Хлор диоксидінің химиялық қасиеттері мен қолданылуы

Кіріспе

Химиялық қосылыс

1933 жылы Линус Полингтің студенті Лоуренс О. Броквей үш электрондық байланыс және екі қарапайым байланысқа ие құрылымды ұсынды. Алайда Полинг өзінің «Жалпы химия» еңбегінде бір оттекке екі байланыс, екіншісіне бір байланыс және үш электрондық байланысты көрсеткен. Валенттік байланыс құрылымы Полинг бейнелеген резонанстық гибрид ретінде ұсынылады. Үш электрондық байланыс екі байланыстан әлсіз. Молекулалық орбитальдық теорияда бұл идея, егер үшінші электрон антибайланыс орбитасына орналасса, кең таралған. Кейінгі зерттеулер ең жоғары толтырылған молекулалық орбитальдің шын мәнінде толық емес антибайланыс орбиталы екенін растады. ClO2 кристалдық құрылымы орторомбтық және Pbca кеңістіктік тобының симметриясын көрсетеді.

Дайындық

Хлор диоксидін алғаш рет 1811 жылы сэр Хамфри Дэви дайындады. Хлордың ультракүлгін сәулесінің әсерімен жылдам фотолиз жағдайында оттегімен реакцияласуы хлор диоксидінің аздаған мөлшерінің түзілуіне алып келеді. Cl2 + 2 O2 > [\ce{UV}] 2 ClO2 ^. Хлор диоксиді еңбектеуіш заттардан бөлінген кезде күшті ыдырай алады. Сондықтан, оны газ фазасынан өткізбей, ерітінді түрінде дайындау әдістері жиі артықшылыққа ие.

Суды тазарту

Нью-Йорк штатының Ниагара шарлауығындағы су тазарту зауыты 1944 жылы алғаш рет «иіс және дәмді тудыратын фенолды қосылыстарды» жою үшін суды тазартуда хлор диоксидін қолданды. Тригалометан – шикі суда кездесетін органикалық заттардың хлорлануынан пайда болатын, канцерогенді болуы мүмкін дезинфекциялау өнімдері. Хлор диоксиді рН 7-ден жоғары деңгейде жұмыс істегенде және су тарату жүйелеріндегі биожұқақ қабықшаларды (биофильмдерді) бақылауда хлордан артық тиімді. Хлор диоксиді хлорға қарағанда аз коррозиялық және Легионелла бактериясын бақылауда тиімдірек. Хлор диоксидінің кейбір екінші деңгейдегі су дезинфекциялау әдістерінен артықшылығы бар: ол pH деңгейіне теріс әсер етпейді, тиімділігі уақыт өте келе төмендемейді (бактериялар оған төзімділік танытпайды), сондай-ақ, әдетте ауыз судың коррозиясын тежеу үшін қолданылатын кремний және фосфаттар оған теріс әсер етпейді. АҚШ-та ол EPA тіркелген биоцид болып табылады. Көп жағдайда хлорға қарағанда су арқылы таралатын вирустар, бактериялар және қарапайымдылар (протозоалар) сияқты патогенді агенттерге қарсы дезинфекциялау құралы ретінде тиімдірек, оның ішінде Гиардияның кисталары мен Криптоспоридиумның ооцисталары да бар. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы да 1 ppm дозасын ұсынады. 2001 жылы АҚШ-та болған көкқұмырсқа шабуылынан кейін ғимараттарды дезинфекциялау үшін негізгі зат ретінде қолданылды. Луизиана штатының Нью-Орлеан қаласында және айналасындағы Мексика шығанағында «Катрина» дауілінен кейін, су тасқынынан зардап шеккен үйлерден қауіпті саңырауқұлақты (көбелекті) жою үшін хлор диоксиді қолданылды. COVID-19 пандемиясына қарсы күресте АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі коронавирустың таралуына қарсы қолданылатын дезинфекциялық құралдардың тізімін жариялады. Олардың кейбіреулері хлор диоксидіне айналатын хлорит натрийіне негіделген, бірақ әрбір өнімде әртүрлі формулалар қолданылады. EPA тізіміндегі көптеген басқа өнімдерде натрий гипохлориті бар, оның аты ұқсас болғанымен, химиялық әрекеттері өте ерекше болғандықтан оны хлорит натрийімен шатастыруға болмайды.

The water treatment plant at Niagara Falls, New York first used chlorine dioxide for drinking water treatment in 1944 for destroying "taste and odor producing phenolic compounds." Trihalomethanes are suspected carcinogenic disinfection by products associated with chlorination of naturally occurring organics in raw water. Chlorine dioxide is also superior to chlorine when operating above pH 7, and for the control of biofilms in water distribution systems. Chlorine dioxide is less corrosive than chlorine and superior for the control of Legionella bacteria. Chlorine dioxide is superior to some other secondary water disinfection methods, in that chlorine dioxide is not negatively impacted by pH, does not lose efficacy over time, because the bacteria will not grow resistant to it), and is not negatively impacted by silica and phosphates, which are commonly used potable water corrosion inhibitors. In the United States, it is an EPA registered biocide. It is more effective as a disinfectant than chlorine in most circumstances against waterborne pathogenic agents such as viruses, bacteria, and protozoa – including the cysts of Giardia and the oocysts of Cryptosporidium. The World Health Organization also advises a 1ppm dosification. and was the principal agent used in the decontamination of buildings in the United States after the 2001 anthrax attacks. After the disaster of Hurricane Katrina in New Orleans, Louisiana, and the surrounding Gulf Coast, chlorine dioxide was used to eradicate dangerous mold from houses inundated by the flood water. In addressing the COVID 19 pandemic, the U. S. Environmental Protection Agency has posted a list of many disinfectants that meet its criteria for use in environmental measures against the causative coronavirus. Some are based on sodium chlorite that is activated into chlorine dioxide, though differing formulations are used in each product. Many other products on the EPA list contain sodium hypochlorite, which is similar in name but should not be confused with sodium chlorite because they have very different modes of chemical action.

Басқа дезинфекциялау мақсаттары

Хлор диоксиді көкжидек, малина және клубника сияқты көңілге ұшыраған жемістерді "тазалау" үшін фумигант ретінде қолданылуы мүмкін, олардың үстінде қалыптар мен дрожжи пайда болады. Құстарды союдан кейін шашырату немесе суға батыру арқылы дезинфекциялау үшін хлор диоксиді қолданылуы мүмкін. Хлор диоксиді эндоскоптарды дезинфекциялау үшін қолданылуы мүмкін, мысалы, Tristel саудалық атауымен. Ол сондай-ақ үш компоненттен тұратын жиынтықта қол жетімді: алдымен беттік белсенді зат қосылған алдын ала тазалау, одан кейін деиондалған сумен және төмен деңгейдегі антиоксидантпен шаю. Хлор диоксиді су қабылдау құбырларындағы зебра және квагга мидияларын бақылау үшін қолданылуы мүмкін. Кемпинг кезінде суды тазарту үшін хлор диоксиді бар дезинфекциялау таблеткалары үй шаруашылығында қолданылатын ағартқышпен салыстырғанда патогендерге қарсы тиімдірек, бірақ әдетте қымбат тұрады.

Басқа қолданыстар

Хлор диоксиді ағынды сулардағы фенолдарды жою және жануарлардан алынатын қосалқы өнімдерді (көрсету) зауыттарының ауа тазартқыштарындағы иіссіздендіру үшін тотықтырғыш ретінде қолданылады.

Су мен қоспалардың қауіпсіздігі

Хлор диоксидінің болуы мүмкін қауіптері: улану және жанатын заттармен жанасу кезінде спонтанды түрде тұтану немесе жарылу қаупі. Хлор диоксиді улы зат, сондықтан оны қауіпсіз пайдалану үшін адамдарға қатысты шектеулер қажет. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) ішуге арналған судағы хлор диоксидінің максималды деңгейін 0,8 мг/л деп белгілеген. АҚШ Еңбек департаментінің агенттігі – Еңбек қауіпсіздігі және денсаулық сақтау басқармасы (OSHA) хлор диоксидімен жұмыс істейтін адамдар үшін ауадағы 0,1 ppm (0,3 мг/м3) 8 сағаттық рұқсат етілген шекті мөлшерді белгіледі. Хлор диоксиді заңсыз және адаспаздықпен көптеген ауруларды, соның ішінде балалар аутизмін және коронавирусты емдейтін құрал ретінде сатылып келген. Балалар аутизмін емдеу үшін хлор диоксиді клизмасы арқылы емделген балалар өміріне қауіпті жағдайларға тап болды, тіпті қайтыс болған жағдайлар да болды. АҚШ-тың Азық-түлік және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) тұтынушыларды ММС денсаулыққа ауыр зиян келтіруі мүмкін екендігі туралы ескертті және жүрек айну, диарея, қанағаттандырмас құсу және сусыздануға байланысты қан қысымының күрт төмендеуі туралы көптеген хабарламалар алғанын мәлімдеді. Бұл ескерту 2019 жылғы 12 тамызда үшінші рет, ал 2020 жылғы 8 сәуірде төртінші рет қайталанды, онда ММС-ті ішу ағартқышты ішумен бірдей қауіпті екендігі айтылды және тұтынушылар оны пайдаланудан немесе осы өнімдерді балаларына ешқандай себеппен болмасын беруден аулақ болуға шақырылды, себебі хлор диоксидінің ешқандай пайдалы медициналық қасиеттері бар екенін көрсететін ғылыми дәлелдер жоқ.