El diclorometano, también conocido como cloruro de metileno o DCM, es un líquido incoloro y muy volátil con un olor dulce parecido al cloroformo. Su fórmula química es CH2Cl2 y es un disolvente industrial muy utilizado con una variedad de aplicaciones. Representa el 25% de la producción total de clorometanos (CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4).
Tabla de contenido
1. Propiedades físicas del diclorometano
El diclorometano es un líquido volátil incoloro con un olor ligeramente dulce que puede formar mezclas azeotrópicas con diversas sustancias.
El diclorometano (DCM), a pesar de poseer límites de inflamabilidad en el aire, exhibe un comportamiento único que desafía la clasificación convencional. Si bien su rango de inflamabilidad del vapor existe entre 13-22% a 20°C, la ignición es difícil debido al alto requerimiento de energía de ignición (9100 mJ para una mezcla del 18%).
Esto contrasta con los disolventes inflamables típicos, lo que hace que el DCM sea resistente a la ignición por fuentes de baja energía como cigarrillos o chispas. Sin embargo, las fuentes de alta energía, como sopletes o llamas de soldadura, suponen un riesgo de incendio.
Carece de un punto de inflamación mensurable según los estándares de prueba establecidos, lo que complica aún más su perfil de inflamabilidad. Además, puede elevar los puntos de inflamación de otros líquidos inflamables cuando se mezclan, lo que ofrece posibles beneficios de seguridad contra incendios en casos específicos.
Dadas estas complejidades, el diclorometano se encuentra dentro de la clase de temperatura 1 (ATEX) debido a sus límites de inflamabilidad.
Sus principales propiedades físicas se enumeran en la siguiente tabla:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Peso molecular (g/mol) | 84,93 |
| Punto de ebullición a 1 bar (°C) | 40.0 |
| Punto de fusión (°C) | -95,1 |
| Presión de vapor a 20 °C (mbar) | 467 |
| Entalpía de vaporización (kJ/mol) | 27,99 |
| Entalpía de fusión en el punto de fusión (kJ/mol) | 6.2 |
| Densidad del líquido a 20 °C (kg/m³) | 1326.6 |
| Densidad del vapor en el punto de ebullición (kg/m³) | 3.406 |
| Coeficiente de expansión cúbica del líquido (0–40°C) (K⁻¹) | 0,00137 |
| Entalpía de formación de vapor a 25°C, 1 bar (kJ/mol) | -92,47 |
| Energía libre de Gibbs de formación de vapor a 25°C, 1 bar (kJ/mol) | -65,87 |
| Capacidad calorífica específica del vapor a 25°C, 1 bar (kJ kg⁻¹ K⁻¹) | 0,600 |
| Entalpía de formación de líquido a 25°C (kJ/mol) | -121,46 |
| Energía libre de Gibbs de formación de líquido a 25°C (kJ/mol) | -67,26 |
| Capacidad calorífica específica del líquido a 25 °C (kJ kg⁻¹ K⁻¹) | 1.177 |
| Temperatura crítica (Tc) (°C) | 245 |
| Presión crítica (atm) | 60,9 |
| Volumen crítico (mL/mol) | 0,1815 |
| Factor de compresibilidad crítico | 0,2731 |
| Conductividad térmica del vapor (W K⁻¹ m⁻¹) | 0,00758 |
| Conductividad térmica del líquido a 20°C (W K⁻¹ m⁻¹) | 0,156 |
| Tensión superficial a 20°C (10⁻³ N/m) | 28.2 |
| Viscosidad del líquido a 20°C (cP) | 0,425 |
| Momento dipolar | 1,59 |
| Índice de refracción del líquido a 25°C | 1,4244 |
| Constante dieléctrica del vapor a 20°C | 1.01 |
| Constante dieléctrica del líquido a 20°C | 9.10 |
| Temperatura de ignición (°C) | 605 |
| Límites de ignición en aire, menor vol% | 13 |
| Límites de ignición en el aire, % vol superior | 22 |
| Coeficiente de partición aire/agua a 20°C | 0,12 |
| Coeficiente de reparto n-octanol/agua a 20°C como log Pow | 1,25 |
2. Propiedades químicas del diclorometano
El diclorometano es térmicamente estable y tolera la exposición a corto plazo a temperaturas superiores a 140 °C e incluso 120 °C en presencia de oxígeno. Sin embargo, su descomposición depende de varios otros factores:
- Tiempo de exposición: el calentamiento prolongado acelera la descomposición.
- Humedad y otros productos químicos: la presencia de humedad, óxido o productos químicos específicos puede promover la descomposición.
- Material del contenedor: el acero suave, el acero inoxidable y el vidrio ofrecen una mejor compatibilidad que materiales como el aluminio.
En presencia de calor o llamas, el diclorometano se descompone en cloruro de hidrógeno y trazas de fosgeno (con oxígeno). La fotooxidación del DCM produce dióxido de carbono, cloruro de hidrógeno y pequeñas cantidades de fosgeno. Las reacciones con dióxido de nitrógeno producen monóxido de carbono, monóxido de nitrógeno y cloruro de hidrógeno.
Aunque es estable con la mayoría de los metales de construcción, el diclorometano reacciona con el zinc, el aluminio, el magnesio y sus aleaciones en reacciones similares a las de Grignard, provocando corrosión. Se recomienda diclorometano estabilizado para el contacto con dichos metales.
El diclorometano sufre una hidrólisis insignificante durante la evaporación, pero se hidroliza lentamente con el tiempo a temperatura ambiente, generando formaldehído y cloruro de hidrógeno. Esto explica la oxidación observada en las superficies de acero.
Los estabilizadores adecuados, que actúan como eliminadores de ácidos y radicales, son cruciales para el almacenamiento y uso. El tratamiento con vapor a presión elevada hidroliza fácilmente el diclorometano.
Los procesos de cloración térmica o fotoquímica pueden introducir más átomos de cloro en el diclorometano, que se utiliza para la producción de más metanos sustituidos como cloroformo y tetraclorometano.
Bromo o bromuro de hidrógeno, con El cloruro de aluminio como catalizador, puede sustituir el cloro por bromo formando clorobromometano o dibromometano.
La reacción de DCM con fluoruro de hidrógeno produce difluorometano (HFC-32).
Utilizando aluminio como catalizador a 220 °C y 90 MPa, la carbonilación del diclorometano produce cloruro de cloroacetilo.
Una solución alcohólica de amoníaco produce hexametilentetramina con DCM a 125 °C.
Las reacciones con fenolatos imitan las reacciones de formaldehído-fenol.
3. Producción de diclorometano
El diclorometano se produce industrialmente mediante la cloración directa de metano y monoclorometano con cloro. Este proceso se lleva a cabo a altas temperaturas (400–500 °C) y genera una mezcla de derivados clorados del metano, incluido el clorometano, cloroformo, tetracloruro de carbono y DCM.
Se separa el diclorometano de la mezcla y se purifica por destilación.
Puede encontrar una descripción detallada del proceso industrial en los artículos sobre cloroformo y tetraclorometano.
a) Reactor de circuito; b) Enfriador de gas de proceso; c) apagar; d) Separador de gas/líquido; e) absorción de HCl; f) Sistema de neutralización; g) columna de secado de ácido sulfúrico; h) Compresor; i) Primera etapa de condensación; j) Segundo condensador; k) Recipiente amortiguador de condensado; l1–l4) Columnas de destilación para CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4
La fotocloración surge como una alternativa potencial para la producción de diclorometano. Utiliza una vía radicalaria para convertir selectivamente monoclorometano en DCM a -20 °C mediante lámparas UV, lo que da como resultado un producto con un contenido mínimo de triclorometano (2 a 3 %).
Este proceso no se puede utilizar para la cloración directa de metano. Los estudios informan su eficacia para purificar el diclorometano de las impurezas de los componentes C2.
4. Usos del diclorometano
El diclorometano se utiliza en aplicaciones industriales, principalmente como disolvente para la síntesis química, extracción y purificación de ingredientes farmacéuticamente activos como antibióticos, vitaminas, cafeína y sabores.
Se emplea en la fabricación de plásticos de policarbonato y ofrece propiedades similares al vidrio.
DCM actúa como agente espumante en la producción de espumas blandas de poliuretano.
La capacidad del diclorometano para disolver diversos compuestos orgánicos lo hace valioso como solvente para máquinas de limpieza de metales, adhesivos y limpiadores especiales y en laboratorios.
El DCM se utiliza como material de partida para producir difluorometano (HFC-32), un refrigerante de baja temperatura utilizado en mezclas como R-407C y R-410A.
Se ha utilizado en decapantes de pintura, pero ha sido restringido o prohibido en muchos países industrializados por motivos de seguridad. Su alta volatilidad y sus aplicaciones al aire libre en el decapado de pintura pueden provocar una exposición incontrolada, lo que supone riesgos para la salud.
La mejor forma de garantizar el uso seguro de los productos basados en DCM es mediante profesionales capacitados o en sistemas cerrados, según lo permitido en determinadas regiones.
5. Toxicología del diclorometano
Si bien el diclorometano (DCM) presenta una toxicidad moderada tras la ingestión, su principal peligro radica en sus efectos en los ojos y la piel. Puede causar un dolor significativo, pero la absorción suele ser limitada debido a su rápida evaporación. Sin embargo, la inhalación presenta la principal vía de exposición.
Efectos de la inhalación de alto nivel:
- La exposición superior a 1000 ppm provoca anestesia y falta de coordinación.
- El metabolismo del DCM en monóxido de carbono da como resultado la formación de carboxihemoglobina (COHb), imitando la intoxicación por monóxido de carbono.
- En niveles de exposición aceptables, los posibles efectos adversos de la COHb probablemente afecten únicamente a personas con problemas cardiovasculares o respiratorios preexistentes.
Otras preocupaciones toxicológicas:
- DCM exhibe teratogenicidad limitada (defectos de nacimiento) en animales y actividad mutagénica débil en pruebas in vitro.
- No se observó genotoxicidad (daño genético) in vivo.
- Si bien los estudios en animales relacionan la exposición por inhalación con tumores de pulmón y de hígado en ratones (no en ratas ni en hámsteres), esta carcinogenicidad parece irrelevante para los humanos debido a las diferentes vías metabólicas.
- Investigaciones recientes sugieren que la hipoxia y la señalización circadiana alterada son posibles factores clave en los tumores de ratón inducidos por diclorometano.
- A pesar de que la IARC clasifica el DCM como «probablemente cancerígeno para los seres humanos» basándose en similitudes metabólicas teóricas, los datos epidemiológicos disponibles de exposiciones ocupacionales de hasta 100 ppm no muestran efectos cancerígenos en los seres humanos.
- Los límites de exposición ocupacional (OEL) al diclorometano suelen oscilar entre 25 y 100 ppm, lo que refleja la necesidad de una manipulación cuidadosa y una ventilación adecuada.
Referencia
- Chloromethanes; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_233.pub4
