Het chlooroxide (III) is een anorganische verbinding met de chemische formule Cl 2 O 3 . Komt overeen met chloorzuuranhydride, HClO 2 . Het is een donkerbruine vaste stof, zeer explosief, zelfs bij temperaturen onder 0ºC, en slecht gekarakteriseerd. Daarom is het het onderwerp van interesse voor computationele studies.
Chemisch gezien is het een covalent oxide, dus er zijn Cl-O-bindingen en een discreet Cl 2 O 3- molecuul (onderste afbeelding). Het molecuul kan ofwel worden gevormd door dehydratatie HClO 2 , of door het te onderwerpen aan fotolyse bij lage temperaturen. Het detail is dat het ontleedt en Cl 2 , O 2 of andere thermodynamisch stabiele chlooroxiden produceert .
Dichloortrioxide molecuul. Bron: Jynto.
Omdat Cl-O-bindingen slecht polair zijn, heeft het Cl 2 O 3- molecuul een klein dipoolmoment; daarom lost het niet goed op in water of reageert het niet met andere polaire oplosmiddelen. De instabiliteit ervan is zodanig dat het niet bekend is voor commerciële of potentiële toepassingen (noch zou de toepasbaarheid ervan levensvatbaar zijn als explosief).
De belangrijkste reden voor zijn instabiliteit kan te wijten zijn aan de elektronische kenmerken van de veronderstelde Cl 3+ (uitgaande van een puur ionisch karakter). In feite zijn de +1 en +5 oxidatietoestanden het meest stabiel wanneer chloor verbindingen vormt met zuurstof.
Eigendommen
Omdat de karakterisering ervan slecht is en slecht gedocumenteerd, valt er niet veel te zeggen over de eigenschappen, behalve de volgende punten:
-Het heeft een molecuulmassa van 118,903.
-Het is een effen donkerbruin; hoewel het gasvormig chloor kan sublimeren, waarbij geelachtig groene dampen vrijkomen.
-Het mist zowel kook- als smeltpunten, aangezien het explodeert bij 0ºC (en ook bij koudere temperaturen).
-De oplosbaarheid in water wordt geschat op ongeveer 3,42 g / 100 ml, wat bewijst dat het een covalent molecuul is met een lage polariteit.
-Reageert met water (het weinige dat oplost) om HClO 2 te worden :
Cl 2 O 3 + H 2 O <=> 2HClO 2
Structuur van chloor (III) oxide
De afbeelding toont de moleculaire structuur van Cl 2 O 3 met een bolletjes- en staafmodel. Hoewel het op het eerste gezicht misschien niet zo lijkt, zijn de onuitgesproken implicaties van de verbanden en ruimtelijke ordeningen ingewikkelder dan ze lijken. Deze structuur komt overeen met een van de vele mogelijke isomeren voor deze verbinding.
De rode bollen komen overeen met zuurstofatomen en de groene bollen met chlooratomen. Het chloor aan de linkerkant heeft een trigonale piramidegeometrie, met een paar vrije elektronen; dus kan worden aangenomen dat hun hybridisatie sp 3 moet zijn . Een zuurstofatoom fungeert als een brug tussen de twee chloorverbindingen, Cl-O-Cl.
Isomeren
Wat zijn de andere isomeren? In theorie worden er negen berekend, waarvan er vier het meest stabiel zijn (inclusief die in de afbeelding). De andere drie zouden structuren hebben zoals:
-ClClO 3 . Lijkt sterk op degene die wordt uitgelegd, maar met een Cl-Cl-binding.
-ClOOOCl (1). In dit isomeer is er een brug van drie zuurstofatomen die de twee chlooratomen scheiden (onthoud de hoekgeometrie van H 2 O om het te visualiseren).
-ClOOOCl (2). Dezelfde zuurstofrijke brug is ook aanwezig in dit isomeer, behalve dat de twee chlooratomen in de ruimte worden verduisterd; tegenover elkaar, terwijl ze in de bovenstaande isomeer ver weg zijn.
Nomenclatuur
De naam, chlooroxide (III), komt overeen met de naam die is toegekend volgens de voorraadnomenclatuur. Hier wordt aangenomen dat chloor een oxidatietoestand heeft van +3; maar het betekent niet dat het Cl 3 + -kation aanwezig kan zijn. Het is een molecuul, geen netwerk van ionen.
Een andere naam waaronder Cl 2 O 3 ook bekend is, is dichloortrioxide, volgens de systematische nomenclatuur.
En tot slot, niet zo gebruikelijk (ondanks dat het wordt beheerst door de traditionele nomenclatuur), is er de naam chlooranhydride om naar deze verbinding te verwijzen. Deze naam is te danken aan het feit dat, zoals reeds uitgelegd, Cl 2 O 3 wordt geproduceerd wanneer HClO 2 condenseert, waarbij water vrijkomt.
Toepassingen
Omdat het een chlooroxide is, is het meest directe gebruik dat men zou kunnen bedenken voor Cl 2 O 3 als een oxidatiemiddel dat organische onzuiverheden en microben kan neutraliseren. Het is echter erg onstabiel en ook explosief, dus het wordt voor dit doel niet eens als nuttig beschouwd.
Er is zeker geen informatie over hoe Cl 2 O 3 zich zou gedragen onder enorme druk (als het niet explodeert in het proces). Onder normale omstandigheden blijkt het niets meer te zijn dan een relatief stabiel en differentieerbaar tussenproduct tussen andere stabielere chlooroxiden.
Computationeel is het echter bestudeerd om mechanismen van vrije radicalen te bepalen waarbij verschillende soorten chloor en zuurstof betrokken zijn.
Referenties
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Dichloortrioxide. Hersteld van: en.wikipedia.org
- Dale L. Perry. (2011). Handboek van anorganische verbindingen. (tweede druk). CRC Press Taylor & Francis Group.
- Richard C. Ropp. (2013). Encyclopedie van de alkaline-aardeverbindingen. ElSevier.
- Kim KH, Han YK en Lee YS (1999). Effecten van de basisset op de stabiliteit van de Cl2O3-isomeren met behulp van B3P86- en B3LYP-methoden van dichtheidsfunctionaaltheorie. Journal of Molecular Structure THEOCHEM 460 (1-3): 19-25.