Perclorato: proprietà, sintesi, reazioni

Il perclorato è uno anione poliatomico avente formula ClO₄^– in cui il cloro presenta numero di ossidazione +7.

Il cloro è legato a tre atomi di ossigeno tramite doppio legame e a un atomo di ossigeno carico negativamente tramite legame semplice pertanto lo ione perclorato che presenta una struttura tetraedrica con angolo di legame di 109.5° è stabilizzato per risonanza.

Proprietà del perclorato

Lo ione è molto stabile in acqua e i suoi sali sono altamente solubili in acqua. I perclorati sono presenti in natura nelle miniere di nitrato di sodio e sono in genere solubili in acqua e spesso in soluzioni non acquose.

I perclorati più noti sono il perclorato di ammonio NH₄ClO₄, quello di sodio NaClO₄ e  quello di potassio. Le soluzioni di perclorato di sodio e di potassio sono neutre in quanto derivano da acido forte ovvero l’acido perclorico HClO₄ che ha una costante di dissociazione dell’ordine di 10⁸ e da basi forti rispettivamente NaOH e KOH.

Le soluzioni di perclorato di ammonio che deriva da un acido forte e dalla base debole NH₃ sono acide.

Sintesi

Il perclorato può essere ottenuto per via elettrolitica che avviene in due stadi. Nel primo stadio avviene l’ossidazione del cloruro di sodio a clorato di sodio utilizzando un elettrodo di grafite secondo la seguente semireazione che avviene all’anodo:
4 Cl^– + 36 OH^– → 4 ClO₃^– + 3 O₂ + 18 H₂O + 36 e^–

Nel secondo stadio avviene l’ossidazione del clorato secondo la semireazione:
ClO₃^– + H₂O → ClO₄^– + 2 H⁺ + 2 e^–

Il potenziale standard di riduzione di quest’ultima semireazione è di – 1.19 V molto vicino a quello dell’acqua che è di – 1.23 V pertanto per minimizzare la formazione di O₂  dovuto alla semireazione di ossidazione:
2 H₂O → 4 H⁺ + O₂ + 4 e^–
si opera a un potenziale elevato che richiede l’utilizzo di un elettrodo di platino o di biossido piombo.

Reattività

La principale proprietà dei perclorati risiede nel loro potere ossidante in quanto in essi il cloro ha il numero di ossidazione più alto.

Le soluzioni contenenti ioni perclorato, tuttavia, se sono fredde o diluite non manifestano un elevato potere ossidante.

Lo ione perclorato ossida ioni metallici con numero di ossidazione +2 come ferro, cromo, manganese e nichel  mentre il cloro si riduce a numero di ossidazione -1. In ambiente basico avviene la reazione generale:
ClO₄^– + 8 M²⁺ + 4 H₂O → Cl^– + 8 M³⁺ + 8 OH^–

mentre in ambiente acido avviene la reazione:
ClO₄^– + 8 M²⁺ + 8 H⁺ → Cl^– + 8 M³⁺ + 4 H₂O
dove con M si è indicato un generico metallo.

Usi

Il perclorato è utilizzato nei propellenti per razzi e, in particolare il composito costituito da perclorato di ammonio e di alluminio quale componente del combustibile solido per missili.

È utilizzato per controllare l’elettricità statica negli imballaggi per alimenti. Il perclorato di potassio è stato utilizzato per il trattamento dell’ipertiroidismo.

Il perclorato è utilizzato:

• Fuochi di artificio
• Esplosivi
• Razzi di segnalazione
• Detergenti al cloro
• Fertilizzanti
• Fiammiferi

Impatto ambientale

Lo ione è un contaminante rilasciato nell’ambiente derivante dall’uso dei fertilizzanti, dalla produzione, smaltimento e uso del perclorato di ammonio, dalla degradazione dell’ipoclorito di sodio usato per disinfettare l’acqua. Si presenta anche come contaminante ambientale derivante dalla produzione, uso e smaltimento del perclorato di ammonio utilizzato nei propellenti dei razzi, esplosivi, fuochi d’artificio, razzi e dispositivi di gonfiaggio degli airbag e in altri processi industriali.

L’acqua e il suolo sono quindi considerati come potenziali fonti di contaminazione negli alimenti.
Non è ancora stato sufficientemente chiarito l’impatto sugli ecosistemi, la tossicità e gli effetti sulla salute dei perclorati.
L’Unione Europea il 25 maggio 2020 e con decorrenza dal 1° luglio 2020 ha aggiornato i livelli massimi di questo ione che possono essere contenuti in alcuni alimenti.