Il biossido di cloro è un composto chimico con la formula ClO2. Questo gas giallo-rossastro cristallizza come cristalli arancioni a -59 °C. Come uno dei numerosi ossidi di cloro, è un potente e utile agente ossidante utilizzato nel trattamento delle acque e nello sbiancamento.
Usi
Il biossido di cloro è stato utilizzato principalmente (> 95%) per lo sbiancamento della pasta di legno, ma è anche usato per lo sbiancamento della farina e per la disinfezione dell’acqua potabile comunale., L’impianto di trattamento delle acque delle Cascate del Niagara, New York, utilizzò per la prima volta il biossido di cloro per il trattamento dell’acqua potabile nel 1944 per la distruzione del fenolo. Il biossido di cloro fu introdotto come disinfettante per l’acqua potabile su larga scala nel 1956, quando Bruxelles, in Belgio, passò dal cloro al biossido di cloro. Il suo uso più comune nel trattamento dell’acqua è come pre-ossidante prima della clorazione dell’acqua potabile per distruggere le impurità naturali dell’acqua che producono trialometani all’esposizione al cloro libero., I trialometani sono sospetti sottoprodotti cancerogeni della disinfezione associati alla clorazione di sostanze organiche presenti in natura nell’acqua grezza. Il biossido di cloro è anche superiore al cloro quando si opera sopra pH7, in presenza di ammoniaca e ammine e/o per il controllo dei biofilm nei sistemi di distribuzione dell’acqua. Il biossido di cloro è utilizzato in molte applicazioni industriali di trattamento delle acque come biocida, tra cui torri di raffreddamento, acqua di processo e trasformazione alimentare. Il biossido di cloro è meno corrosivo del cloro e superiore per il controllo dei batteri della legionella.,
È più efficace come disinfettante del cloro nella maggior parte delle circostanze contro i microbi patogeni portati dall’acqua come virus, batteri e protozoi – comprese le cisti di Giardia e le oocisti di Cryptosporidium.
L’uso del biossido di cloro nel trattamento delle acque porta alla formazione del clorito sottoprodotto che attualmente è limitato ad un massimo di 1 ppm nell’acqua potabile negli Stati Uniti. Questo standard EPA limita l’uso del biossido di cloro negli Stati Uniti ad acqua di qualità relativamente alta o acqua che deve essere trattata con coagulanti a base di ferro., (Il ferro può ridurre il clorito a cloruro.)
Può essere utilizzato anche per la disinfezione dell’aria, ed è stato il principale agente utilizzato nella decontaminazione degli edifici negli Stati Uniti dopo gli attacchi di antrace del 2001. Recentemente, dopo il disastro dell’uragano Katrina a New Orleans, Louisiana e la costa del Golfo circostante, il biossido di cloro è stato utilizzato per sradicare la muffa pericolosa dalle case inondate dall’acqua da massicce inondazioni.,
Il biossido di cloro è usato come ossidante per la distruzione del fenolo nei flussi di acque reflue, il controllo delle cozze zebre e quagga nelle prese d’acqua e per il controllo degli odori negli impianti di lavaggio dell’aria di sottoprodotti animali (rendering).
Il biossido di cloro stabilizzato può anche essere utilizzato in un risciacquo orale per trattare la malattia orale e il cattivo odore, ma i suoi effetti collaterali avversi sono ancora in fase di studio.
Preparazione
Il biossido di cloro è un composto altamente endotermico che può decomporsi in modo estremamente violento se separato dalle sostanze diluenti., Di conseguenza sono spesso preferiti metodi di preparazione che implicano la produzione di soluzioni senza passare attraverso una fase gassosa.
In laboratorio, ClO2 viene preparato per ossidazione del clorito di sodio:
2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2 NaCl
Oltre il 95% del biossido di cloro prodotto nel mondo oggi è costituito da clorato di sodio e viene utilizzato per lo sbiancamento della polpa. È prodotto con alta efficienza riducendo il clorato di sodio in una soluzione acida forte con un agente riducente adatto come acido cloridrico e anidride solforosa., La reazione del clorato di sodio con l’acido cloridrico procede in un reattore attraverso la seguente via:
HClO3 + HCl → HClO2 + HOCl
HClO3 + HClO2 → 2ClO2 + Cl2 + 2H2O
HOCl + HCl → Cl2 + H2O
Un mercato molto più piccolo ma importante per il biossido di cloro è destinato all’uso come disinfettante. Dal 1999 una percentuale crescente del biossido di cloro prodotto a livello globale per il trattamento delle acque e altre applicazioni su piccola scala è stata realizzata utilizzando il metodo clorato, perossido di idrogeno e acido solforico che può produrre un prodotto privo di cloro ad alta efficienza.,fection applicazioni è stato realizzato da uno dei tre metodi di sodio o sodio clorito – ipoclorito di metodo:
2NaClO2 + 2HCl + NaOCl → 2ClO2 + 3NaCl + H2O
o di sodio – acido cloridrico metodo:
5NaClO2 + 4HCl → 5NaCl + 4ClO2 + 2H2O
Tutti e tre di sodio chimiche in grado di produrre biossido di cloro con l’alta clorite rendimento di conversione, ma a differenza di altri processi la clorite-HCl metodo produce completamente cloro, biossido di cloro, ma soffre il requisito del 25% in più di clorito di produrre una quantità equivalente di biossido di cloro.,
Il biossido di cloro molto puro può anche essere prodotto mediante elettrolisi di una soluzione di clorito:
2NaClO2 + 2H2O → 2ClO2 + 2NaOH + H2
Il biossido di cloro ad alta purezza (7,7% in aria o azoto) può essere prodotto dal gas: metodo solido, che reagisce al gas di cloro diluito con clorito di sodio solido.
2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl
Questi processi e diverse lievi variazioni sono stati rivisti.
Proprietà di manipolazione
A concentrazioni superiori al 15% di volume in aria a STP, ClO2 si decompone in modo esplosivo in cloro e ossigeno. La decomposizione è iniziata dalla luce., Pertanto, non viene mai maneggiato in forma concentrata, ma viene quasi sempre utilizzato come gas disciolto in acqua in un intervallo di concentrazione da 0,5 a 10 grammi per litro. La sua solubilità aumenta a temperature più basse: è quindi comune utilizzare acqua refrigerata (5 °C o 41 ° F) quando si conserva a concentrazioni superiori a 3 grammi per litro. In molti paesi, come gli Stati Uniti, il biossido di cloro non può essere trasportato a nessuna concentrazione e viene quasi sempre prodotto nel sito di applicazione utilizzando un generatore di biossido di cloro., In alcuni paesi, la soluzione di biossido di cloro inferiore a 3 grammi per litro di concentrazione può essere trasportata via terra, ma è relativamente instabile e si deteriora rapidamente.
Biossido di cloro stabilizzato
Un certo numero di prodotti sono commercializzati come “biossido di cloro stabilizzato” (SCD). La maggior parte di queste soluzioni in realtà non contengono biossido di cloro, ma sono costituiti da soluzioni di clorito di sodio tamponato. Un acido debole può essere aggiunto a SCD per “attivarlo” e rendere il biossido di cloro in situ senza un generatore di biossido di cloro., Il biossido di cloro stabilizzato viene utilizzato come disinfettante ad ampio spettro e antimicrobico; Questa forma di biossido di cloro viene attualmente utilizzata contro epidemie batteriche e virali tra cui MRSA, Legionella e Norovirus L’uso di SCD è efficace quando la domanda di biossido di cloro è bassa e quando le impurità, come piccole quantità di sodio, possono essere tollerate. Per l’applicazione che richiede superiore a 5 kg giorno-1 ClO2, biossido di cloro prodotto da un generatore con clorito di sodio o clorato di sodio è in genere più economico.,
Struttura elettronica
La molecola ClO2 ha un numero dispari di elettroni di valenza ed è quindi un radicale paramagnetico. La sua struttura elettronica ha sconcertato i chimici per molto tempo perché nessuna delle possibili strutture di Lewis è molto soddisfacente. Nel 1933 L. O. Brockway propose una struttura che prevedeva un legame a tre elettroni. Pauling sviluppò ulteriormente questa idea e arrivò a due strutture di risonanza che coinvolgevano un doppio legame su un lato e un singolo legame più un legame a tre elettroni sull’altro., Secondo Pauling, quest’ultima combinazione dovrebbe rappresentare un legame leggermente più debole del doppio legame. Nella teoria degli orbitali molecolari questa idea è comune se il terzo elettrone è posto in un orbitale anti-legame. Lavori successivi hanno confermato che l’HOMO è davvero un orbitale 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 | a Breve Termine per Livello di Esposizione (STEL) |
| 5 | 5 Marcata irritazione delle vie respiratorie Immediatamente Pericolose per la Vita e la Salute (IDLH) |
| >5 | Irritazione degli occhi, del naso e della gola; tosse; respiro sibilante, mancanza di respiro; bronchite; edema polmonare; mal di testa, vomito. |