El dióxido de cloro es un compuesto químico con la fórmula ClO2. Este gas amarillo rojizo cristaliza como cristales anaranjados A -59 ° C. Como uno de varios óxidos de cloro, es un agente oxidante potente y útil utilizado en el tratamiento del agua y en el blanqueo.
usos
El dióxido de cloro se utilizó principalmente (> 95%) para el blanqueo de pulpa de madera, pero también se utiliza para el blanqueo de harina y para la desinfección del agua potable municipal., La planta de tratamiento de agua de las Cataratas del Niágara, Nueva York, utilizó por primera vez dióxido de cloro para el tratamiento del agua potable en 1944 para la destrucción de fenol. El dióxido de cloro se introdujo como desinfectante de agua potable a gran escala en 1956, cuando Bruselas, Bélgica, cambió de cloro a dióxido de cloro. Su uso más común en el tratamiento del agua es como preoxidante antes de la cloración del agua potable para destruir las impurezas naturales del agua que producen trihalometanos al exponerse al cloro libre., Los trihalometanos son subproductos de desinfección carcinogénicos sospechosos asociados con la cloración de productos orgánicos naturales en el agua cruda. El dióxido de cloro también es superior al cloro cuando se opera por encima de pH7, en presencia de amoníaco y aminas y / o para el control de biopelículas en sistemas de distribución de agua. El dióxido de cloro se utiliza en muchas aplicaciones de tratamiento de agua industrial como biocida, incluidas torres de enfriamiento, Agua de proceso y procesamiento de alimentos. El dióxido de cloro es menos corrosivo que el cloro y superior para el control de la bacteria legionella.,
es más eficaz como desinfectante que el cloro en la mayoría de las circunstancias contra microbios patógenos transmitidos por el agua, como virus, bacterias y protozoos, incluidos los quistes de Giardia y los ooquistes de Cryptosporidium.
el uso de dióxido de cloro en el tratamiento del agua conduce a la formación del clorito subproducto que actualmente está limitado a un máximo de 1 ppm en el agua potable en los EE. Esta norma de la EPA limita el uso de dióxido de cloro en los EE.UU. a agua de calidad relativamente alta o agua que se va a tratar con coagulantes a base de hierro., (El hierro puede reducir el clorito a cloruro.)
también se puede utilizar para la desinfección del aire, y fue el principal agente utilizado en la descontaminación de edificios en los Estados Unidos después de los ataques de ántrax de 2001. Recientemente, después del desastre del huracán Katrina en Nueva Orleans, Luisiana y la costa del Golfo circundante, el dióxido de cloro se ha utilizado para erradicar el moho peligroso de las casas inundadas por el agua de las inundaciones masivas.,
El dióxido de cloro se utiliza como oxidante para la destrucción de fenol en corrientes de aguas residuales, el control de mejillones de cebra y quagga en tomas de agua y para el control de olores en los depuradores de aire de plantas de subproductos animales (renderizado).
El dióxido de cloro estabilizado también se puede usar en un enjuague oral para tratar enfermedades orales y mal olor, pero sus efectos secundarios adversos aún se están investigando.
preparación
El dióxido de cloro es un compuesto altamente endotérmico que puede descomponerse extremadamente violentamente cuando se separa de las sustancias diluyentes., Como resultado, a menudo se prefieren métodos de preparación que implican producir soluciones de ti sin pasar por una etapa de fase gaseosa.
en el laboratorio, ClO2 se prepara por oxidación de clorito de sodio:
2naclo2 + Cl2 → 2clo2 + 2 NaCl
Más del 95% del dióxido de cloro producido en el mundo actual está hecho de clorato de sodio y se utiliza para el blanqueo de pulpa. Se produce con alta eficiencia al reducir el clorato de sodio en una solución de ácido fuerte con un agente reductor adecuado como ácido clorhídrico y dióxido de azufre., La reacción del clorato de sodio con ácido clorhídrico procede en un reactor a través de la siguiente vía:
HClO3 + HCl → Hclo2 + HOCl
HClO3 + HClO2 → 2ClO2 + Cl2 + 2H2O
HOCl + HCl → Cl2 + H2O
un mercado mucho más pequeño pero importante para el dióxido de cloro es para su uso como desinfectante. Desde 1999, una proporción creciente del dióxido de cloro producido a nivel mundial para el tratamiento del agua y otras aplicaciones a pequeña escala se ha hecho utilizando el método de clorato, peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico, que puede producir un producto libre de cloro con una alta eficiencia.,las aplicaciones de fección se han realizado mediante uno de los tres métodos que utilizan clorito de sodio o el método de clorito de sodio – hipoclorito:
2naclo2 + 2HCl + NaOCl → 2clo2 + 3NACL + H2O
o el método de clorito de sodio – ácido clorhídrico:
5NaClO2 + 4HCl → 5NaCl + 4ClO2 + 2H2O
dióxido con alto rendimiento de conversión de clorito, pero a diferencia de los otros procesos, el método clorito-HCL produce dióxido de cloro completamente libre de cloro, pero sufre el requisito de un 25% más de clorito para producir una cantidad equivalente de dióxido de cloro.,
El dióxido de cloro muy puro también se puede producir por electrólisis de una solución de clorito:
2naclo2 + 2H2O → 2clo2 + 2NaOH + H2
el gas de dióxido de cloro de alta pureza (7,7% en aire o nitrógeno) se puede producir por el Gas:método sólido, que reacciona diluye el gas de cloro con clorito de sodio sólido.
2naclo2 + Cl2 → 2clo2 + 2NaCl
Se han revisado estos procesos y varias ligeras variaciones.
propiedades de manipulación
a concentraciones superiores al 15% del volumen en el aire en STP, ClO2 se descompone explosivamente en cloro y oxígeno. La descomposición es iniciada por la luz., Por lo tanto, nunca se maneja en forma concentrada, sino que casi siempre se usa como un gas disuelto en agua en un rango de concentración de 0.5 a 10 gramos por litro. Su solubilidad aumenta a temperaturas más bajas: por lo tanto, es común usar agua fría (5 °C O 41 °F) cuando se almacena a concentraciones superiores a 3 gramos por litro. En muchos países, como los EE.UU., el gas de dióxido de cloro no puede transportarse a ninguna concentración y casi siempre se produce en el lugar de aplicación utilizando un generador de dióxido de cloro., En algunos países, la solución de dióxido de cloro por debajo de 3 gramos por litro en concentración puede ser transportada por tierra, pero son relativamente inestables y se deterioran rápidamente.
dióxido de cloro estabilizado
varios productos se comercializan como «dióxido de cloro estabilizado» (SCD). La mayoría de estas soluciones en realidad no contienen dióxido de cloro, sino que consisten en soluciones de clorito de sodio tamponado. Se puede agregar un ácido débil al SCD para» activarlo » y hacer dióxido de cloro in situ sin un generador de dióxido de cloro., El dióxido de cloro estabilizado se utiliza como desinfectante de amplio espectro y antimicrobiano; esta forma de dióxido de cloro se utiliza actualmente contra brotes bacterianos y virales, incluidos SARM, Legionella y Norovirus.el uso de SCD es efectivo cuando la demanda de dióxido de cloro es baja y cuando las impurezas, como pequeñas cantidades de sodio, pueden tolerarse. Para aplicaciones que requieren más de 5 kg de ClO2 día-1, El dióxido de cloro producido por un generador con clorito de sodio o clorato de sodio es típicamente más económico.,
estructura electrónica
la molécula ClO2 tiene un número impar de electrones de Valencia y por lo tanto es un radical paramagnético. Su estructura electrónica ha desconcertado a los químicos durante mucho tiempo porque ninguna de las posibles estructuras de Lewis es muy satisfactoria. En 1933 L. O. Brockway propuso una estructura que implicaba un enlace de tres electrones. Pauling desarrolló aún más esta idea y llegó a dos estructuras de resonancia que implican un enlace doble en un lado y un enlace simple Más enlace de tres electrones en el otro., En opinión de Pauling, esta última combinación debería representar un vínculo que es ligeramente más débil que el vínculo doble. En la teoría de orbitales moleculares esta idea es común si el tercer electrón se coloca en un orbital anti-enlace. Trabajos posteriores han confirmado que el HOMO es de hecho un orbital incompleto.,
| Hazard: | Flammable – | Will not explode |
| Classification: | Health – | Extremely toxic |
| Oxidizing – | Oxidizing agent | |
| Synonyms: | Anthium Dioxide, Chlorine Oxide, Chlorine Peroxide | |
| Exposure limits: | (OSHA) | PEL\TWA: 0.1 ppm |
| (ACGIH) | STEL: 3 ppm. | |
| (OSHA) | IDLH: 30 ppm / 30 min., | |
| Industries: | Pulp and Paper Mills, Waste Water Treatment Plants |
Effects of Various CLO2 Levels
| Chlorine Dioxide Level in PPM | Resulting Conditions on Humans |
| .1 | Odor threshold and Permissible Exposure Limit (PEL). |
| .25 | Worsen exciting mild respiratory ailments |
| .,3 | nivel de exposición a corto plazo (STEL) |
| 5 | 5 se produce una irritación marcada del tracto respiratorio inmediatamente peligrosa para la vida y la salud (IDLH) |
| >5 | irritación de los ojos, nariz y garganta; tos; sibilancias; dificultad para respirar; bronquitis; edema; dolor de cabeza; vómitos. |