როდის აღმოაჩინეს ქლორის დიოქსიდი?

ქლორის დიოქსიდი
ქლორის დიოქსიდი ძირითადად გამოიყენება როგორც მათეთრებელი საშუალება. დეზინფექციის შემთხვევაში ეფექტურია მცირე კონცენტრაციებზეც კი, თავისი უნიკალური მახასიათებლებიდან გამომდინარე.

სურათი 1: სერ ჰამფრი დეივიმ აღმოაჩინა ქლორის დიოქსიდი 1814 წელს


როდის აღმოაჩინეს ქლორის დიოქსიდი?
ქლორის დიოქსიდი აღმოაჩინა სერ ჰამფრი დეივმა 1814 წელს. მან კალიუმის ქლორატზე (KClO3) გოგირდმჟავა (H2SO4) დაასხა და წარმოქმნა აირი. შემდეგ გოგირდმჟავა ჩაანაცვლა ჰიპოქლორმჟავით (HOCl). ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, ამ რეაქციას იყენებენ ქლორის დიოქსიდის დიდი რაოდენობით წარმოქმნისთვის. ნატრიუმის ქლორატი (NaClO3) გამოიყენებოდა კალიუმის ქლორატის მაგივრად.
2NaClO3 + 4HCl ® 2ClO2 + Cl2 + 2NaCl + 2H2O

რა არის ქლორის დიოქსიდის მახასიათებლები?
ქლორის დიოქსიდი (ClO2) სინთეტური, მომწვანო-მოყვითალო აირია ქლორის მსგავსი გამაღიზიანებელი სუნით. ქლორის დიოქსიდი ნეიტრალური ქლორის ნაერთია. ქლორის დიოქსიდი საკმაოდ განსხვავდება ელემენტარული ქლორისგან, როგორც ქიმიური სტრუქტურით, ასევე ქცევით. ქლორის დიოქსიდი პატარა, აქროლადი და საკმაოდ ძლიერი მოლეკულაა. განზავებულ წყალხსნარებში ქლორის დიოქსიდი თავისუფალი რადიკალია. მაღალი კონცენტრაციის შემთხვევაში, ის კარგად შედის რეაქციაში აღმდგენელ ნივთიერებებთან. ქლორის დიოქსიდი არასტაბილური აირია, რომელიც დისოცირდება აირად ქლორად (Cl2), აირად ჟანგბადად (O2) და სითბოდ. როცა ქლორის დიოქსიდი მზის სხივების ზემოქმედების შედეგად ფოტოჟანგვას განიცდის, იშლება. ქლორის დიოქსიდის რეაქციების საბოლოო პროდუქტებია ქლორიდი (Cl), ჰიპოქლორიტი (ClO) და ქლორატი (ClO3).
–59°C-ზე მყარ აგრეგატულ მდგომარეობაში მყოფი ქლორის დიოქსიდი მოწითალო სითხედ იქცევა. 11°C-ზე ქლორის დიოქსიდი აირად გარდაიქმნება. ქლორის დიოქსიდი ჰაერზე 2.4-ჯერ მკვრივია. თხევად ქლორის დიოქსიდს წყალზე დიდი სიმკვირვე აქვს.

შეიძლება, რომ ქლორის დიოქსიდი წყალში გაიხსნას?
ქლორის დიოქსიდის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა წყალში კარგად ხსნადობა, განსაკუთრებით კი – ცივ წყალში. ქლორის დიოქსიდი არ ჰიდროლიზდება წყალთან ურთიერთქმედებისას, ის ხსნარში რჩება გახსნილი აირის სახით. ქლორის დიოქსიდი წყალში 10-ჯერ უფრო კარგად იხსნება, ვიდრე ქლორი. ქლორის დიოქსიდის მოცილება შესაძლოა განიავების გზით ან ნახშირორჟანგით.

რაში გამოიყენება ქლორის დიოქსიდი?
ქლორის დიოქსიდს მრავალგვარი გამოყენება აქვს. ის გამოიყენება ელექტრონიკის ინდუსტრიაში პლატების გასაწმენდად, ნავთობის ინდუსტრიაში სულფიდების დასამუშავებლად, ქსოვილებისა და სანთლების გასათეთრებლად. მეორე მსოფლიო ომის დროს, ქლორის რესურსი მწირი იყო და მათეთრებლად ქლორის დიოქსიდი გამოიყენებოდა. დღესდღეობით, ქლორის დიოქსიდი ძირითადად ქაღალდის გასათეთრებლად გამოიყენება. ის წარმოქმნის უფრო სუფთა და ძლიერ ბოჭკოებს, ვიდრე – ქლორი. ქლორის დიოქსიდის უპირატესობა ისაა, რომ ნაკლებ მავნებელ შუალედურ პროდუქტს წარმოქმნის, ვიდრე – ქლორი. აირადი ქლორის დიოქსიდი გამოიყენება სამედიცინო და ლაბორატორიული აღჭურვილობის, ზედაპირების, ოთახებისა და ხელსაწყოების სტერილიზაციისთვის.
ქლორის დიოქსიდის გამოყენება შესაძლებელია მჟანგავი და სადეზინფექციო ფუნქციით. ის ძალიან ძლიერი მჟანგავია და ეფექტურად კლავს ისეთ პათოგენურ ორგანიზმებს, როგორებიცაა სოკოები, ბაქტერიები და ვირუსები. ის ასევე ხელს უშლის და აშორებს ბიოფილმს. როგორც სადეზინფექციო საშუალება და პესტიციდი, ის ძირითადად თხევადი ფორმით გამოიყენება. ქლორის დიოქსიდი, ასევე, შეგვიძლია გამოვიყენოთ ციმბირული წყლულის წინააღმდეგ, რადგანაც ის ეფექტურია სპორაწარმომქმნელ ბაქტერიებთან ბრძოლაში.

ქლორის დიოქსიდი როგორც მჟანგავი
როგორც მჟანგავი, ქლორის დიოქსიდი საკმაოდ სელექციურია. ეს უნარი მომდინარეობს უნიკალური ერთი ელექტრონის გაცვლის მექანიზმიდან. ქლორის დიოქსიდი უტევს ორგანული მოლეკულების ელექტრონით მდიდარ ცენტრებს. ხდება ერთი ელექტრონის გადაცემა და ქლორის დიოქსიდი აღდგება ქლორიტამდე (ClO2 ).

ქლორის დიოქსიდი

სურათი 2: ქლორის დიოქსიდი მეტად სელექციური მჟანგავია, ვიდრე – ქლორი. ერთი და იგივე კონცენტრაციის დოზებში, ქლორის დიოქსიდის ნარჩენი კონცენტრაცია გაცილებით უფრო მაღალია მძიმე დაბინძურებისას, ვიდრე ქლორის ნარჩენი კონცენტრაცია.

Cl2-ის და ClO2-ის სელექციურობა

სხვადასხვა სადეზინფექციო საშუალებების ჟანგვის სიმძლავრისა და ტევადობის შედარებისას, შეგვიძლია, დავასკვნათ, რომ ქლორის დიოქსიდი ეფექტურია დაბალ კონცენტრაციაზე. ქლორის დიოქსიდი იმდენად რეაქციისუნარიანი არაა, როგორც ოზონი ან ქლორი და მხოლოდ გოგირდის ნაწარმებთან, ამინებთან და ზოგ სხვა რეაქტიულ ორგანულ სუბსტანციებთან შედის რეაქციაში. ქლორთან და ოზონთან შედარებით, ნაკლები ქლორის დიოქსიდია საჭირო აქტიური ნარჩენი სადეზინფექციო საშუალების მოსაპოვებლად. მისი გამოყენება შეიძლება, ასევე, მაშინაც, როცა დიდი რაოდენობითაა წარმოდგენილი ორგანული მატერია.

ჟანგვის ძალა აღწერს, თუ რამდენად ძლიერად შედის მჟანგავი რეაქციაში დასაჟანგ ნივთიერებასთან. ოზონს ჟანგვის ძალის ყველაზე მაღალი მაჩვენებელი აქვს და რეაქციაში შედის ნებისმიერ ნაერთთან, რისი დაჟანგვაც შესაძლებელია. ქლორის დიოქსიდი სუსტია, უფრო დაბალი პოტენციალი აქვს, ვიდრე ქვექლოროვან მჟავას ან ქვებრომოვან მჟავას. ჟანგვის მოცულობა გვიჩვენებს, თუ რამდენი ელექტრონის გადაცემა ხდება ჟანგვითი ან აღდგენითი რეაქციის დროს. ქლორის დიოქსიდში არსებული ქლორის ატომის ჟანგვის რიცხვია +4. ამ მიზეზის გამო, ქლორის დიოქსიდი იერთებს 5 ელექტრონს, როცა ის ქლორიდად აღდგება. მოლეკულური წონის მიხედვით, ქლორის დიოქსიდი შეიცავს 263% „ხელმისაწვდომ ქლორს“; ესაა 2.5-ჯერ მეტი ჟანგვის მოცულობა, ვიდრე ქლორის შემთხვევაში.


ცხრილი 2: სხვადასხვა მჟანგველების ჟანვითი პოტენციალები

მჟანგველი ჟანგვის ძალა ჟანგვის მოცულობა
ოზონი (O3) 2,07 2 e-
წყალბადის ზეჟანგი (H2O2) 1,78 2 e-
ქვექლოროვანი მჟავა (HOCl) 1,49 2 e-
ქვებრომოვანი მჟავა (HOBr) 1,33 2 e-
ქლორის დიოქსიდი (ClO2) 0,95 5 e-

მოცემული შედარებები გვიჩვენებს, რა ხდება, როცა ქლორის დიოქსიდი რეაქციაში შედის. ჯერ ქლორის დიოქსიდი მიიერთებს ელექტრონს და აღდგება ქლორიტამდე
ClO2 + e- ® ClO2

ქლორიტ-იონი იჟანგება და ხდება ქლორიდის იონი
ClO2 + 4H+ + 4e- ® Cl + 2H2O

ეს შედარებები გვიჩვენებს, რომ ქლორის დიოქსიდი ქლორიდ-იონამდე აღდგება და ამ რეაქციის დროს იერთებს 5 ელექტრონს. ქლორის ატომი რჩება მანამ, სანამ სტაბილური ქლორიდი არ ჩამოყალიბდება. ეს ხსნის, თუ რატომ არ წარმოიქმნება ქლორიანი ნივთიერებები. როცა ქლორი რეაქციაში შედის, ის არამხოლოდ ელექტრონებს იერთებს, არამედ მიერთებისა და ჩანაცვლების რეაქციებშიც მონაწილეობს. ამ რეაქციების დროს, ქლორის ერთი ან მეტი ატომი უცხო სუბსტანციას უერთდება.

ცხრილი 3: ქლორის ხელმისაწვდომობა მოლ წონაზე

რეაგენტი ხელმისაწვდომი ქლორი (%)
ქლორი (Cl 2) 100
მათეთრებელი ფხვნილი 35-37
კალციუმის ჰიპოქლორიტი (Ca(OCl) 2 99,2
კომერციული კალციუმის ჰიპოქლორიტი 70-74
ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი (NaOCl) 95,2
ინდუსტრიული მათეთრებელი 12-15
საოჯახო მოხმარების მათეთრებელი 3-5
ქლორის დიოქსიდი 263,0
მონოქლორამინი 137,9
დიქლორამინ 165,0
ტრიქლორამინი 176,7

როგორ ახერხებს ქლორის დიოქსიდი დეზინფექციას?

ქლორის დიოქსიდი დეზინფექციას ჟანგვის საშუალებით ახერხებს. ისაა ერთადერთი ბიოციდი, რომელიც მოლეკულურად თავისუფალი რადიკალია. მას აქვს 19 ელექტრონი და პრეფერენცია ისეთი ნივთიერებების მიმართ, რომლებიც გასცემენ ან იერთებენ ელექტრონს. ქლორის დიოქსიდი მხოლოდ იმ ნაერთებთან შედის რეაქციაში, რომლებიც ელექტრონს გასცემენ. ამის საპირისპიროდ, ქლორი ამატებს ქლორის ატომს ან ჩაანაცვლებს ქლორის ატომს იმ ნივთიერებაში, რომელთანაც რეაქციაში შევა.

როგორ მუშაობს ქლორის დიოქსიდით დეზინფექცია?

ბაქტერიულ უჯრედებში არსებული ორგანული ნაერთები ქლორის დიოქსიდთან შედიან რეაქციაში, რის შედეგადაც ფერხდება უჯრედული პროცესები. ქლორის დიოქსიდი პირდაპირ შედის რეაქციაში უჯრედში არსებულ ამინომჟავებთან და რნმ-თან. არაა ნათელი, ქლორის დიოქსიდი უჯრედის სტრუქტურას უტევს თუ უჯრედში არსებულ მჟავებს. ცილების წარმოქმნას ხელი ეშლება. ქლორის დიოქსიდი უჯრედის მემბრანაზე ახდენს გავლენას მემბრანული ცილებისა და ცხიმების ცვლილებით და ინჰალაციისთვის ხელის შეშლით.
როდესაც ბაქტერიები ნადგურდებიან, უჯრედის კედელში აღწევს ქლორის დიოქსიდი. ვირუსების განადგურება სხვაგვარად ხდება; ქლორის დიოქსიდი შედის რეაქციაში პეპტონთან, წყალში ხსნად სუბსტანციასთან, რომელიც წარმოიქმნება ცილების ამინომჟავებად ჰიდროლიზის შედეგად. ქლორის დიოქსიდი ვირუსებს ხოცავს ცილების წარმოქმნისთვის ხელის შეშლის გზით. ქლორის დიოქსიდი ვირუსების წინააღმდეგ მეტად ეფექტურია, ვიდრე ქლორი ან ოზონი.

შეიძლება ქლორის დიოქსიდის გამოყენება უმარტივესი პარაზიტების წინააღმდეგ?

სადეზინფექციო საშუალებების რიგში ქლორის დიოქსიდი ერთ-ერთი ეფექტური საშუალებაა Giardia Lambia-s და Cryptosporidium-ის წინააღმდეგ, რომლებიც სასმელ წყალში არიან და იწვევენ ისეთ დაავადებებს, როგორებიცაა: „ლამბლიოზი“ და „კრიპტოსპორიდიოზი“. უმარტივესი პარაზიტებისგან თავის დაცვის ყველაზე კარგი საშუალებაა დეზინფექცია ოზონისა და ქლორის დიოქსიდის კომბინაციით.

შეუძლიათ თუ არა მიკროორგანიზმებს ქლორის დიოქსიდის მიმართ რეზისტენტულობის შეძენა?

ქლორის დიოქსიდს, როგორც სადეზინფექციო საშუალებას, აქვს უპირატესობა იმ მხრივ, რომ პირდაპირ შედის რეაქციაში მიკროორგანიზმების უჯრედის კედელთან. ეს რეაქცია დამოკიდებული არაა რეაქციის დროზე ან კონცენტრაციაზე. არამჟანგველი სადეზინფექციო საშუალებებისგან გასხვავებით, ქლორის დიოქსიდი მაშინაც ხოცავს მიკროორგანიზმებს, როცა ისინი არააქტიურები არიან. აქედან გამომდინარე, ქლორის დიოქსიდის კონცენტრაცია, რომელიც საჭიროა მიკროორგანიზმების ეფექტურად დასახოცად, უფრო დაბალია, ვიდრე არამჟანგველი სადეზინფექციო საშუალებების კონცეტნრაციები. მიკროორგანიზმებს არ შეუძლიათ ქლორის დიოქსიდის მიმართ რეზისტენტულობის გამომუშავება,

შესაძლოა თუ არა ქლორის დიოქსიდის ბიოფილმის წინააღმდეგ გამოყენება?

ქლორის დიოქსიდი ხსნარში აირად ფორმას ინარჩუნებს. ქლორის დიოქსიდის მოლეკულა ძლიერია და აქვს საშუალება, გაიაროს მთლიან სისტემაში. ქლორის დიოქსიდს შეუძლია ბაქტერიის ლორწოვან გარსებში შეღწევა, რადგანაც ის მარტივად იხსნება ნახშირწყალბადებში და ემულსიებშიც კი. ქლორის დიოქსიდი ჟანგავს პოლისაქარიდულ მატრიქსს, რომლის მოვალეობაცაა ბიოფილმის მთლიანობის შენარჩუნება. ამ რეაქიისას ქლორის დიოქსიდი აღდგება ქლორიტის იონამდე. ეს იონები ბიოფილმის მყარ ნარჩენებში განაწილდებიან. როცა ბიოფილმი ხელახლა დაიწყებს ზრდას, მჟავა გარემო წარმოიქმნება და ქლორიტის იონები გარდაიქმნებიან ქლორის დიოქსიდად. ქლორის დიოქსიდი კი დარჩენილ ბიოფილმს მოსპობს.

რა არის ქლორის დიოქსიდით დეზინფექციის შუალედური პროდუქტები?
ქლორის დიოქსიდის რეაქცია ბაქტერიებთან და სხვა სუბსტანციებთან ორ ნაბიჯად მიმდინარეობს. ამ პროცესის დროს დეზინფექციის შუალედური პროდუქტები წარმოიქმნება, რომლებიც წყალში რჩებიან. პირველ ეტაპზე ქლორის დიოქსიდის მოლეკულა მიიერთებს ელექტრონს და წარმოიქმნება ქლორიტი(ClO3). მეორე ეტაპზე ქლორის დიოქსიდი მიიერთებს ოთხ ელექტრონს და წარმოქმნის ქლორიდს (Cl).წყალში, ასევე, შეგვიძლია ვიპოვოთ გარკვეული რაოდენობის ქლორატი (ClO3), რომელიც წარმოიქმნება ქლორის დიოქსიდის წარმოქმნისას. ქლორატიც და ქლორიტიც მჟანგველი რეაგენტები არიან. ქლორის დიოქსიდი, ქლორატი და ქლორიტი დისოცირდებიან ნატრიუმის ქლორიდად (NaCl)

შეიძლება თუ არა ქლორის დიოქსიდის გამოყენება სასმელი წყლის დეზინფექციისთვის?

1950-იან წლებში ცნობილი იყო ქლორის დიოქსიდის ძლიერი ბიოციდური უნარი, განსაკუთრებით კი მჟავიანობის მაღალ მაჩვენებლებზე. სასმელი წყლის დამუშავებისას პირველად გაომიყენებს არაორგანული კომპონენტების, მაგალითად, მანგანუმის და რკინის მოსაცილებლ, რათა მოშორებოდა გემოები და სუნები და შემცირებულიყო ქლორთან დაკავშირებული სადეზინფექციო შუალედური პროდუქტების რაოდენობა.

სასმელი წყლის დასამუშავებლად ქლორის დიოქსიდის გამოყენება შესაძლებელია როგორც სადეზინფექციო საშუალებად და მჟანგავ რეაგენტად. ის შეგვიძლია გამოვიყენოთ როგორც ჟანგვამდელ, ასევე, ჟანგვის შემდგომ ნაბიჯებში. ჟანგვამდელ ეტაპზე წყლის ზედაპირზე ქლორს დიოქსიდის დამატებით, წყალმცენარეებისა და ბაქტერიების ზრდა შემცირდება შემდეგ ეტაპებად: ქლორის დიოქსიდი დაჟანგავს მოტივტივე ნაწილაკებს, ხელს შეუწყობს კოაგულაციის პროცესს და წყლიდან სიმღვრივის მოცილებას.

ქლორის დიოქსიდი ბაქტერიებისთვისა და ვირუსებითვის ძლიერი სადეზინფექციო საშუალებაა. შუალედური პროდუქტი ქლორიტი (ClO2) სუსტი ბაქტერიციდული რეაგენტია. წყალში, ქლორის დიოქსიდი, როგორც ბიოციდი, აქტიურია მინიმუმ 48 საათის განმავლობაში, მისი აქტივობა, ალბათ, უფრო მეტია, ვიდრე ქლორის.
ქლორის დიოქსიდი ხელს უშლის სასმელი წყლის განაწილების ქსელში ბაქტერიების ზრდას. ის ასევე აქტიურად უშლის ხელს ბიოფილმის წარმოქმნას განაწილების ქსელში. ბიოფილმი, ჩვეულებრივ, რთულად დასამარცხებელია. ის პათოგენურ მიკროორგანიზმებს დამცავ ფენას უქმნის. სადეზინფექციო საშუალებების უმრავლესობა პათოგენებამდე ვერ აღწევს, თუმცა, ქლორის დიოქსიდს შეუძლია ბიოფილმის მოშორება და პათოგენური მიკროორგანიზმების დახოცვა. ქლორის დიოქსიდი ასევე ხელს უშლის ბიოფილმის წარმოქმნას, რადგანაც სისტემაში აქტიურობას დიდი ხანი ინარჩუნებს.

ინგლისურიდან თარგმნა: ნუცა ნინუა / Nutsa Ninua