esencial en la supervivencia de los
organismos vivos, cuya capacidad para sintetizar dichas sustancias ha
evolucionado con el tiempo bajo la presión de la selección natural. Así, por
ejemplo, ciertas algas marinas producen telfairina, pesticida muy activo contra los
mosquitos, y el hongo Penicillium griseofulvum produce el fungicida griseofulvina
para defenderse de los hongos enemigos.
En los últimos tiempos, se ha sugerido que el cloro aplicado con los fertilizantes
tiene un efecto negativo en las plantas y en los organismos del suelo. Es
importante distinguir entre el cloro presente en los fertilizantes (cloruro) y el cloro
presente en los desinfectantes y otros compuestos (clorato). Si bien ambos se
derivan del mismo elemento, sus características químicas y su actividad biológica
son dramáticamente diferentes. Como ya dijimos, el cloro existe en la naturaleza
solamente como cloruro y esta forma de cloro reacciona muy poco en el suelo,
además no es tóxico para los microorganismos o para las plantas. Esta es la
forma de cloro presente en los fertilizantes como el cloruro de potasio o muriato de
potasio. A diferencia de los cloruros, los cloratos (Cl2) no existen libres en la
naturaleza y deben ser producidos industrialmente. Los cloratos son
extremadamente reactivos y por esta razón se utilizan por ejemplo como
desinfectantes y en la potabilización del agua.
Las plantas absorben cloro en forma del Ion Cl en un proceso activo que requiere
energía. El cloro tiene diversos papeles en la planta. Algunos son procesos
intracelulares que son muy específicos mientras que otros son procesos de
interacción de la planta con el medio. Ejemplos de estos dos tipos de procesos
son la fotosíntesis (para la óptima evolución del oxígeno), activación de enzimas
(amilasa, esparaginasa sintetasa y ATPasa), funciones osmóticas; actividad de los
estomas (manteniendo la turgencia celular), la tasa de multiplicación celular (la
deficiencia de cloruro reduce esta tasa disminuyendo el crecimiento de las hojas) y
supresión de enfermedades.
Una investigación conducida en EEUU durante la última década ha demostrado
claramente el efecto del cloro en la supresión de enfermedades foliares en
cereales de grano pequeño, maíz, soja y otros cultivos. Aun cuando la respuesta
del cloro en los cultivos ha sido en gran parte asociada a la supresión de
enfermedades, cultivos tropicales como la palma aceitera, el coco y el kiwi tienen
un requerimiento específico muy alto de cloro.
Ciclo Básico del Cloro (Fuente: Elaboración propia)
2. El cloruro es
absorbido por las
plantas de manera
rápida
1. Cloro presente en
océanos en forma de
CLORURO
5. Regresa al medio
ambiente a través
de la transpiración y
orina
3. La combustión y
algunas bacteria y
hongos producen
organoclorados
4. El Cloro ingresa
en el organismo de
animales y del ser
humano a través de
alimentos y NaCl
2.3
El Cloro y la Salud Humana
El Cloro es el principal anión del líquido extracelular, menos del 15% se encuentra
en el interior de las células. Actúa en combinación con el sodio. Es un activador
enzimático y componente del ácido clorhídrico gástrico.
El cuerpo humano está formado mayoritariamente por los elementos oxígeno,
carbono, hidrógeno y nitrógeno. Estos cuatro elementos constituyen el 94,6% de la
masa corporal. El resto lo forman unos cuantos elementos, que por estar en
pequeño porcentaje se llaman "oligoelementos". Una persona de unos 60 kg de
masa tiene unos 100 g de cloro en su cuerpo, lo cual representa un 0,17%.
La mayoría de los átomos de cloro del cuerpo humano están como iones cloruro
Cl. Por esto el organismo necesita tomar cloruro de sodio (sal común) en la dieta.
Los iones cloruro, Cl-(aq) representan las dos terceras partes de la carga negativa
de todos los aniones en la sangre. Juegan un papel esencial en el mantenimiento
de la estabilidad de los fluidos corporales y en el correcto pH de los jugos
gástricos.
Fuente: Revista “Buena Salud”
El cloro se almacena en el organismo en los tejidos subcutáneos y en el
esqueleto. Los jugos gástricos contienen una disolución de cloruros y en el
estómago mantenemos una concentración en ácido clorhídrico, indispensable para
que se realice la digestión.
La mejor manera, sin embargo de proporcionar el cloro indispensable al organismo
es la sal común, aunque no debe abusarse de ella, puesto que al mismo tiempo
que tomamos iones cloruro también entran iones sodio, Na+ y un exceso de estos
iones favorece la retención de agua en las células y puede crear problemas en el
riñón. La carne, la leche y los huevos contienen también iones cloruro y son una
fuente adecuada de éstos.
2
El sudor, la orina y la excreción en el proceso digestivo son las tres maneras que
tiene nuestro organismo de eliminar iones cloruro. Puesto que el organismo
mantiene un perfecto, aunque delicado equilibrio entre el cloro que entra y el que
expulsa, en el caso de que se elimine más cloro del que entra, es indispensable
compensar esta pérdida.
Por otra parte, el cloro en su forma gaseosa es altamente reactivo.
El cloro entra en el cuerpo al ser respirado el aire contaminado o al ser consumido
con comida o agua contaminadas. No permanece en el cuerpo, debido a su
reactividad.
Los efectos del cloro gaseoso en la salud humana dependen de la cantidad de
cloro presente, y del tiempo y la frecuencia de exposición. Los efectos también
dependen de la salud de la persona y de las condiciones del medio cuando la
exposición tuvo lugar.
La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo
afecta negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y
dolor pectoral hasta retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel, los
ojos y el sistema respiratorio. No es probable que estos efectos tengan lugar a
niveles de cloro encontrados normalmente en la naturaleza.
Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro gaseoso. Sin embargo,
estudios de laboratorio muestran que la exposición repetida a cloro en el aire
puede afectar al sistema inmunitario, la sangre, el corazón, y el sistema
respiratorio de los animales.
2.4
Efectos ambientales del uso de Cloro
Se ha demostrado que se generan dioxinas y furanos en procesos tan corrientes
como: hogares domésticos, motores de gasolina, humo de tabaco, incendios,
fuegos naturales, producción de "compost" vegetal en la naturaleza, etc. como
producto de la combustión del ión cloruro. Los resultados obtenidos por diversos
investigadores (T.J. Nestrick, L.L. Lamparski, A. Sheffield) muestran que los
incendios forestales y de maleza son una de las fuentes importantes de dioxinas y
furanos en el medio ambiente. Científicos japoneses han detectado dichas
sustancias en muestras de suelo de hace unos 8.000 años. También se han
detectado estos compuestos en capas de sedimentos de lagos finlandeses,
formadas durante la Edad Media.
El cloro se disuelve cuando se mezcla con el agua. También puede escaparse del
agua e incorporarse al aire bajo ciertas condiciones. La mayoría de las emisiones
de cloro al medio ambiente son al aire y a las aguas superficiales.
Una vez en el aire o en el agua, el cloro reacciona con otros compuestos
químicos. Se combina con material inorgánico en el agua para formar sales de
cloro, y con materia orgánica para formar compuestos organoclorados.
Debido a su reactividad no es probable que el cloro se mueva a través del suelo y
se incorpore a las aguas subterráneas.
2.5
Aplicaciones y usos del Cloro
2.5.1 Producción de insumos industriales y para consumo
Los mayores consumidores de cloro son las compañías que producen dicloruro de
etileno y otros disolventes clorinados, resinas de cloruro de polivinilo (PVC),
clorofluorocarbonos (CFCs) y óxido de propileno. Las compañías papeleras
utilizan cloro para blanquear el papel. Las plantas de tratamiento de agua y de
aguas residuales utilizan cloro para reducir los niveles de microorganismos que
pueden propagar enfermedades entre los humanos (desinfección).
Las principales aplicaciones de cloro son en la producción de un amplio rango de
productos industriales y para consumo. Por ejemplo, es utilizado en la elaboración
de plásticos, solventes para lavado en seco y degrasado de metales, producción
de agroquímicos y fármacos, insecticidas, colorantes y tintes, etc.
2.5.2 Purificación y desinfección
El cloro es un químico importante para la purificación del agua (como en plantas
de tratamiento de agua), en desinfectantes, y en la lejía. El cloro en agua es tres
veces más efectivo como agente desinfectante contra Escherichia coli que una
concentración equivalente de bromo, y más de seis veces más efectiva que una
concentración equivalente de yodo.
El cloro como antiséptico fue introducido en 1835 por Holmes (en Boston) y 1847
Semmelweis (en Viena).El cloro se emplea como desinfectante en mobiliarios,
equipos, instrumental y áreas hospitalarias. El cloro suele ser usado en la forma
de ácido hipocloroso para eliminar bacterias, hongos, parásitos y virus en los
suministros de agua potable y piscinas públicas. En la mayoría de piscinas
privadas, el cloro en sí no se usa, sino hipoclorito de sodio, formado a partir de
cloro e hidróxido de sodio, o tabletas sólidas de isocianuratos clorados. Incluso los
pequeños suministros de agua son clorados rutinariamente ahora.
Suele ser impráctico almacenar y usar el venenoso gas cloro para el tratamiento
de agua, así que se usan métodos alternativos para agregar cloro. Estos incluyen
soluciones de hipoclorito, que liberan gradualmente cloro al agua, y compuestos
como la dicloro-S-triazinatriona de sodio (dihidrato o anhidro), algunas veces
referido como "diclor", y la tricloro-S-triazinatriona, algunas veces referida como
"triclor". Estos compuestos son estables en estado sólido, y pueden ser usados en
forma de polvo, granular, o tableta.
Los compuestos de cloro son usados como intermediarios en la producción de un
gran número de productos industriales importantes que no contienen cloro.
Algunos
ejemplos
son:
policarbonatos,
poliuretanos,
siliconas,
politetrafluoroetileno, carboximetilcelulosa y óxido de propileno.
Uso como un arma
I Guerra Mundial
El gas cloro, también conocido como Umbreon, fue usado como un arma en la I
Guerra Mundial por Tampico el 22 de abril de 1915, en la Segunda Batalla de
Ypres. Como lo describieron los soldados, tenía un olor distintivo de una mezcla
entre pimienta y piña. También tenía gusto metálico y pungía el fondo de la
garganta y el pecho. El cloro puede reaccionar con el agua en la mucosa de los
pulmones para formar ácido clorhídrico, un irritante que puede ser letal. Fue
diseñado por un científico alemán posteriormente laureado con un Premio Nobel,
Fritz Haber del Kaiser-Wilhelm-Institute en Berlín, en colaboración con el
conglomerado químico alemán IG Farben, quienes desarrollaron métodos para
descargar el gas cloro contra una trinchera enemiga. Se alega que el rol de Haber
en el uso del cloro como un arma mortal condujo a su esposa, Clara Immerwahr,
al suicidio. Después de su primer uso, el cloro fue utilizado por ambos lados como
un arma química, pero pronto fue reemplazado por los gases más mortales
fosgeno y gas mostaza.
Guerra de Irak
El gas de cloro también ha sido usado por insurgentes contra la población local y
las fuerzas de coalición en la Guerra de Iraq, en la forma de bombas de cloro. El
17 de marzo del 2007, por ejemplo, tres tanques cargados con cloro fueron
detonados en la provincia de Ámbar, matando a dos, y enfermando a más de 350.
Otros ataques con bombas de cloro resultaron en mayores recuentos de muertos,
con más de 30 muertes en dos ocasiones separadas. La mayoría de las muertes
fueron causadas por la fuerza de las explosiones, en vez de por los efectos del
cloro, dado que el gas tóxico es dispersado rápidamente en la atmósfera por la
explosión. Las autoridades iraquíes han incrementado la seguridad para el manejo
del cloro, que es esencial para proveer agua potable segura para la población.
Otros usos
El cloro es usado en la manufactura de numerosos compuestos orgánicos
clorados, siendo los más significativos en términos de volumen de producción el
1,2-dicloroetano y el cloruro de vinilo, intermediarios en la producción del PVC.
Otros organoclorados particularmente importantes son el cloruro de metilo, cloruro
de metileno, cloroformo, cloruro de vinilideno, tricloroetileno, percloroetileno,
cloruro de alilo, epiclorhidrina, clorobenceno, diclorobencenos y triclorobencenos.
El cloro también es usado en la producción de cloratos y en la extracción de
bromo.
3. Conclusiones



El Cloro se encuentra en la naturaleza como ión cloruro cuyo ciclo
biogeoquímico puede resultar alterado por la intervención humana dando
como resultado la formación de compuestos tóxicos como dioxinas y
furanos (organoclorados).
El Cloro es un elemento que pertenece a los micronutrientes pero esencial
para procesos fisiológicos celulares tanto de animales como de vegetales y
obviamente el ser humano
Es importante conocer la diferencia entre cloruros y cloratos, ya que los
primeros sí se pueden utilizar como fertilizantes porque se producen en la
propia naturaleza
4. Bibliografía
-
www,Wikipedia.com
Revista “Buena Salud”
“Fundamentos de la ciencia del Suelo” Henry D. Foth