Óxido de cloro (V)

¿Qué es el óxido de cloro (V)?

El óxido de cloro (V) es un compuesto inorgánico altamente inestable cuya fórmula química es Cl₂O₅. Es uno de los tantos óxidos de cloro, los cuales se caracterizan por ser moleculares, o incluso, especies radicales.

El Cl₂O₅ solo ha hallado vida en el papel y los cálculos teóricos. Sin embargo, su existencia no se ha descartado y es probable que algún día pueda ser caracterizado (por técnicas de espectroscopia avanzadas). Lo que por conceptos generales de química se puede predecir de este óxido, es que es el anhídrido del ácido clórico, HClO₃.

Arriba se muestra la hipotética molécula de óxido de cloro (V). Nótese que por tratarse de una molécula, no se considera en absoluto la presencia del ion Cl⁺⁵, aún menos cuando este debe tener un poder polarizante tal para obligar al oxígeno enlazarse covalentemente.

Como todo compuesto inestable, libera energía para descomponerse en productos más estables, proceso que en muchos casos es explosivo. Cuando el Cl₂O₅ se descompone libera ClO₂ y O₂. Se teoriza que en el agua, dependiendo de cuál sea el isómero de Cl₂O₅, pueden formarse varios oxoácidos de cloro.

Propiedades del óxido de cloro (V)

Su masa molar sería de 150,9030 g/mol. A partir de esta masa, y de su hipotética molécula, puede conjeturarse que de poder aislarse sería probablemente un líquido aceitoso; claro está, comparándolo con la apariencia física del Cl₂O₇.

Aunque no pueda aislarse ni caracterizarse, este óxido de cloro es ácido, covalente y además debe de tener un momento dipolar pequeño. Su acidez es comprensible si se analiza la ecuación química de su hidrólisis:

Cl₂O₅  +  H₂O   2HClO₃

Siendo el HClO₃ el ácido clórico. La reacción inversa resultaría en el caso de que se pueda deshidratar el ácido:

2HClO₃  => Cl₂O₅  +  H₂O

Por otro lado, cuando el Cl₂O₅ apenas se produce, se descompone:

2Cl₂O₅ => 4ClO₂ + O₂

Es, por lo tanto, una especie intermediaria en lugar de un óxido propiamente hablando. Su descomposición debe ser tan rápida (considerando que siquiera se forme el Cl₂O₅), que no ha podido ser detectado por las técnicas actuales de análisis instrumental.

Estructura del óxido de cloro (V)

• Molécula. En la imagen superior se mostró la estructura de la hipotética molécula de Cl₂O₅ con un modelo de esferas y barras. Las esferas rojas representan los átomos de oxígeno, y las verdes a los del cloro. Cada cloro tiene un entorno pirámide trigonal, por lo que su hibridación debe de ser sp³. Así, la molécula de Cl₂O₅ puede verse como dos pirámides trigonales unidas por un oxígeno. Pero si se observa cuidadosamente, una pirámide orienta sus átomos de oxígeno hacia abajo, y la otra hacia fuera del plano (en dirección al lector). De aquí se presume que existan rotaciones en el enlace O₂Cl-O-ClO₂, haciendo que la molécula sea relativamente dinámica. Nótese que la fórmula O₂ClOClO₂ es una manera de representar la estructura del Cl₂O₅.

• Estructura de Lewis. Hasta ahora, la molécula por sí misma no ha permitido descifrar a qué se debe su inestabilidad. Para arrojar luz a esta interrogante, se recurre a su estructura de Lewis, representada arriba. Nótese que puede pensarse equivocadamente que la estructura sea plana, pero en el subapartado anterior se aclaró que no es así. Ambos átomos de cloro tienen cargas formales positivas porque al cloro le queda un par libre de electrones, lo cual puede comprobarse al aplicársele la Teoría de Enlace de Valencia (que por motivo de simplificación no se hará aquí). Así, su carga formal es:

C_f = 7 – (4 + 2) = 1

• Inestabilidad. ¿Y qué tiene que ver esto con su inestabilidad? Pues que el cloro es considerablemente electronegativo, y, por tanto, un mal portador de cargas formales positivas. Esto vuelve al Cl₂O₅ una especie sumamente ácida, ya que necesita ganar electrones para surtir la demanda electrónica de los dos cloros. Lo contrario sucede con el Br₂O₅ y el I₂O₅, óxidos que sí existen en condiciones normales. Esto se debe a que tanto el bromo como el yodo son menos electronegativos que el cloro, y, por lo tanto, soportan mejor la carga formal positiva.
• Isómeros y sus respectivas hidrólisis. Hasta ahora, toda la explicación ha recaído en uno de los dos isómeros del Cl₂O₅: el O₂ClOClO₂. El otro es el O₃ClOClO. En este isómero los cloros carecen de cargas formales positivas, y deberían por ende ser una molécula más estable. No obstante, tanto el O₂ClOClO₂ como el O₃ClOClO deberían sufrir reacciones de hidrólisis:

O₂Cl-O-ClO₂ + H₂O => 2O₂Cl-OH (los cuales no son más que el HClO₃)

O₃Cl-O-ClO + H₂O => O₃Cl-OH (HClO₄) + HO-ClO (HClO₂)

Nótese que pueden formarse hasta tres oxoácidos de cloro: HClO₃, HClO₄ y HClO₂

Nomenclatura del óxido de cloro (V)

Su nombre, “óxido de cloro (V)”, corresponde al asignado de acuerdo a la nomenclatura stock. El Cl₂O₅ puede asimismo tener otros dos nombres: pentaóxido de dicloro y anhídrido clórico, asignados por las nomenclaturas sistemática y tradicional, respectivamente.

Usos del óxido de cloro (V)

Más que el de motivar estudios computacionales, el Cl₂O₅ carecerá de uso hasta que sea descubierto, aislado, caracterizado, almacenado y haya demostrado que no explote al menor contacto.

Referencias

1. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). Mc Graw Hill.
2. Luján Quiroga, S., Perissinotti, L.J. Chlorine Oxoacids and Structure of Dichlorine Oxides. Chem. Educator, Vol. 16.
3. Óxido de cloro (V). Recuperado de formulacionquimica.com.
4. Linus Pauling. General Chemistry. Dover Publications, INC.
5. Richard C. Ropp. Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. ElSevier.