二氧化氯

理化性质

红黄色有强烈刺激性臭味气体；11℃时液化成红棕色液体，-59℃时凝固成橙红色晶体。有类似氯气和硝酸的特殊刺激臭味。液体为红褐色，固体为橙红色。沸点11℃。相对蒸气密度2.3g/L。遇热水则分解成次氯酸、氯气、氧气，受光也易分解，其溶液于冷暗处相对稳定。二氧化氯能与许多化学物质发生爆炸性反应。对热、震动、撞击和摩擦相当敏感，极易分解发生爆炸。受热和受光照或遇有机物等能促进氧化作用的物质时，能促进分解并易引起爆炸。若用空气、二氧化碳、氮气等惰性气体稀释时，爆炸性则降低。属强氧化剂，其有效氯是氯的2.6倍。与很多物质都能发生剧烈反应。腐蚀性很强。

可溶性：极易溶于水而不与水反应，几乎不发生水解（水溶液中的亚氯酸和氯酸只占溶质的2%）；在水中的溶解度是氯的5～8倍。溶于碱溶液而生成亚氯酸盐和氯酸盐。

水中溶解度：20℃时0.8g/100mL、8300mg/L

化学键：Cl原子以sp2杂化轨道形成σ键，分子为V形分子。氯原子中的一个电子垂直于O-Cl-O平面，并与O,O的4个电子形成大π键（离域π键）。

氧化作用：

1、对锰的氧化

二氧化氯能够把二价锰氧化成四价锰，使之形成不溶于水的二氧化锰(MnO2)，即：

2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-

2、对铁的氧化

二氧化氯同样也能够把二价的铁氧化成三价的铁，形成氢氧化铁沉淀，即：

ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+

3、对硫化物的氧化

二氧化氯在pH值5～9的区间内，很快将硫化物（S2-）氧化成硫酸盐（SO42-），即：

8ClO2+5S2-+4H2O=5SO42-+8Cl-+8H+

4、对氰化物的氧化

二氧化氯可以将氰化物氧化成二氧化碳和氮，即：

2ClO2+2CN-=2CO2+N2+2Cl-

结构

Cl原子以sp3杂化轨道形成σ键，分子为V形分子。[cl原子以SP2杂化轨道形成西格玛键其中一个电子垂直于O-CL-0平面，并与O=O的4个电子形成3原子5电子大派键(离域派键)]

化合价：氯元素化合价为+4，氧元素化合价为-2

性质

二氧化氯(ClO2)是汉弗莱·戴维于1811年发现的。根据浓度的不同，二氧化氯是一种黄绿色气体,具有与氯气相似的气味,760mmHg时沸点11℃,比重为3.09g/L。空气中的体积浓度超过10%便有爆炸性，但在水溶液中是十分稳定的。二氧化氯在水中溶解成黄绿色的溶液，它在水中不水解，也不聚合，在PH=2～9范围内以一种溶解的气体存在,具有一定的挥发性。n

二氧化氯是一种强氧化剂，与Cl2很大的不同是与酚反应不产生异味很大的氯苯酚,与有机物、无机物反应有很强的选择性,这使二氧化氯与腐殖质及有机物反应几乎不产生发散性有机卤化物(TOX)，不生成并抑制生成致癌作用的三卤甲烷(TMH)。另外，二氧化氯也不与氨及氨基化合物反应。n

二氧化氯作为一种强氧化剂，它能有效破坏水体中的微量有机污染物，如苯并芘、葸醌、氯仿、四氯化碳、酚、氯酚、氰化物、硫化氢及有机硫化物等，氧化有机物时不发生氯代反应。ClO2能很好地氧化水中的还原状态的金属离子，如Fe2+、nMn2+、Ni2+等，特别是ClO2可将以有机键合形式存在的Fe2+、Mn2+氧化,因此ClO2有很强的去除水体中Fe2+、Mn2+的作用。n

二氧化氯及水溶液受紫外线照射或受热后会渐渐分解，分解产物有Cl2、O2、HOCl、HClO3和HCl等。为了克服其不稳定性的缺点，以便运输和贮存，一般将其制成稳定性溶液。

计算化学数据

疏水参数计算参考值（XlogP）：1.4

氢键供体数量：0

氢键受体数量：1

可旋转化学键数量：0

互变异构体数量：0

拓扑分子极性表面积：18.1

重原子数量：3

表面电荷：0

复杂度：7.5

同位素原子数量：0

确定原子立构中心数量：0

不确定原子立构中心数量：0

确定化学键立构中心数量：0

不确定化学键立构中心数量：0

共价键单元数量：1

毒理学数据

急性毒性：94mg/kg（大鼠口服）；LCLo：260 ppm（大鼠，2小时）。

作用机理

二氧化氯具有杀菌、漂白、除臭、消毒、保鲜的功能。主要是因为二氧化氯具有氧化作用，二氧化氯分子的电子结构呈不饱和状态，外层共有19个电子，具有强烈的氧化性，主要是对富有电子（或供电子）的原子基团（如含巯基的酶和硫化物，氯化物）进行攻击，强行掠夺电子，使之成为失去活性和改变性质的物质。

1、杀菌机理

二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，放出原子氧将细胞内的含巯基的酶氧化起到杀菌作用。

2、漂白作用

二氧化氯的漂白是通过放出原子氧和产生次氯酸盐而达到分解色素的目的。用它做漂白剂代替氯气、氯酸盐等，可阻止并避免与纤维发生氧化而降低纤维强度，因而效果更全面。

3、除臭作用

二氧化氯的除臭是因为它能与异味物质（如H2S、-SOH、-NH2等）发生脱水反应并使异味物质迅速氧化转化为其他物质。而且它能阻止蛋氨酸分解成乙烯，也能破坏已形成的乙烯，从而延缓腐烂，同时杀死微生物而不与脂肪酸反应并不破坏食品结构。

制备方法

二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，在生产和使用时必须尽量用稀有元素气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。世界常用的二氧化氯制备方法主要集中为三种。

1、氯酸钠（NaClO3）与浓盐酸反应法

化学反应方程式为：2NaClO3＋4HCl（浓）=2NaCl＋Cl2↑＋ClO2↑＋2H2O。此法的缺点主要是同时产生了大量的氯气，不仅产率低，而且产品难以分离，同时很有可能造成环境污染。

2、亚氯酸钠与氯气反应法

将经干燥空气稀释的氯气通入填充有固体亚氯酸钠（NaClO2）的反应柱内制得。化学反应方程式为：2NaClO2＋Cl2=2NaCl＋2ClO2↑。此法的特点是安全性好，没有产生毒副产品。

3、草酸钠还原法

在酸性溶液中用草酸钠（Na2C2O4）还原氯酸钠，化学反应方程式为：Na2C2O4＋2NaClO3＋2H2SO4=Na2SO4＋2CO2↑＋2ClO2↑＋2H2O。此法的最大特点是由于反应过程中生成的二氧化碳的稀释作用，大大提高了生产及储存、运输的安全性。

主要用途

二氧化氯因为其具有杀菌能力强，对人体及动物没有危害以及对环境不造成二次污染等特点而备受人们的青睐。二氧化氯不仅是一种不产生致癌物的广谱环保型杀菌消毒剂，而且还在杀菌、食品保鲜、除臭等方面表现出显著的效果。二氧化氯还可以用于漂白，如纺织与造纸元采用氯气漂白的都可以用二氧化氯替代。

杀菌消毒方面

1、对饮用水的消毒。二氧化氯是净化饮用水的一种十分有效的净水剂，其中包括良好的除臭与脱色能力、低浓度下高效杀菌和杀病毒能力。二氧化氯用于水消毒，在其浓度为0.5-1mg/L时，1分钟内能将水中99%的细菌杀灭，灭菌效果为氯气的10倍，次氯酸钠的2倍，抑制病毒的能力也比氯高3倍，比臭氧高1.9倍。二氧化氯还有杀菌快速，PH范围广（6-10），不受水硬度和盐份多少的影响，能维持长时间的杀菌作用，能高效率地消灭原生动物、孢子、霉菌、水藻和生物膜，不生成氯代酚和三卤甲烷，能将许多有机化合物氧化，从而降低水的毒性和诱变性质等多种特点。

2、对空气的杀菌。空气中含有大量可以致病的细菌，特别是饮食业场所及食品加工厂生产车间空气中微生物种类和数量多而复杂，对于这些微生物普遍采用的是紫外线灭菌方式，但由于室内空气相对湿度大，紫外线杀菌效果并不理想。而二氧化氯制剂的灭菌能力强，分解迅速无残留，非常适于饮食业及食品加工业的有关场所的空气喷雾杀菌及消毒。此外，春秋两季是感冒、气管炎等传染病的多发季节，可以用二氧化氯对环境进行消毒，不但能杀灭病原微生物，还能消除异味，清新空气。

3、对厨房用具、食品机械设备的消毒。厨房用具、食品机械设备、容器等如果不经彻底的消毒，容易对食品造成污染，导致食物中毒的发生。用二氧化氯对厨房用具、食品机械设备、容器等进行消毒，可杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球等。

4、医疗领域。二氧化氯用于口腔含漱，可有效控制牙龈炎、牙斑菌和口臭，用作坐浴或冲洗，可防止多种疾病等等。二氧化氯对防治红眼病、皮肤病及除臭也有良好效果。

保鲜

1、食品的保鲜。二氧化氯属无毒型消毒剂，一般使用浓度较小，可直接用于水果、蔬菜、肉类的杀菌、保鲜。将水果、蔬菜在二氧化氯溶液中浸泡片刻，即能杀死微生物又不与脂肪酸反应，不破坏蔬菜的纤维组织并对果蔬的味道、营养无任何损害，且无需再用清水清洗。在流通领域中，有些不宜水洗的果蔬，可用固体的二氧化氯与果蔬一起装入包装箱，可长时间缓慢放出二氧化氯，既灭菌，又可达到保鲜作用。经二氧化氯溶液浸泡的鱼、鸡、禽类，不仅可消除腥臭味，还可有效控制微生物生长，延长储藏期，并能保持鲜美的口味。用二氧化氯处理禽蛋，保鲜效果亦良好，且不影响蛋的孵化。

2、除臭、除异味。二氧化氯能和空气中的氨和硫化合物及水中铁和锰化合物相作用，因此可消除空气和水中的臭味。用二氧化氯溶液对冰箱进行擦洗，可达到消除异味的作用。在卫生间中可用二氧化氯溶液进行喷雾，可迅速去除臭味。

漂白

1、纺织用于棉纱、麻等天然纤维的漂白。

2、造纸纸浆漂白，提高白度。

3、食用菌、竹笋等食品的漂白。

安全性

二氧化氯具有强氧化性，空气中的体积浓度超过10%便有爆炸性，它能与许多化学物质发生爆炸性反应，对受热、震动、撞击、摩擦相当敏感，极易分解发生爆炸。二氧化氯在其液态时稳定，但若和一些特定物质接触，也有爆炸的可能。

健康危害

二氧化氯有与氯气相似的刺激性气味，具有强烈刺激性，接触后主要引起眼和呼吸道刺激，吸入高浓度可发生肺水肿，能致死，对呼吸道产生严重损伤。高浓度的二氧化氯气体，可能对皮肤有刺激性。皮肤接触或摄入二氧化氯的高浓度溶液，可能引起强烈刺激和腐蚀，长期接触可导致慢性支气管炎。

国家标准

《二氧化氯消毒剂卫生标准》（GB 26366-2010）《Hygienic standard for chlorine dioxide disinfectant》于2011年6月1日实施。

《二氧化氯消毒剂发生器安全与卫生标准》（GB 28931-2012）《Safety and sanitation standard for chlorine dioxide disinfectant generator》于2013年5月1日实施。

《化学法复合二氧化氯发生器》（GB/T 20621-2006）《Generator of complex chlorine dioxide by chemical reaction》于2007年2月1日实施。

《稳定性二氧化氯溶液》（GB/T 20783-2006）《Stable chlorine dioxide solution》于2007年6月1日实施。

《带二氧化氯的四段漂白系统能量平衡及能量效率计算方法》（GB/T 27709-2011）《Calculation method of energy equilibrium and energy efficiency in four stages bleaching system with chlorine dioxide》于2012年实施。

《二氧化氯固体释放剂》（GB/T 27802-2011）《Solid composition releasing chorine dioxide》于2012年6月1日实施。

《二氧化氯固体释放剂分析方法》（GB/T 27803-2011）《Analysis method for solid composition releasing chorine dioxide》于2012年6月1日实施。