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Chlordioxid
Strukturformel und Molekülmodell
Strukturformel von Chlordioxid
Wässrige Lösung von Chlordioxid, überragt vom nahezu reinen Gas
Allgemeines
Molekularformel	ClO2
IUPAC-Name	Chlor(IV)oxid
Molmasse	67,4518 G/Maulwurf
LÄCHELN	O=Cl[O]
in Chile	1S/ClO2/c2-1-3
CAS-Nummer	10049-04-4
EG-Nummer	233-162-8
PubChem	24870
Beschreibung	Gelbes giftiges Gas
Ähnlich zu	dichlor
Warnungen und Sicherheitsvorkehrungen
Achtung
H-Sätze	H270 - H330 - H314 - H400
EUH-Sätze	EUH006
P-Sätze	Nein
Verkehr	Nicht einatmen, Kontakt und Exposition vermeiden
EG-Indexnummer	017-026-00-3
MAC-Wert	0,28 mg/m³
LD50 (Ratten)	(Oral) 292 mg/kg
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	gasförmig
Farbe	Gelb
Dichte	3,01 × 10−3[1] g/cm³
Schmelzpunkt	−59[1] °C
Siedepunkt	11[1] °C
Löslichkeit im Wasser	7,5[1] g/l
Mäßig löslich in	Wasser, Ethanol, Schwefelsäure
Thermodynamische Eigenschaften
ΔfhuhÖG	104,60 kJ/Maulwurf
soÖg, 1 bar	257,22 J/Maulwurf·k
Wenn nicht anders angegeben normale Bedingungen gebraucht (298.15k oder 25 °C, 1 Bar).
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Chlordioxid ist ein anorganische Verbindung von Chlor und Sauerstoff, Mit als Bruttoformel ClO₂. Bei Zimmertemperatur ist es gelb giftig und ätzendGas die bei einer Temperatur von −59 °CC . orange kristallisiert Kristalle. Es ist einer der Chloroxide und eine der wenigen Verbindungen, in denen Chlor Oxidationszahl IV Besitz. Die Verbindung ist ein starkes Oxidationsmittel die in der Trinkwasseraufbereitung Anwendung findet und als bleichen.

Synthese

Chlordioxid ist eine Verbindung, die explosiv sein kann analysieren wenn der Stoff konzentriert oder isoliert ist. Daher werden bei deren Herstellung und Handhabung in der Regel verdünnte Zubereitungen verwendet und als Gas vermieden.

Labormaßstab

Chlordioxid kann im Labor hergestellt werden durch Oxidation von Natriumchlorit mit Chlorgas:^[2]

${displaystyle {ce {2NaClO2 Cl2 -> 2ClO2 2NaCl}}}$

Industrielle Produktionsmethode

Mehr als 95 % des weltweit verwendeten Chlordioxids werden jedoch aus Natrium Chlorat. Die kommerzielle Route umfasst a die Ermäßigung von Chlorwasserstoff mit passendem Getriebe in stark sauer Umfeld:

${displaystyle {ce {ClO3- 2H e- -> ClO2 H2O}}}$

In dem 50er Jahre des 20. Jahrhundert Dazu wurde das Mathieson-Verfahren entwickelt, bei dem Schwefeldioxid wenn Reduzierstück wird eingesetzt:

${displaystyle {ce {2NaClO3 SO2 H2SO4 -> 2ClO2 2NaHSO4}}}$

Es Schwefelsäure kommt hier rein Überschuss verwendet, weil es die niedrige pH der Lösung. Um eine spontane Zersetzung oder Explosion zu vermeiden, kontinuierlich Himmel durch die Lösung gesprudelt. Das Chlordioxid entweicht aus der Lösung und wird dann durch gekühltes Wasser geleitet, um in Lösung zu gehen.

Neben Schwefeldioxid, Chlorwasserstoff verwendet werden, wobei jedoch der Nachteil darin besteht, dass erhebliche Mengen an Chlorgas gebildet werden. Der Prozess erfolgt in mehreren Schritten:

${displaystyle {ce {HClO3 HCl -> HClO2 HOCl}}}$

die gebildete Chlorwasserstoff reagiert mit dem Ausgangsprodukt zu Chlordioxid:

${displaystyle {ce {HClO3 HClO2 -> 2ClO2 H2O}}}$

Wasserstoffhypochlorit reagiert schließlich mit Chlorwasserstoff, wobei Chlorgas entsteht:

${displaystyle {ce{HOCl HCl -> Cl2 H2O}}}$

Um diese letzte Nebenreaktion zu vermeiden, statt Chlorwasserstoff Natriumchlorid benutzt:

${displaystyle {ce {2NaClO3 2NaCl 2H2SO4 -> 2ClO2 Cl2 2Na2SO4 2H2O}}}$

Es gibt eine sogenannte Solvay-Variante dieser Methode, bei der Natriumchlorid durch . ersetzt wird Methanol als Reduzierer, und Ameisensäure wird gebildet statt Chlorgas.

${displaystyle {ce {4NaClO3 CH3OH 2H2SO4 -> 4ClO2 3H2O HCOOH 2Na2SO4}}}$

Andere Methoden

Chlordioxid kann hergestellt werden, indem eine Mischung aus Natriumchlorit und Natriumhypochlorit mit Salzsäure:

${displaystyle {ce {2NaClO2 NaOCl 2HCl -> 2ClO2 3NaCl H2O}}}$

Sehr reines Chlordioxid kann hergestellt werden durch Elektrolyse einer Natriumchloritlösung:

${displaystyle {ce {2NaClO2 2H2O -> 2ClO2 2NaOH H2}}}$

Elektronische Struktur und Bindungseigenschaften

Originalbeschreibung

Das Molekül hat eine gekrümmte Form mit a Bindungswinkel von 117° und zwei Cl-O-Bindungen gleicher Länge (147 µm). Die elektronische Struktur, die das Bindungsphänomen erklärt, hat viele Kopfschmerzen verursacht. Das Molekül hat insgesamt 19 Valenzelektronen und da dies eine ungerade Zahl ist, ist das Molekül a paramagnetischRadikale. Normalerweise sind solche Entitäten sehr reaktiv und man würde a . bilden dimer Dichlortetraoxid (Cl₂Ö₄) kann erwarten. Trotz der Reaktivität von Chlordioxid wird eine solche Dimerisierung nicht beobachtet.

Es gibt keine klare Definition von Chlordioxid Lewis-Struktur zum Aufschreiben: Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, die jedoch nicht sehr zufriedenstellend sind. 1933 L. O. Brockway favorisiert daher eine Drei-Elektronen-Bindung.^[3]Linus Pauling entwickelte diese Idee weiter und schlug a Resonanz für zwischen zwei Strukturen:^[4]

Nach Pauling schwächt das zusätzliche ungepaarte Elektron die Bindung und macht sie schwächer als a Doppelbindung. Tatsächlich bedeutet dies, dass man an a . denken muss Molekülorbital die sich über die drei Atome erstreckt, von denen das höchste nicht vollständig mit Energie gefüllt ist.

Beschreibung der Quantenmechanik

Das nachfolgende Molekülorbitaldiagramm zeigt die elektronische Situation für drei p-Orbitale und drei Elektronen:

Die schwächere Bindung zwischen den Sauerstoffatomen und Chlor ist auf die Bindungswechselwirkung zurückzuführen, die im untersten Molekülorbital (ψ₁) manifestiert. Da zwei Sauerstoffatome an Chlor gebunden sind, wird jedes Mal eine der beiden Bindungen schwächer, wie von Linus Pauling vorgeschlagen. Das zweite Molekülorbital (ψ₂) ist halb besetzt und trägt nicht zur Bindung zwischen Chlor und den Sauerstoffatomen bei, da a Knotenebene auf Chlor. Dieses Molekülorbital, das die HOMO Chlordioxid ist zur Hälfte gefüllt. Dies wurde auch experimentell unter Verwendung von spektroskopische Techniken.^[5]

Anwendungen

Chlordioxid wird hauptsächlich (> 95%) zum Bleichen verwendet Zellstoff und in geringerem Maße von Blume. Darüber hinaus wurde es als Desinfektionsmittel für Trinkwasser verwendet. 1944 erfolgte die Trinkwasseraufbereitung von Niagarafälle es wird verwendet, um sich in Wasser aufzulösen Phenol zerstören. 1956 trat die Stadt Brüssel von Chlor auf Chlordioxid für die Trinkwasseraufbereitung umgestellt und so begann die großtechnische Anwendung. Die Substanz wird normalerweise in einem Voroxidationsschritt verwendet, um Verunreinigungen zu zerstören, die sonst mit Chlortrihalogenmethanen verbunden sind (wie z Chloroform) bilden würde. Diese Stoffe sind potenziell krebserregend. Chlordioxid ist auch bei Säurewerten über pH 7 und in Gegenwart von . besser als Chlor Ammoniak und Amine. Außerdem hält es die Bildung von a Biofilm in Wasserleitungen besser unter Kontrolle. Chlordioxid wird auch häufig in der industriellen Wasserreinigung, in Kühltürmen und in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt.

Chlordioxid ist weniger korrosiv als Chlor und hält die Legionellenbakterien besser beherrscht. Gleiches gilt für andere Keime, die über das Wasser verbreitet werden, wie z Viren,^[6]Bakterien und Protozoen, einschließlich der Zysten von Giardien und der Oozysten von Kryptosporidium.

Die Verwendung in Trinkwasserreinigung führt jedoch zur Bildung von Chlorite als Nebenprodukt. In den Vereinigten Staaten gibt es maximal 1 ppm zu dieser Substanz. Die Amerikaner EPA beschränkt die Verwendung von Chlordioxid auf die Verarbeitung von Wasser von relativ hoher Qualität oder Wasser, das mit Koagulanzien auf Eisenbasis (wie z Eisen(III)phosphat). Dies liegt daran, dass das Chlorit zu Chlorid reduziert wird. Im Die Niederlande seit 2005 wird kein Chlor verwendet in Trinkwasserreinigung.

Die Verbindung kann auch zur Luftdesinfektion verwendet werden und wurde als solche in der Anthrax-Angriff ab 2001. Auch Pilze können damit bekämpft werden. Dies wurde angewendet in New Orleans nach der Flut verursacht durch Wirbelsturm Katrina.

Weitere Verwendungen sind die Zerstörung von Phenol im Abwasser und die Kontrolle der Zebra- und Quagga-Muschel.

Toxikologie und Sicherheit

Bei einem Gehalt von mehr als 15 Vol.-% in der Luft unter Standardbedingungen zersetzt sich Chlordioxid spontan und explosiv in den Elementen, aus denen es aufgebaut ist. Die Zersetzungsreaktion wird durch Lichteinwirkung eingeleitet. Dies bedeutet, dass der Stoff niemals in reiner oder konzentrierter Form verwendet oder gehandhabt wird.

Normalerweise arbeiten wir mit Lösungen des Gases mit einer Konzentration von 0,5 bis 10 Gramm pro Liter. Löslichkeit steigt bei niedrigerem Temperatur. Bei Konzentrationen über 3 g/l ist es üblich, gekühltes Wasser mit 5 °C zur Lagerung zu verwenden. In vielen Ländern ist es illegal, die Substanz zu transportieren. Daher wird Chlordioxid oft vor Ort bereit.

Stabilisiertes Chlordioxid

Es gibt eine Reihe von Produkten auf dem Markt unter dem Namen stabilisiertes Chlordioxid (SCD). Die meisten dieser Lösungen enthalten kein Chlordioxid, aber a gepuffert Lösung von Natriumchlorit. Dazu kann a schwache Säure hinzugefügt werden, um Chlordioxid zu entfernen vor Ort generieren.

Externe Links

•  Internationale Chemikaliensicherheitskarte von Chlordioxid
• Hesselink, T. L. MD.; "Mechanismen der Toxizität von Chlordioxid gegen Malariaparasiten - ein Überblick; 09.06.2007
• Katalytische Erzeugung von Chlordioxid