二氧化氯(Chlorine Dioxide),在常温下是一种黄绿色至橘红色的气体,有窒息性嗅味。二氧化氯分子由一个氯原子和两个氧原子组成,分子式为ClO2,分子量67.45g/mol。二氧化氯分子外电子层共有19个电子,氯原子的标准氧化态是+4,是在自然界中完全或几乎完全以单体游离原子团型体存在的少数化合物之一。
标准大气压时二氧化氯沸点11℃,比重为3.09g/L。纯二氧化氯液体的密度为1.64g/L,温度低于-40℃时,二氧化氯变为深红色或红褐色的液体,温度低于-59℃时为橙黄色固体。二氧化氯其结构中有一个带有孤对电子的氯氧双键结构,性质极不稳定,是一种非常活泼的气体,当二氧化氯的浓蒸气超过大气压强41kPa时易发生爆炸。
二氧化氯消毒剂易溶于水,通常以水合分子存在,不易发生水解反应,20℃,10kPa时溶解度为8g/dm3,是氯气的五倍。二氧化氯溶解后形成黄绿色的溶液,具有与氯气近似的辛辣的刺激性气味;在较高温度或光照下,二氧化氯和水反应可以生成亚氯酸和氯酸。另外,二氧化氯溶于酸、碱溶液和四氯化碳,在酸性溶液中比较稳定,在碱性溶液中会迅速发生歧化反应,生成亚氯酸盐和氯酸盐的混合物。
由于二氧化氯中的氯原子是正四价,处于未饱和状态,因此,很容易得到或失去电子;二氧化氯对电子的亲和力达到3.43eV,是一种强氧化剂,具有很强的氧化性。根据结构组成分析二氧化氯中含氯52.6%,并且从Cl4+→Cl-1的氧化过程中共有五个电子转移,氧化能力是氯气的2.63倍。
二氧化氯为奇电子分子,没有明显的二聚倾向,电子对呈平面三角排布,分子内生成一个离域大π键,分子形状为V形,O-Cl-O键的键角为117.7±1.7°,呈双键特性。
二氧化氯分子的电子结构呈不饱和状态,但在水中却不以二聚或多状态存在,这种结构对二氧化氯在水中的迅速扩散是非常有利的。