Dwutlenek chloru
|
|||
|
|||
| Nazwy | |||
|---|---|---|---|
|
nazwa IUPAC
Dwutlenek chloru
|
|||
| Inne nazwy Tlenek chloru(IV).
|
|||
| Identyfikatory | |||
|
Model 3D ( JSmol )
|
|||
| CHEBI | |||
| ChemSpider | |||
| Karta informacyjna ECHA | 100.030.135 | ||
| Numer WE |
|
||
| 1265 | |||
| Siatka | Chlor + dwutlenek | ||
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|||
| Numer RTECS |
|
||
| UNII | |||
| Numer ONZ | 9191 | ||
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
| Nieruchomości | |||
| ClO 2 _ | |||
| Masa cząsteczkowa | 67,45 g·mol -1 | ||
| Wygląd | Żółty do czerwonawego gazu | ||
| Zapach | Gryzący | ||
| Gęstość | 2,757 g sm -3 | ||
| Temperatura topnienia | -59 ° C (-74 ° F; 214 K) | ||
| Temperatura wrzenia | 11 ° C (52 ° F; 284 K) | ||
| 8 g/L w temperaturze 20°C | |||
| Rozpuszczalność | Rozpuszczalny w roztworach alkalicznych i kwasie siarkowym | ||
| Ciśnienie pary | >1 atm | ||
|
Stała prawa Henry'ego
( k H ) |
4,01 × 10-2 atm m 3 mol - 1 | ||
| Kwasowość ( p Ka ) | 3.0(5) | ||
| Termochemia | |||
|
Standardowa entropia molowa ( S ⦵ 298 ) |
257,22 JK -1 mol -1 | ||
|
Standardowa entalpia formowania (Δ f H ⦵ 298 ) |
104,60 kJ/mol | ||
| Zagrożenia | |||
| Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP): | |||
|
Główne zagrożenia
|
Wysoce toksyczny, żrący, niestabilny, silny utleniacz | ||
| Oznakowanie GHS : | |||
  
|
|||
| Niebezpieczeństwo | |||
| H271 , H300+H310+H330 , H314 , H372 | |||
| P210 , P220 , P260 , P264 , P271 , P280 , P283 , P284 , P301+P310 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P306 +P360 , P371+P380+P375 , P403+P233 , P405 , P501 | |||
| NFPA 704 (ognisty diament) | |||
| Śmiertelna dawka lub stężenie (LD, LC): | |||
|
LD 50 ( mediana dawki )
|
94 mg/kg (doustnie, szczur) | ||
|
LC Lo ( najniższy opublikowany )
|
260 ppm (szczur, 2 godz.) | ||
| NIOSH (limity narażenia na zdrowie w USA): | |||
|
PEL (dopuszczalny)
|
TWA 0,1 ppm (0,3 mg/ m3 ) | ||
|
REL (zalecane)
|
TWA 0,1 ppm (0,3 mg/m 3 ) ST 0,3 ppm (0,9 mg/m 3 ) | ||
|
IDLH (bezpośrednie zagrożenie)
|
5 stron na minutę | ||
| Karta charakterystyki (SDS) | Archiwum kart charakterystyki . | ||
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|||
Dwutlenek chloru to związek chemiczny o wzorze ClO 2 , który występuje w postaci żółtawo-zielonego gazu powyżej 11 °C, czerwonawo-brązowej cieczy między 11 °C a -59 °C oraz jasnopomarańczowych kryształów poniżej -59 °C. Zwykle jest traktowany jako roztwór wodny. Jest również powszechnie stosowany jako wybielacz . Nowsze osiągnięcia rozszerzyły jego zastosowania w przetwórstwie spożywczym i jako środek dezynfekujący.
Struktura i wiązanie
Cząsteczka ClO 2 ma nieparzystą liczbę elektronów walencyjnych , a zatem jest rodnikiem paramagnetycznym . Jest to niezwykły „przykład cząsteczki o nieparzystych elektronach, która jest stabilna w kierunku dimeryzacji” ( innym przykładem jest tlenek azotu ).
W 1933 roku Lawrence O. Brockway , doktorant Linusa Paulinga , zaproponował strukturę obejmującą wiązanie trzyelektronowe i dwa wiązania pojedyncze. Jednak Pauling w swojej Ogólnej chemii pokazuje podwójne wiązanie z jednym tlenem i pojedyncze wiązanie plus wiązanie trzyelektronowe z drugim. Struktura wiązań walencyjnych byłaby reprezentowana jako hybryda rezonansowa przedstawiona przez Paulinga. Wiązanie trójelektronowe reprezentuje wiązanie słabsze niż wiązanie podwójne. W teorii orbitali molekularnych pomysł ten jest powszechny, jeśli trzeci elektron jest umieszczony na orbicie antywiążącej. Późniejsze prace potwierdziły, że najwyżej zajęty orbital molekularny jest rzeczywiście niecałkowicie wypełnionym orbitalem antywiążącym.
Struktura krystaliczna ClO 2 jest rombowa i wykazuje symetrię grupy przestrzennej Pbca .
Przygotowanie
Dwutlenek chloru został po raz pierwszy przygotowany w 1811 roku przez Sir Humphry'ego Davy'ego .
Dwutlenek chloru jest związkiem, który może się gwałtownie rozłożyć po oddzieleniu od substancji rozcieńczających. W rezultacie często preferowane są metody wytwarzania, które obejmują wytwarzanie jego roztworów bez przechodzenia przez fazę gazową.
Utlenianie chlorynu
W laboratorium ClO 2 można wytworzyć przez utlenianie chlorynu sodu chlorem:
Tradycyjnie dwutlenek chloru do zastosowań dezynfekcyjnych był wytwarzany z chlorynu sodu lub metodą chloryn- podchloryn sodu :
chlorynem sodu – kwasem solnym :
lub metoda chlorynowo- kwasowa :
Wszystkie trzy metody mogą wytwarzać dwutlenek chloru z wysoką wydajnością konwersji chlorynu. W przeciwieństwie do innych procesów, metoda chloryn-kwas siarkowy jest całkowicie pozbawiona chloru, chociaż wymaga 25% więcej chlorynu do wytworzenia równoważnej ilości dwutlenku chloru. Alternatywnie, nadtlenek wodoru może być skutecznie stosowany w zastosowaniach na małą skalę.
Dodatek kwasu siarkowego lub jakiegokolwiek mocnego kwasu do soli chloranowych wytwarza dwutlenek chloru.
Redukcja chloranów
W laboratorium dwutlenek chloru można również otrzymać w reakcji chloranu potasu z kwasem szczawiowym :
lub z kwasem szczawiowym i siarkowym:
Ponad 95% dwutlenku chloru produkowanego obecnie na świecie powstaje w wyniku redukcji chloranu sodu , stosowanego w bieleniu masy celulozowej . Jest wytwarzany z wysoką wydajnością w roztworze mocnego kwasu z odpowiednim środkiem redukującym , takim jak metanol , nadtlenek wodoru , kwas solny lub dwutlenek siarki . Nowoczesne technologie opierają się na metanolu lub nadtlenku wodoru, ponieważ te chemie pozwalają na najlepszą ekonomię i nie współtworzą chloru elementarnego. Ogólną reakcję można zapisać jako:
Jako typowy przykład uważa się, że reakcja chloranu sodu z kwasem chlorowodorowym w pojedynczym reaktorze przebiega następującą ścieżką:
co daje ogólną reakcję
W ważniejszym handlowo sposobie produkcji wykorzystuje się metanol jako środek redukujący i kwas siarkowy do nadania kwasowości. Dwie zalety niestosowania procesów opartych na chlorkach to brak tworzenia się chloru elementarnego oraz to, że siarczan sodu , cenna substancja chemiczna dla celulozowni, jest produktem ubocznym. Te procesy oparte na metanolu zapewniają wysoką wydajność i mogą być bardzo bezpieczne.
dezynfekcyjnych na małą skalę , ponieważ daje produkt wolny od chloru z wysoką wydajnością, przekraczającą 95%. [ potrzebne źródło ]
Inne procesy
Bardzo czysty dwutlenek chloru można również wytworzyć przez elektrolizę roztworu chlorynu:
Gazowy dwutlenek chloru o wysokiej czystości (7,7% w powietrzu lub azocie) można wytwarzać metodą gaz-ciało stałe, która polega na reakcji rozcieńczonego chloru gazowego ze stałym chlorynem sodu:
Właściwości obsługi
Przy ciśnieniu cząstkowym powyżej 10 kPa (1,5 psi) (lub przy stężeniu w fazie gazowej większym niż 10% objętości w powietrzu w STP ) ClO 2 może wybuchowo rozłożyć się na chlor i tlen . Rozkład może zostać zainicjowany przez światło, gorące punkty, reakcję chemiczną lub szok ciśnieniowy. Tak więc dwutlenek chloru nigdy nie jest traktowany jako czysty gaz, ale prawie zawsze jest traktowany w roztworze wodnym w stężeniu od 0,5 do 10 gramów na litr. Jego rozpuszczalność wzrasta w niższych temperaturach, dlatego podczas przechowywania w stężeniach powyżej 3 gramów na litr często stosuje się schłodzoną wodę (5 ° C, 41 ° F). W wielu krajach, takich jak Stany Zjednoczone, dwutlenek chloru nie może być transportowany w żadnym stężeniu i zamiast tego jest prawie zawsze produkowany na miejscu. W niektórych krajach [ w których? ] Roztwory dwutlenku chloru o stężeniu poniżej 3 gramów na litr mogą być transportowane drogą lądową, ale są stosunkowo niestabilne i szybko się psują.
Używa
Dwutlenek chloru jest używany do bielenia miazgi drzewnej i dezynfekcji (zwanej chlorowaniem ) miejskiej wody pitnej, uzdatniania wody w aplikacjach naftowych i gazowych, dezynfekcji w przemyśle spożywczym, kontroli mikrobiologicznej w wieżach chłodniczych i wybielania tekstyliów. Jako środek dezynfekujący jest skuteczny już w niskich stężeniach ze względu na swoje unikalne właściwości.
Wybielanie
Dwutlenek chloru jest czasami używany do bielenia miazgi drzewnej w połączeniu z chlorem, ale jest stosowany samodzielnie w sekwencjach bielenia ECF (bez chloru pierwiastkowego). Stosuje się go przy średnio kwaśnym pH (3,5 do 6). Zastosowanie dwutlenku chloru minimalizuje ilość chloroorganicznych . Dwutlenek chloru (technologia ECF) jest obecnie najważniejszą metodą wybielania na świecie. Około 95% całej bielonej masy siarczanowej wytwarza się przy użyciu dwutlenku chloru w sekwencjach bielenia ECF.
Dwutlenek chloru był używany do wybielania mąki .
Uzdatnianie wody
Stacja uzdatniania wody w Niagara Falls w stanie Nowy Jork po raz pierwszy zastosowała dwutlenek chloru do uzdatniania wody pitnej w 1944 r. W celu zniszczenia „ związków fenolowych wytwarzających smak i zapach ”. Dwutlenek chloru został wprowadzony jako środek dezynfekujący wodę pitną na dużą skalę w 1956 r., kiedy Bruksela w Belgii przeszła z chloru na dwutlenek chloru. Jego najpowszechniejszym zastosowaniem w uzdatnianiu wody jest utlenianie wstępne przed chlorowaniem wody pitnej w celu zniszczenia naturalnych zanieczyszczeń wody, które w przeciwnym razie wytwarzałyby trihalometany pod wpływem wolnego chloru. Podejrzewa się, że trihalometany są rakotwórczymi produktami ubocznymi dezynfekcji związanymi z chlorowaniem naturalnie występujących substancji organicznych w surowej wodzie. Dwutlenek chloru wytwarza również o 70% mniej halometanów w obecności naturalnej materii organicznej w porównaniu z zastosowaniem chloru elementarnego lub wybielacza.
Dwutlenek chloru jest również lepszy od chloru, gdy działa przy pH powyżej 7, w obecności amoniaku i amin oraz do kontroli biofilmów w systemach dystrybucji wody. Dwutlenek chloru jest stosowany w wielu zastosowaniach przemysłowych do uzdatniania wody jako środek biobójczy , w tym w wieżach chłodniczych , wodzie procesowej i przetwórstwie żywności.
Dwutlenek chloru jest mniej korozyjny niż chlor i skuteczniej zwalcza bakterie Legionella . Dwutlenek chloru przewyższa niektóre inne metody wtórnej dezynfekcji wody, ponieważ pH nie wpływa negatywnie na dwutlenek chloru, nie traci skuteczności z upływem czasu, ponieważ bakterie nie stają się na niego odporne) i nie ma na niego negatywnego wpływu krzemionka i fosforany , które są powszechnie stosowanymi inhibitorami korozji wody pitnej. W Stanach Zjednoczonych jest to EPA .
przypadków jest skuteczniejszy jako środek dezynfekujący niż chlor przeciwko czynnikom chorobotwórczym przenoszonym przez wodę, takim jak wirusy , bakterie i pierwotniaki – w tym cysty Giardia i oocysty Cryptosporidium .
Stosowanie dwutlenku chloru w uzdatnianiu wody prowadzi do powstawania produktu ubocznego chlorynu, którego stężenie w wodzie pitnej w USA jest obecnie ograniczone do maksymalnie 1 części na milion. Ta norma EPA ogranicza stosowanie dwutlenku chloru w USA do wody o stosunkowo wysokiej jakości, ponieważ minimalizuje to stężenie chlorynu lub wody, która ma być uzdatniana koagulantami na bazie żelaza, ponieważ żelazo może redukować chloryn do chlorku. Światowa Organizacja Zdrowia zaleca również dozowanie 1 ppm.
Użyj w kryzysach publicznych
Dwutlenek chloru ma wiele zastosowań jako utleniacz lub środek dezynfekujący. Dwutlenek chloru może być używany do dezynfekcji powietrza i był głównym środkiem używanym do odkażania budynków w Stanach Zjednoczonych po atakach wąglika w 2001 roku . Po katastrofie huraganu Katrina w Nowym Orleanie , Luizjanie i okolicznym wybrzeżu Zatoki Perskiej dwutlenek chloru był używany do usuwania niebezpiecznej pleśni z domów zalanych wodą powodziową.
W odpowiedzi na pandemię COVID-19 Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych opublikowała listę wielu środków dezynfekujących , które spełniają jej kryteria stosowania w środkach środowiskowych przeciwko koronawirusowi sprawczemu . Niektóre są oparte na chlorynie sodu , który jest aktywowany do dwutlenku chloru, chociaż w każdym produkcie stosuje się różne preparaty. Wiele innych produktów na liście EPA zawiera podchloryn sodu , który ma podobną nazwę, ale nie należy go mylić z chlorynem sodu, ponieważ mają one bardzo różne sposoby działania chemicznego.
Inne zastosowania do dezynfekcji
Dwutlenek chloru może być stosowany jako środek odkażający do „dezynfekcji” owoców, takich jak jagody, maliny i truskawki, które rozwijają pleśń i drożdże.
Dwutlenek chloru może być stosowany do dezynfekcji drobiu poprzez spryskiwanie lub zanurzanie go po uboju.
Dwutlenek chloru może być stosowany do dezynfekcji endoskopów , na przykład pod nazwą handlową Tristel. Jest również dostępny w trio składającym się z poprzedzającego czyszczenia wstępnego środkiem powierzchniowo czynnym i kolejnego płukania wodą dejonizowaną i przeciwutleniaczem o niskim poziomie.
Dwutlenek chloru może być stosowany do zwalczania zebry i kwaggi w ujęciach wodnych.
Wykazano, że dwutlenek chloru jest skuteczny w zwalczaniu pluskiew .
W przypadku oczyszczania wody podczas biwakowania tabletki dezynfekujące zawierające dwutlenek chloru są skuteczniejsze w zwalczaniu patogenów niż te, w których stosuje się domowe wybielacze, ale zwykle kosztują więcej.
Inne zastosowania
Dwutlenek chloru jest używany jako utleniacz do niszczenia fenoli w strumieniach ścieków i do kontroli zapachu w płuczkach powietrza w zakładach utylizacyjnych produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego. Jest również dostępny do stosowania jako dezodorant do samochodów i łodzi, w opakowaniach wytwarzających dwutlenek chloru, które są aktywowane przez wodę i pozostawiane w łodzi lub samochodzie na noc.
Kwestie bezpieczeństwa w wodzie i suplementach
Potencjalne zagrożenia związane z dwutlenkiem chloru obejmują zatrucie oraz ryzyko samozapłonu lub wybuchu w kontakcie z materiałami łatwopalnymi.
Dwutlenek chloru jest toksyczny i aby zapewnić jego bezpieczne stosowanie, wymagane są ograniczenia narażenia ludzi. Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych ustaliła maksymalny poziom dwutlenku chloru w wodzie pitnej na 0,8 mg/l. Administracja ds . Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA), agencja Departamentu Pracy Stanów Zjednoczonych , ustaliła 8-godzinny dopuszczalny limit narażenia na 0,1 ppm w powietrzu (0,3 mg / m 3 ) dla osób pracujących z dwutlenkiem chloru.
Dwutlenek chloru był oszukańczo i nielegalnie sprzedawany jako lekarstwo na szeroką gamę chorób, w tym autyzm dziecięcy i koronawirusa . Dzieci, którym podano lewatywy z dwutlenku chloru jako rzekomego lekarstwa na autyzm dziecięcy, cierpiały na dolegliwości zagrażające życiu. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) stwierdziła, że spożywanie lub inne wewnętrzne stosowanie dwutlenku chloru, poza nadzorowanym płukaniem jamy ustnej przy użyciu rozcieńczonych stężeń, nie przynosi żadnych korzyści zdrowotnych i nie powinno być stosowane wewnętrznie z jakiegokolwiek powodu.
Pseudomedycyna
W dniach 30 lipca i 1 października 2010 r. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków ostrzegła przed stosowaniem produktu „ Miracle Mineral Supplement ”, czyli „MMS”, który przygotowany zgodnie z instrukcją wytwarza dwutlenek chloru. MMS jest sprzedawany jako lek na różne schorzenia, w tym na HIV, raka, autyzm , trądzik, a ostatnio na COVID-19 . Wielu złożyło skargę do FDA , zgłaszając reakcje zagrażające życiu, a nawet śmierć. FDA ostrzegła konsumentów, że MMS może powodować poważne szkody zdrowotne i stwierdziła, że otrzymała liczne doniesienia o nudnościach, biegunce, ciężkich wymiotach i zagrażającym życiu niskim ciśnieniu krwi spowodowanym odwodnieniem. To ostrzeżenie zostało powtórzone po raz trzeci 12 sierpnia 2019 r., A czwarte 8 kwietnia 2020 r., Stwierdzając, że spożywanie MMS jest tak samo niebezpieczne jak spożywanie wybielacza, i wzywając konsumentów, aby z jakiegokolwiek powodu ich nie używali ani nie dawali tych produktów swoim dzieciom , ponieważ nie ma naukowych dowodów na to, że dwutlenek chloru ma jakiekolwiek korzystne właściwości medyczne.
Linki zewnętrzne
-
Media związane z dwutlenkiem chloru w Wikimedia Commons
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|