Una candeggina più verde

Rimuovere una macchia dai vestiti può essere un compito molto difficile. Sbarazzarsi della macchia non è una questione di rimozione delle molecole come i detergenti. Le molecole macchiate vengono cambiate chimicamente in modo da non riflettere più la luce nello stesso modo di prima. Questo processo si chiama decolorazione o sbiancamento. Le macchie naturali e alcuni coloranti prodotti dall’erba provengono da composti chimici chiamati cromofori. I cromofori possono assorbire la luce a specifiche lunghezze d’onda e quindi causare colori.1

La candeggina domestica ordinaria, l’ipoclorito di sodio (NaClO), agisce su una macchia attraverso il processo chimico chiamato riduzione per ossidazione, o reazione redox. L’ossidazione è generalmente definita come perdita di elettroni e la riduzione come guadagno di elettroni. I due processi di ossidazione e riduzione avvengono insieme; così un composto si riduce nel processo di ossidazione di un altro. I candeggianti al cloro sono agenti ossidanti; quando il cloro reagisce con l’acqua, produce acido cloridrico e ossigeno atomico. L’ossigeno reagisce facilmente con i cromofori per rimuovere elettroni dalla molecola, cambiando chimicamente la struttura della molecola e le proprietà fisiche che causano il colore vengono cambiate.1

I candeggianti al cloro funzionano in modo efficiente ed economico. Tuttavia, a volte l’ossidazione con i candeggianti al cloro comporta l’aggiunta di atomi di cloro alle molecole delle macchie colorate piuttosto che la semplice eliminazione degli elettroni. L’aggiunta di cloro al flusso di rifiuti può portare alla formazione di sottoprodotti pericolosi, come le diossine. Le diossine sono un gruppo di centinaia di composti dalla struttura simile che hanno la capacità di bioaccumularsi. Le fonti principali di diossine provengono dalla combustione dei rifiuti e dagli incendi boschivi, ma le diossine possono anche essere aggiunte all’ambiente da processi industriali che usano il cloro, come la produzione di tessuti e carta. L’esposizione a grandi quantità di diossine può causare una condizione nota come cloracne. La cloracne è una grave malattia della pelle che causa la comparsa di lesioni sul viso e sulla parte superiore del corpo. Alte esposizioni alle diossine sono state anche collegate all’aumento delle minacce di cancro. La loro tendenza a indugiare nell’ambiente ha spinto l’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti a lavorare con l’industria per trovare modi per limitare il loro uso.2

Il cloro su larga scala è mortale per un ambiente. Sono disponibili altre alternative o sbiancanti non a base di cloro. I candeggianti non a base di cloro contengono perossido di idrogeno o solidi come il perborato o il percarbonato che reagiscono con l’acqua per rilasciare perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno si decompone in ossigeno gassoso e acqua, come mostrato nell’equazione 1.1

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Nel processo di decomposizione, l’H2O2 rilascia radicali liberi, intermedi altamente reattivi che ossidano altre molecole togliendo loro elettroni. Se queste altre molecole sono macchie colorate o pigmenti, i cambiamenti chimici che avvengono dalla loro ossidazione possono cambiare le loro proprietà fisiche, rendendole incolori.1

Il perossido di idrogeno è un’alternativa più verde ed ecologica ai reagenti sbiancanti al cloro. Tuttavia, la sfida di sostituire i candeggianti al cloro con il perossido di idrogeno presenta due problemi. Il processo di ossidazione del perossido può essere indiscriminato; qualsiasi molecola può reagire con i radicali liberi. Il secondo problema con l’uso del perossido di idrogeno è il requisito di temperature e pressioni più elevate con tempi di reazione più lunghi per ottenere gli stessi risultati del candeggio al cloro. Nella produzione, questo porta a costi più alti per l’energia, le attrezzature e la manodopera.1

Questo problema ha portato i ricercatori della Carnegie Mellon University a sviluppare molecole chiamate tetraamido ligandi macrociclici (TAML) per funzionare come catalizzatori nella reazione di candeggio del perossido di idrogeno. La loro aggiunta permette alla reazione di procedere a temperature e pressioni molto più basse e di ottenere una maggiore selettività di reazione.3 L’H2O2 attivato dal TAML è un esempio ideale di chimica verde al lavoro. È fatta da sostanze biochimiche naturali, riduce i costi energetici e riduce l’inquinamento da cloro.

Da ChemPRIME: 11.17: Agenti ossidanti comuni