Calcul du chlore disponible (chlore actif)

Calcul du chlore disponible

I. Définition

La teneur en chlore actif des désinfectants chlorés ne correspond pas à la quantité de chlore, mais plutôt au pouvoir oxydant du désinfectant, exprimé en équivalent chlore. Plus précisément, elle représente la quantité de chlore gazeux dont le pouvoir oxydant est équivalent à celui d'une quantité donnée de désinfectant lorsqu'elle réagit complètement avec un acide. Par exemple, si 100 g d'hypochlorite de calcium réagissent complètement avec l'acide chlorhydrique pour libérer 99,3 g de chlore, la teneur en chlore actif de l'hypochlorite de calcium est de 99,3 %. Ainsi, la teneur en chlore actif reflète le pouvoir oxydant des désinfectants chlorés. Plus la teneur en chlore actif est élevée, plus le pouvoir désinfectant est important, et inversement.

La teneur en chlore actif est généralement exprimée en milligrammes par litre (mg/L) ou en parties par million (ppm). Par exemple, 100 ppm indiquent que le pouvoir oxydant d'un litre de solution désinfectante (100 g) est équivalent à 0,1 g (100 mg) de chlore. On peut donc également l'écrire 100 mg/L ou simplement mg/L.

Lorsque la teneur en chlore actif d'un désinfectant chloré est très élevée, elle peut être exprimée en pourcentage. Par exemple, une teneur en chlore actif de 1 % correspond à 10 000 ppm (10 000 mg/L, soit 10 g de chlore actif par litre).

II. Calcul du chlore disponible

Calcul basé sur le transfert d'électrons

Chlore disponible = Coefficient d'efficacité × Teneur en chlore

Où:

Coefficient d'efficacité = Nombre d'électrons gagnés / Nombre d'atomes de Cl (le nombre d'atomes de chlore dans la molécule de désinfectant ; le nombre d'électrons gagnés est le changement net d'électrons par atome de chlore).

Teneur en chlore = Poids atomique du chlore / Poids moléculaire du composé désinfectant.

Le résultat représente le nombre d'électrons gagnés par atome de chlore multiplié par le pourcentage de chlore dans le composé désinfectant.

Exemples :

Cl₂ : (2/71) × 35,5 = 1

NaClO : (2/74,5) × 35,5 = 0,953

Ca(ClO)₂ : (4/143) × 35,5 = 0,993

ClO₂ : (5/67,5) × 35,5 = 2,63

Le chlore disponible désigne le chlore présent à l'état d'oxydation positif dans les chlorures. Son calcul repose sur la diminution de l'état d'oxydation lors des réactions d'oxydoréduction. Par convention, le chlore disponible du Cl₂ est défini comme étant de 100 %. Le Cl₂ peut être considéré comme constitué d'un ion Cl⁺ et d'un ion Cl⁻. Dans le ClO₂, le chlore est à l'état d'oxydation +4 et doit gagner 5 électrons pour atteindre l'état d'oxydation -1. Ainsi, sa teneur en chlore disponible est 5 fois supérieure à sa teneur en chlore actif. La teneur en chlore actif du ClO₂ est de 35,5/67,5 ≈ 52,6 %, donc sa teneur en chlore disponible est de 52,6 % × 5 = 2,63. Ceci explique pourquoi le chlore disponible du ClO₂ est 2,63 fois supérieur à celui du Cl₂.

Cependant, si l'on considère Cl₂ comme référence (100 %), le chlore qu'il contient a un degré d'oxydation de 0 et gagne un électron pour atteindre -1, tandis que ClO₂ gagne cinq électrons. Ainsi, à quantité de substance égale, ClO₂ possède un pouvoir oxydant cinq fois supérieur à celui de Cl₂.

Le chlore disponible dans une solution d'hypochlorite de sodium (NaClO) provient de l'acide hypochloreux (HClO). L'hypochlorite de sodium est un électrolyte faible qui subit une légère hydrolyse en solution, maintenant ainsi un équilibre d'ionisation.

NaClO + H₂O ⇌ HClO + NaOH

ou : ClO⁻ + H₂O ⇌ HClO + OH⁻

Par conséquent, le composant actif est HClO, qui constitue le chlore disponible.

Peut-on calculer la quantité de chlore disponible dans l'hypochlorite de sodium en utilisant la méthode de transfert d'électrons ?

Dans l'hypochlorite de sodium, le chlore passe de +1 à -1, gagnant 2 électrons.

Teneur en chlore = 35,5 / (23 + 35,5 + 16) = 47,65 %

Ainsi, sa teneur en chlore disponible est de 47,65 % × 2 = 95,3 %.

Calcul basé sur les équations de réaction (détermination expérimentale)

① La teneur en chlore actif est définie comme le rapport entre la masse de Cl₂ nécessaire pour oxyder la même quantité d'I₂ provenant de KI et la masse du composé spécifié, souvent exprimée en pourcentage. Par exemple, la teneur en chlore actif du LiClO₄ pur est de 121 %.

Réactions :

Ca(ClO)₂ + 4HCl → 2Cl₂↑ + CaCl₂ + 2H₂O

Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂

2Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ + 2NaI

② Le chlore disponible est calculé en fonction de la quantité de chlore gazeux produite lorsque le désinfectant réagit avec l'acide chlorhydrique.

Pour l'hypochlorite de sodium réagissant avec l'acide chlorhydrique :

NaClO + 2HCl → Cl₂↑ + NaCl + H₂O

74,5 g → 71 g

1 g → 0,953 g

Ainsi, 1 g d'hypochlorite de sodium produit 0,953 g de chlore gazeux, ce qui correspond au résultat de la méthode de transfert d'électrons.