الأوزون هو نوع من الروابط الكيميائية. جزيء الأوزون: التركيب ، الصيغة ، النموذج

الأوزون غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة ومزعجة. الوزن الجزيئي 48 جم / مول ، الكثافة النسبية للهواء 1.657 كجم / م. يصل تركيز الأوزون في الهواء عند عتبة الشم إلى 1 مجم / م. في التركيزات المنخفضة عند مستوى 0.01-0.02 ملغم / م (5 مرات أقل من التركيز الأقصى المسموح به للإنسان) ، يمنح الأوزون الهواء رائحة نضارة ونقاء مميزة. لذلك ، على سبيل المثال ، بعد العاصفة الرعدية ، ترتبط الرائحة الرقيقة للأوزون دائمًا بالهواء النقي.

من المعروف أن جزيء الأكسجين يتكون من ذرتين: 0 2. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن ينفصل جزيء الأكسجين ، أي تنقسم إلى ذرتين منفصلتين. في الطبيعة ، هذه الظروف هي: تنشأ أثناء عاصفة رعدية أثناء تصريف كهرباء الغلاف الجوي وفي الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس (طبقة الأوزون للأرض). ومع ذلك ، لا يمكن أن توجد ذرة الأكسجين بشكل منفصل وتميل إلى إعادة التجمع. في سياق عملية إعادة الترتيب هذه ، تتشكل جزيئات ثلاثية الذرات.

جزيء يتكون من 3 ذرات أكسجين ، يسمى الأوزون أو الأكسجين المنشط ، هو تعديل مؤثر للأكسجين وله الصيغة الجزيئية 0 3 (د = 1.28 أ ، ف = 11.6.5 درجة).

وتجدر الإشارة إلى أن رابطة الذرة الثالثة في جزيء الأوزون ضعيفة نسبيًا ، مما يتسبب في عدم استقرار الجزيء ككل وميله إلى الانحلال الذاتي. وبسبب هذه الخاصية ، يعد الأوزون عامل مؤكسد قوي ومطهر فعال بشكل استثنائي.

الأوزون منتشر على نطاق واسع في الطبيعة. يتشكل دائمًا في الهواء أثناء عاصفة رعدية بسبب كهرباء الغلاف الجوي ، وكذلك تحت تأثير إشعاع الموجة القصيرة وتيارات الجسيمات السريعة أثناء التحلل الطبيعي للمواد المشعة في التفاعلات النووية والإشعاع الكوني وما إلى ذلك. يحدث الأوزون أيضًا عندما يتبخر الماء من الأسطح الكبيرة ، وخاصة ذوبان الجليد ، وأكسدة المواد الراتنجية ، والأكسدة الكيميائية الضوئية للهيدروكربونات غير المشبعة والكحوليات. يتم تفسير زيادة تكوين الأوزون في هواء الغابات الصنوبرية وعلى شاطئ البحر من خلال أكسدة راتنج الأشجار والأعشاب البحرية. إن ما يسمى بغلاف الأوزون ، والذي يتكون في الغلاف الجوي العلوي ، هو طبقة واقية من الغلاف الحيوي للأرض بسبب حقيقة أن الأوزون يمتص بشكل مكثف الأشعة فوق البنفسجية النشطة بيولوجيًا للشمس (بطول موجة أقل من 290 نانومتر).

يتم جلب الأوزون إلى الطبقة السطحية للغلاف الجوي من طبقة الستراتوسفير السفلى. يتراوح تركيز الأوزون في الغلاف الجوي من 0.08-0.12 ملغم / م. ومع ذلك ، قبل نضج السحب الركامية ، يزداد تأين الغلاف الجوي ، ونتيجة لذلك يزداد تكوين الأوزون بشكل كبير ، ويمكن أن يتجاوز تركيزه في الهواء 1.3 مجم / م 3.

الأوزون هو شكل من أشكال الأكسجين نشط للغاية. يتم التعبير عن تكوين الأوزون من الأكسجين بواسطة المعادلة

3O2 = 20 3-285 كيلوجول / مول ، (1)

مما ينتج عنه أن المحتوى الحراري القياسي لتكوين الأوزون موجب ويساوي 142.5 كيلو جول / مول. بالإضافة إلى ذلك ، كما تظهر معاملات المعادلة ، في سياق هذا التفاعل ، يتم الحصول على جزيئين من ثلاثة جزيئات غازية ، أي تقل انتروبيا النظام. نتيجة لذلك ، يكون الانحراف المعياري لطاقة جيبس ​​في التفاعل المدروس موجبًا أيضًا (163 كيلو جول / مول). وبالتالي ، فإن تفاعل تحويل الأكسجين إلى أوزون لا يمكن أن يستمر تلقائيًا ؛ الطاقة مطلوبة لتنفيذه. رد الفعل العكسي - يحدث اضمحلال الأوزون تلقائيًا ، حيث تقل طاقة جيبس ​​خلال هذه العملية. بمعنى آخر ، الأوزون مادة غير مستقرة تتحد بسرعة وتتحول إلى أكسجين جزيئي:

20z = 302 + 285 كيلوجول / مول. (2)

معدل التفاعل يعتمد على درجة حرارة وضغط الخليط وتركيز الأوزون فيه. عند درجة الحرارة والضغط الطبيعيين ، يستمر التفاعل ببطء ؛ وعند درجات حرارة مرتفعة ، يتسارع تحلل الأوزون. بتركيزات منخفضة (بدون شوائب أجنبية) في ظل الظروف العادية ، يتحلل الأوزون ببطء إلى حد ما. مع زيادة درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية أو أكثر ، يزداد معدل التحلل بشكل كبير. آلية تحلل الأوزون ، التي تتضمن أنظمة متجانسة وغير متجانسة ، معقدة للغاية وتعتمد على الظروف الخارجية.

يتم عرض الخصائص الفيزيائية الرئيسية للأوزون في الجدول 1.

تعد معرفة الخصائص الفيزيائية للأوزون ضرورية لاستخدامه الصحيح في العمليات التكنولوجية بتركيزات غير قابلة للانفجار ، ولتركيب وتحلل الأوزون في أوضاع آمنة مثلى ، ولتقييم نشاطه في مختلف الوسائط.

تتميز خصائص الأوزون بنشاطه تجاه الإشعاعات ذات التركيب الطيفي المختلف. الأوزون يمتص بشكل مكثف الميكروويف والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.

الأوزون عدواني كيميائيًا ويدخل بسهولة في التفاعلات الكيميائية. يتفاعل مع المواد العضوية ، فإنه يسبب مجموعة متنوعة من التفاعلات المؤكسدة عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا. هذا ، على وجه الخصوص ، يعتمد على تأثير مبيد الجراثيم للأوزون ، والذي يستخدم لتطهير المياه. غالبًا ما تكون العمليات المؤكسدة التي يبدأها الأوزون متسلسلة.

يعود النشاط الكيميائي للأوزون إلى حد كبير إلى حقيقة تفكك الجزيء

0 3 -> 0 2 + س (3)

يتطلب إنفاق طاقة يزيد قليلاً عن 1 فولت. يتبرع الأوزون بسهولة بذرة أكسجين عالية النشاط. في بعض الحالات ، يمكن لجزيء الأوزون أن يرتبط تمامًا بالجزيئات العضوية ، مكونًا مركبات غير مستقرة تتحلل بسهولة تحت تأثير درجة الحرارة أو الضوء لتكوين مركبات مختلفة تحتوي على الأكسجين.

تم تخصيص عدد كبير من الدراسات لتفاعلات الأوزون مع المواد العضوية ، حيث تبين أن الأوزون يساهم في مشاركة الأكسجين في عمليات الأكسدة ، وأن بعض تفاعلات الأكسدة تبدأ عند درجات حرارة منخفضة عند معالجة الكواشف بالأكسجين المعالج بالأوزون .

يتفاعل الأوزون بفاعلية مع المركبات العطرية ؛ في هذه الحالة ، يمكن أن يستمر التفاعل مع وبدون تدمير النواة العطرية.

في تفاعلات الأوزون مع الصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم ، والتي تمر عبر مركب غير مستقر وسيط M + Oˉ H + O3ˉ متبوعًا بتفاعل مع الأوزون ، تتشكل الأوزون. يمكن أيضًا تكوين أيون Оˉ 3 في تفاعلات مع المركبات العضوية.

للأغراض الصناعية ، يتم الحصول على الأوزون عن طريق معالجة الهواء الجوي أو الأكسجين في أجهزة خاصة - أجهزة الأوزون. تم تطوير تصميمات أجهزة الأوزون التي تعمل بتردد تيار متزايد (500-2000 هرتز) وأجهزة تعمل بالأوزون مع تفريغ متسلسل لا تتطلب تحضيرًا أوليًا للهواء (التنظيف والتجفيف) وتبريد الإلكترود. يصل إنتاج الطاقة من الأوزون فيها إلى 20-40 جم / كيلوواط ساعة.

تتمثل ميزة الأوزون على العوامل المؤكسدة الأخرى في أنه يمكن الحصول على الأوزون في مكان الاستهلاك من الأكسجين الجوي ، والذي لا يتطلب توصيل الكواشف والمواد الخام وما إلى ذلك. لا يترافق إنتاج الأوزون مع إطلاق تراكم ضار مواد. من السهل تحييد الأوزون. تكلفة الأوزون منخفضة نسبيا.

من بين جميع العوامل المؤكسدة المعروفة ، يشارك الأكسجين فقط ومجموعة محدودة من مركبات البيروكسيد في العمليات الحيوية الطبيعية.

عبارة "طبقة الأوزون" التي اشتهرت في السبعينيات. القرن الماضي ، منذ فترة طويلة على حافة الهاوية. في الوقت نفسه ، قلة من الناس يفهمون حقًا معنى هذا المفهوم ولماذا يعد تدمير طبقة الأوزون أمرًا خطيرًا. اللغز الأكبر بالنسبة للكثيرين هو بنية جزيء الأوزون ، ومع ذلك فهو مرتبط ارتباطًا مباشرًا بمشاكل طبقة الأوزون. دعنا نتعلم المزيد عن الأوزون وهيكله وتطبيقاته الصناعية.

ما هو الأوزون

الأوزون ، أو ، كما يُطلق عليه أيضًا ، الأكسجين النشط ، هو غاز أزرق سماوي ذو رائحة معدنية نفاذة.

يمكن أن توجد هذه المادة في جميع حالات التجميع الثلاث: الغازية والصلبة والسائلة.

في الوقت نفسه ، يحدث الأوزون في الطبيعة فقط على شكل غاز ، مكونًا ما يسمى بطبقة الأوزون. تظهر السماء باللون الأزرق بسبب لونها اللازوردي.

كيف يبدو جزيء الأوزون؟

حصل الأوزون على لقب "الأكسجين النشط" بسبب تشابهه مع الأكسجين. لذا فإن العنصر الكيميائي النشط الرئيسي في هذه المواد هو الأكسجين (O). ومع ذلك ، إذا كان جزيء الأكسجين يحتوي على 2 من ذراته ، فإن الجزيء - O 3) يتكون من 3 ذرات من هذا العنصر.

بسبب هذا الهيكل ، فإن خصائص الأوزون تشبه خصائص الأكسجين ، ولكنها أكثر وضوحًا. على وجه الخصوص ، مثل O 2 ، O 3 هو أقوى عامل مؤكسد.

والفرق الأكثر أهمية بين هذه المواد "ذات الصلة" ، وهو أمر حيوي يجب أن يتذكره الجميع ، هو ما يلي: لا يمكن استنشاق الأوزون ، وهو سام ، وفي حالة استنشاقه ، يمكن أن يتلف الرئتين أو حتى يقتل شخصًا. في نفس الوقت ، O 3 مثالي لتنظيف الهواء من الشوائب السامة. بالمناسبة ، هذا هو السبب في أنه بعد المطر يسهل التنفس: الأوزون يؤكسد المواد الضارة الموجودة في الهواء ، ويتم تنقيته.

نموذج جزيء الأوزون (المكون من 3 ذرات أكسجين) يشبه إلى حد ما صورة زاوية ، وحجمها 117 درجة. لا يحتوي هذا الجزيء على إلكترونات غير متزاوجة ، وبالتالي فهو غير مغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، لها قطبية ، على الرغم من أنها تتكون من ذرات عنصر واحد.

ذرتان من جزيء معين مرتبطة بقوة ببعضها البعض. لكن الاتصال بالثالث أقل موثوقية. لهذا السبب ، يكون جزيء الأوزون (يمكن رؤية صورة النموذج أدناه) هشًا للغاية وبعد فترة وجيزة يتحلل. كقاعدة عامة ، في أي تفاعل لتحلل O 3 ، يتم إطلاق الأكسجين.

بسبب عدم استقرار الأوزون ، لا يمكن حصاده أو تخزينه أو نقله مثل المواد الأخرى. لهذا السبب ، فإن إنتاجه أغلى من المواد الأخرى.

في الوقت نفسه ، يسمح النشاط العالي لجزيئات O 3 لهذه المادة بأن تكون أقوى عامل مؤكسد ، أقوى من الأكسجين ، وأكثر أمانًا من الكلور.

إذا تم تدمير جزيء الأوزون وتحرر O 2 ، فإن هذا التفاعل يكون دائمًا مصحوبًا بإطلاق الطاقة. في الوقت نفسه ، لكي تحدث العملية العكسية (تكوين O 3 من O 2) ، من الضروري إنفاقها على الأقل.

في الحالة الغازية ، يتحلل جزيء الأوزون عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. إذا تم رفعه إلى 100 درجة أو أكثر ، فسوف يتسارع التفاعل بشكل كبير. يؤدي وجود الشوائب أيضًا إلى تسريع فترة تحلل جزيئات الأوزون.

خصائص O3

أيًا كانت الحالات الثلاث التي يوجد فيها الأوزون ، فإنه يحتفظ بلونه الأزرق. كلما كانت المادة أكثر صلابة ، كان هذا الظل أكثر ثراءً وأكثر قتامة.

يزن كل جزيء أوزون 48 جم / مول. إنه أثقل من الهواء مما يساعد على فصل هذه المواد عن بعضها البعض.

O 3 قادر على أكسدة جميع المعادن وغير المعدنية تقريبًا (باستثناء الذهب والإيريديوم والبلاتين).

أيضًا ، يمكن أن تشارك هذه المادة في تفاعل الاحتراق ، ولكن هذا يتطلب درجة حرارة أعلى من O 2.

الأوزون قادر على الذوبان في H 2 O والفريونات. في حالته السائلة ، يمكن مزجه مع الأكسجين السائل والنيتروجين والميثان والأرجون ورابع كلوريد الكربون وثاني أكسيد الكربون.

كيف يتكون جزيء الأوزون؟

تتشكل جزيئات O 3 عن طريق ربط ذرات الأكسجين الحرة بجزيئات الأكسجين. وهي ، بدورها ، تظهر بسبب انقسام جزيئات O 2 الأخرى بسبب تأثير التصريفات الكهربائية والأشعة فوق البنفسجية والإلكترونات السريعة والجسيمات الأخرى عالية الطاقة عليها. لهذا السبب ، يمكن الشعور برائحة الأوزون المحددة بالقرب من الأجهزة الكهربائية أو المصابيح التي تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية.

على المستوى الصناعي ، يتم عزل O 3 باستخدام الكهرباء أو أجهزة الأوزون. في هذه الأجهزة ، يتم تمرير تيار كهربائي عالي الجهد عبر تيار غاز يحتوي على O 2 ، والتي تعمل ذراتها كـ "مادة بناء" للأوزون.

في بعض الأحيان يتم تشغيل الأكسجين النقي أو الهواء العادي في هذه الأجهزة. تعتمد جودة الأوزون الناتج على نقاء المنتج الأولي. لذلك ، فإن O 3 الطبي ، المخصص لعلاج الجروح ، يتم استخراجه فقط من O 2 النقي كيميائياً.

تاريخ اكتشاف الأوزون

بعد معرفة شكل جزيء الأوزون وكيفية تكوينه ، يجدر التعرف على تاريخ هذه المادة.

تم تصنيعه لأول مرة من قبل الباحث الهولندي مارتن فان ماروم في النصف الثاني من القرن الثامن عشر. لاحظ العالم أنه بعد تمرير الشرر الكهربائي في وعاء به هواء ، تغير الغاز الموجود فيه خصائصه. في الوقت نفسه ، لم يفهم فان ماروم أنه عزل جزيئات مادة جديدة.

لكن زميله الألماني المسمى Sheinbein ، في محاولة لتحلل H 2 O إلى H و O 2 بمساعدة الكهرباء ، لفت الانتباه إلى إطلاق غاز جديد برائحة نفاذة. وبعد الكثير من البحث ، وصف العالم المادة التي اكتشفها وأطلق عليها اسم "أوزون" تكريما للكلمة اليونانية التي تعني "رائحة".

اهتم كثير من العلماء بالقدرة على قتل الفطريات والبكتيريا ، وكذلك تقليل سمية المركبات الضارة التي تمتلكها المادة المفتوحة. بعد 17 عامًا من الاكتشاف الرسمي لـ O 3 ، صمم Werner von Siemens أول جهاز يجعل من الممكن تصنيع الأوزون بأي كمية. وبعد 39 عامًا ، اخترع نيكولا تيسلا اللامع وحصل على براءة اختراع أول مولد أوزون في العالم.

تم استخدام هذا الجهاز لأول مرة في فرنسا منذ عامين في محطات معالجة مياه الشرب. منذ بداية القرن العشرين. بدأت أوروبا في التحول إلى استخدام الأوزون لمياه الشرب لتنقيتها.

استخدمت الإمبراطورية الروسية هذه التقنية لأول مرة في عام 1911 ، وبعد 5 سنوات ، تم تجهيز ما يقرب من 4 دزينة من المنشآت لتنقية مياه الشرب باستخدام الأوزون في البلاد.

اليوم ، تحل معالجة المياه بالأوزون تدريجياً محل الكلورة. وهكذا ، فإن 95٪ من مياه الشرب في أوروبا تعالج بـ O 3. تحظى هذه التقنية أيضًا بشعبية كبيرة في الولايات المتحدة الأمريكية. في رابطة الدول المستقلة ، لا يزال قيد الدراسة لأنه على الرغم من أن الإجراء أكثر أمانًا وملاءمة ، إلا أنه أغلى من الكلورة.

تطبيقات الأوزون

بالإضافة إلى تنقية المياه ، O 3 لديها عدد من التطبيقات الأخرى.

• يستخدم الأوزون كمبيض في صناعة الورق والمنسوجات.
• يستخدم الأكسجين النشط لتطهير النبيذ ، وكذلك لتسريع عملية شيخوخة الكونياك.
• بمساعدة O 3 ، يتم تكرير الزيوت النباتية المختلفة.
• في كثير من الأحيان ، تُستخدم هذه المادة لمعالجة المنتجات القابلة للتلف ، مثل اللحوم والبيض والفواكه والخضروات. لا يترك هذا الإجراء آثارًا كيميائية ، كما هو الحال مع استخدام الكلور أو الفورمالديهايد ، ويمكن تخزين المنتجات لفترة أطول.
• يقوم الأوزون بتعقيم المعدات والملابس الطبية.
• أيضا ، O 3 المنقى يستخدم في مختلف الإجراءات الطبية والتجميلية. على وجه الخصوص ، بمساعدتها في طب الأسنان ، يقومون بتطهير تجويف الفم واللثة ، وكذلك علاج الأمراض المختلفة (التهاب الفم ، والهربس ، وداء المبيضات الفموي). في البلدان الأوروبية ، O 3 يحظى بشعبية كبيرة لتطهير الجروح.
• في السنوات الأخيرة ، اكتسبت الأجهزة المنزلية المحمولة لتصفية الهواء والماء باستخدام الأوزون شعبية هائلة.

طبقة الأوزون - ما هي؟

على مسافة 15-35 كم فوق سطح الأرض توجد طبقة الأوزون ، أو كما يطلق عليها أيضًا طبقة الأوزون. في هذا المكان ، يعمل O 3 المركز كنوع من مرشح للإشعاع الشمسي الضار.

من أين تأتي هذه الكمية من مادة إذا كانت جزيئاتها غير مستقرة؟ ليس من الصعب الإجابة على هذا السؤال إذا تذكرنا نموذج جزيء الأوزون وطريقة تكوينه. لذلك ، يتم تسخين الأكسجين ، الذي يتكون من جزيئي أكسجين ، الذي يدخل طبقة الستراتوسفير ، بواسطة أشعة الشمس. هذه الطاقة كافية لتقسيم O 2 إلى ذرات يتكون منها O 3. في الوقت نفسه ، لا تستخدم طبقة الأوزون جزءًا من الطاقة الشمسية فحسب ، بل تعمل أيضًا على ترشيحها ، وتمتص الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.

قيل أعلاه أن الأوزون يذوب بواسطة الفريونات. هذه المواد الغازية (المستخدمة في صناعة مزيلات العرق وطفايات الحريق والثلاجات) ، بمجرد إطلاقها في الغلاف الجوي ، تؤثر على طبقة الأوزون وتساهم في تحللها. نتيجة لذلك ، تظهر ثقوب في طبقة الأوزون تدخل من خلالها الأشعة الشمسية غير المفلترة إلى الكوكب ، والتي لها تأثير مدمر على الكائنات الحية.

بعد النظر في سمات وبنية جزيئات الأوزون ، يمكننا أن نستنتج أن هذه المادة ، على الرغم من خطورتها ، مفيدة جدًا للبشرية إذا تم استخدامها بشكل صحيح.

موسكو ، 16 سبتمبر - ريا نوفوستي.يتم الاحتفال باليوم العالمي للحفاظ على طبقة الأوزون ، وهو "درع" رقيق يحمي جميع أشكال الحياة على الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة للشمس ، يوم الاثنين 16 سبتمبر - في مثل هذا اليوم من عام 1987 تم التوقيع على بروتوكول مونتريال الشهير.

في الظروف العادية ، الأوزون ، أو O3 ، هو غاز أزرق شاحب يتحول ، عندما يبرد ، إلى سائل أزرق غامق ثم بلورات زرقاء داكنة. في المجموع ، يمثل الأوزون الموجود في الغلاف الجوي للكوكب حوالي 0.6 جزء في المليون من حيث الحجم: وهذا يعني ، على سبيل المثال ، أنه في كل متر مكعب من الغلاف الجوي يوجد فقط 0.6 سم مكعب من الأوزون. للمقارنة ، فإن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يبلغ بالفعل حوالي 400 جزء في المليون - أي أكثر من كأسين لكل متر مكعب من الهواء.

في الواقع ، يمكن أن يسمى هذا التركيز الصغير للأوزون نعمة للأرض: هذا الغاز ، الذي يشكل طبقة أوزون موفرة على ارتفاع 15-30 كيلومترًا ، يكون أقل "نبيلًا" في الجوار المباشر للإنسان. وفقًا للتصنيف الروسي ، ينتمي الأوزون إلى مواد من الدرجة الأولى والأعلى من الخطر - إنه عامل مؤكسد قوي جدًا ، وهو شديد السمية للإنسان.

ساعد فاديم سامويلوفيتش ، باحث أول في مختبر التحفيز والكيمياء الكهربية للغاز ، كلية الكيمياء ، جامعة لومونوسوف موسكو الحكومية ، ريا نوفوستي في فهم الخصائص المختلفة للأوزون الصعب.

درع الأوزون

"هذا غاز مدروس جيدًا ، تمت دراسة كل شيء تقريبًا - كل شيء لم يحدث أبدًا ، ولكن الشيء الرئيسي (معروف) ... للأوزون العديد من أنواع التطبيقات. لكن لا تنس أنه ، بشكل عام ، نشأت الحياة يقول سامويلوفيتش: "بفضل طبقة الأوزون - ربما تكون هذه هي اللحظة الرئيسية".

في الستراتوسفير ، يتكون الأوزون من الأكسجين نتيجة التفاعلات الكيميائية الضوئية - تبدأ مثل هذه التفاعلات تحت تأثير الإشعاع الشمسي. هناك ، تركيز الأوزون أعلى بالفعل - حوالي 8 ملليلتر لكل متر مكعب. يتم تدمير الغاز عندما "يلتقي" بمركبات معينة ، على سبيل المثال ، الكلور الذري والبروم - هذه المواد هي جزء من مركبات الكربون الكلورية فلورية الخطرة ، والمعروفة باسم الفريونات. قبل ظهور بروتوكول مونتريال ، تم استخدامها ، من بين أمور أخرى ، في صناعة التبريد وكوقود دفع في خراطيش الغاز.

في عام 2012 ، عندما احتفل بروتوكول مونتريال بالذكرى السنوية الخامسة والعشرين لتأسيسه ، وصف خبراء من برنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) حماية طبقة الأوزون كواحدة من أربع مشاكل بيئية رئيسية فقط أحرز فيها الجنس البشري تقدمًا كبيرًا. في الوقت نفسه ، لاحظ برنامج الأمم المتحدة للبيئة أن محتوى الأوزون في الستراتوسفير قد توقف عن الانخفاض منذ 1998 ، ووفقًا للعلماء ، بحلول 2050-2075 يمكن أن يعود إلى المستويات المسجلة قبل 1980.

ضباب الأوزون

على بعد 30 كيلومترًا من سطح الأرض ، "يتصرف" الأوزون جيدًا ، ولكن في طبقة التروبوسفير ، الطبقة السطحية ، اتضح أنه ملوث خطير. وفقًا لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة ، تضاعفت تركيزات الأوزون التروبوسفير في النصف الشمالي من الكرة الأرضية ثلاث مرات تقريبًا خلال المائة عام الماضية ، مما جعله ثالث أكبر غازات دفيئة "بشرية المنشأ".

هنا ، أيضًا ، لا ينبعث الأوزون في الغلاف الجوي ، ولكنه يتشكل تحت تأثير الإشعاع الشمسي في الهواء ، والذي يتلوث بالفعل بـ "سلائف" الأوزون - أكاسيد النيتروجين ، والهيدروكربونات المتطايرة ، وبعض المركبات الأخرى. في المدن التي يكون فيها الأوزون أحد المكونات الرئيسية للضباب الدخاني ، تكون انبعاثات المركبات "المسؤولة" بشكل غير مباشر عن مظهره.

ليس الناس والمناخ وحدهم هم من يعانون من طبقة الأوزون الأرضية. يقدر برنامج الأمم المتحدة للبيئة أن خفض الأوزون التروبوسفيري يمكن أن يساعد في توفير حوالي 25 مليون طن من الأرز والقمح وفول الصويا والذرة التي تُفقد كل عام بسبب هذا الغاز السام للنبات.

هذا على وجه التحديد لأن الأوزون على مستوى الأرض لم يعد مفيدًا لدرجة أن متخصصي الأرصاد الجوية والمراقبة البيئية يراقبون باستمرار تركيزاته في هواء المدن الكبيرة ، بما في ذلك موسكو.

الأوزون مفيد

يقول فاديم سامويلوفيتش: "إحدى الخصائص المثيرة جدًا للأوزون هي مبيد الجراثيم. إنه عمليًا الأول من بين جميع هذه المواد ، الكلور ، بيروكسيد المنغنيز ، أكسيد الكلور".

نفس الطبيعة المتطرفة للأوزون ، التي تجعله عامل مؤكسد قوي للغاية ، تشرح نطاق هذا الغاز. يستخدم الأوزون لتعقيم وتطهير المباني والملابس والأدوات ، وبالطبع لتنقية المياه - سواء الشرب أو المياه الصناعية أو حتى مياه الصرف الصحي.

بالإضافة إلى ذلك ، يؤكد الخبير أنه في العديد من البلدان يتم استخدام الأوزون كبديل للكلور في مصانع تبييض اللب.

"الكلور (عند التفاعل) مع المواد العضوية يعطي بالمقابل الكلور العضوي ، وهو أكثر سمية من الكلور فقط. ويمكن تجنب هذا (ظهور النفايات السامة) بشكل عام إما عن طريق التقليل الحاد من تركيز الكلور ، أو ببساطة وشرح سامويلوفيتش أحد الخيارات - استبدال الكلور بالأوزون.

من الممكن أيضًا تحويل الهواء إلى الأوزون ، وهذا يعطي أيضًا نتائج مثيرة للاهتمام - على سبيل المثال ، في إيفانوفو ، أجرى متخصصون من معهد أبحاث حماية العمال لعموم روسيا وزملاؤهم سلسلة من الدراسات ، تم خلالها "في محلات الغزل ، تمت إضافة كمية معينة من الأوزون إلى قنوات التهوية العادية ". ونتيجة لذلك ، انخفض انتشار أمراض الجهاز التنفسي ، وزادت إنتاجية العمالة ، على العكس من ذلك. يمكن أن يزيد الأوزون الجوي في مستودعات المواد الغذائية من سلامته ، وهناك أيضًا مثل هذه التجارب في بلدان أخرى.

الأوزون سام

المصيد باستخدام الأوزون هو نفسه - سميته. في روسيا ، أقصى تركيز مسموح به (MPC) للأوزون في الهواء الجوي هو 0.16 ملليغرام لكل متر مكعب ، وفي هواء منطقة العمل - 0.1 ملليغرام. لذلك ، يلاحظ سامويلوفيتش ، نفس عملية الأوزون تتطلب مراقبة مستمرة ، مما يعقد الأمر بشكل كبير.

يقول العالم: "لا تزال هذه تقنية معقدة نوعًا ما. صب دلوًا من نوع من مبيد الجراثيم هناك - إنه أسهل بكثير ، قم بصبها وهذا كل شيء ، ولكن هنا تحتاج إلى المتابعة ، يجب أن يكون هناك نوع من التحضير".

يضر الأوزون بجسم الإنسان ببطء ولكن بشكل خطير - فالتعرض المطول للهواء الملوث بالأوزون يزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي. يتفاعل مع الكوليسترول ، فهو يشكل مركبات غير قابلة للذوبان ، مما يؤدي إلى تطور تصلب الشرايين.

"عند تركيزات أعلى من الحد الأقصى المسموح به ، قد يحدث صداع وتهيج في الأغشية المخاطية وسعال ودوخة وإرهاق عام وانخفاض في نشاط القلب. يؤدي الأوزون السام على مستوى الأرض إلى ظهور أو تفاقم أمراض الجهاز التنفسي ، الأطفال ، كبار السن ومرضى الربو معرضون للخطر "، كما ورد على الموقع الإلكتروني للمرصد الجوي المركزي (CAO) في Roshydromet.

متفجرات الأوزون

الأوزون ضار ليس فقط للاستنشاق - يجب أيضًا إخفاء أعواد الثقاب ، لأن هذا الغاز شديد الانفجار. تقليديا ، تم اعتبار 300-350 ملليلتر لكل لتر من الهواء "العتبة" للمستويات الخطرة من غاز الأوزون ، على الرغم من أن بعض العلماء يعملون بمستويات أعلى ، كما يقول Samoylovich. لكن الأوزون السائل - نفس السائل الأزرق الذي يصبح داكنًا عندما يبرد - ينفجر تلقائيًا.

هذا ما يمنع استخدام الأوزون السائل كعامل مؤكسد في وقود الصواريخ - ظهرت هذه الأفكار بعد وقت قصير من بداية عصر الفضاء.

"نشأ مختبرنا في الجامعة على مثل هذه الفكرة. كل وقود صاروخ له قيمته الحرارية الخاصة في التفاعل ، أي مقدار الحرارة المنبعثة عند الاحتراق ، ومن ثم مدى قوة الصاروخ. لذلك ، من المعروف أن الخيار الأقوى هو الهيدروجين السائل الممزوج بالأوزون السائل ... ولكن هناك ناقص واحد ، وهو أن الأوزون السائل ينفجر وينفجر تلقائيًا ، أي بدون أي سبب واضح "، كما يقول ممثل جامعة موسكو الحكومية.

ووفقًا له ، فقد أنفقت كل من المختبرات السوفيتية والأمريكية "قدرًا هائلاً من الجهد والوقت لجعلها (تجارية) آمنة بطريقة ما - واتضح أنه كان من المستحيل القيام بذلك." يتذكر Samoylovich أنه في يوم من الأيام تمكن زملائه من الولايات المتحدة من الحصول على أوزون نقي بشكل خاص ، والذي "بدا أنه" لم ينفجر ، "كان الجميع يضربون التيمباني بالفعل" ، ولكن بعد ذلك انفجر النبات بأكمله ، وتوقف العمل.

"لدينا حالات عندما ، على سبيل المثال ، دورق به حامل أوزون سائل ، يتم سكب النيتروجين السائل فيه ، وبعد ذلك - إما أن النيتروجين قد غليان بعيدًا هناك ، أو شيء من هذا القبيل - تأتي ، ولكن نصف التركيب غير موجود ، كل شيء قد تطاير إلى الغبار. لماذا انفجر - من يدري ، "يلاحظ العالم.

هل سبق لك أن لاحظت كم هو ممتع أن تتنفس بعد المطر؟ يأتي هذا الهواء المنعش من الأوزون الموجود في الغلاف الجوي الذي يأتي بعد المطر. ما هي هذه المادة ، ما هي وظائفها ، تركيبتها ، وهل هي حقا مفيدة لجسم الإنسان؟ دعونا نفهم ذلك.

ما هو الاوزون؟

يعرف كل من درس في المدرسة الثانوية أن جزيء الأكسجين يتكون من ذرتين من عنصر الأكسجين الكيميائي. ومع ذلك ، فإن هذا العنصر قادر على تكوين مركب كيميائي آخر - الأوزون. يُطلق هذا الاسم على مادة تحدث ، كقاعدة عامة ، في شكل غاز (على الرغم من إمكانية وجودها في جميع حالات التجميع الثلاث).

جزيء هذه المادة مشابه تمامًا للأكسجين (O 2) ، لكنه لا يتكون من ذرتين ، بل من ثلاث ذرات - O 3.

تاريخ اكتشاف الأوزون

أول من صنع الأوزون هو الفيزيائي الهولندي مارتن فان ماروم.

كان هو الذي أجرى في عام 1785 تجربة عن طريق تمرير تفريغ كهربائي عبر الهواء. لم يكتسب الغاز الناتج رائحة معينة فحسب ، بل اكتسب لونًا مزرقًا أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، تبين أن المادة الجديدة عامل مؤكسد أقوى من الأكسجين العادي. لذلك ، بعد أن نظر في تأثيره على الزئبق ، وجد فان ماروم أن المعدن قد غيّر قليلاً من خصائصه الفيزيائية ، وهو ما لم يحدث له تحت تأثير الأكسجين.

على الرغم من اكتشافه ، لم يعتقد الفيزيائي الهولندي أن الأوزون مادة خاصة. بعد 50 عامًا فقط من اكتشاف فان ماروم ، أصبح العالم الألماني كريستيان فريدريش شونباين مهتمًا جدًا بالأوزون. بفضله حصلت هذه المادة على اسمها - الأوزون (بعد الكلمة اليونانية التي تعني "الرائحة") ، كما تمت دراستها ووصفها عن كثب.

الأوزون: الخصائص الفيزيائية

هذه المادة لها عدد من الخصائص. أولها قدرة الأوزون ، مثل الماء ، على الوجود في ثلاث حالات من التجمع.

الحالة الطبيعية التي يتواجد فيها الأوزون هي غاز مزرق (هو الذي يرسم السماء اللازوردية) برائحة معدنية ملحوظة. تبلغ كثافة هذا الغاز 2.1445 جم / ديسيمتر مكعب.

عندما تنخفض درجة الحرارة ، تشكل جزيئات الأوزون سائلًا بنفسجيًا أزرق بكثافة 1.59 جم / سم مكعب (عند -188 درجة مئوية). يغلي O 3 السائل عند -111.8 درجة مئوية.

عندما يكون الأوزون في حالة صلبة ، يغمق لونه ويصبح أسودًا تقريبًا مع انعكاس أزرق بنفسجي مميز. كثافته 1.73 جم / سم 3 (عند -195.7 درجة مئوية). درجة الحرارة التي يبدأ عندها ذوبان الأوزون الصلب هي 197.2 درجة مئوية.

الوزن الجزيئي لـ O 3 هو 48 دالتون.

عند درجة حرارة 0 درجة مئوية ، يذوب الأوزون تمامًا في الماء ، أسرع عشر مرات من الأكسجين. يمكن أن يؤدي وجود الشوائب في الماء إلى زيادة تسريع هذا التفاعل.

بالإضافة إلى الماء ، يذوب الأوزون في الفريون ، مما يسهل نقله.

من بين المواد الأخرى التي يسهل فيها إذابة O 3 (في الحالة السائلة للتجمع) الأرجون والنيتروجين والفلور والميثان وثاني أكسيد الكربون ورابع كلوريد الكربون.

كما أنه يمتزج جيدًا مع الأكسجين السائل (عند درجة حرارة 93 كلفن).

الخصائص الكيميائية للأوزون

جزيء O 3 غير مستقر نوعًا ما. لهذا السبب ، في الحالة الطبيعية ، يتواجد لمدة 10-40 دقيقة ، وبعد ذلك يتحلل ، مكونًا كمية صغيرة من الحرارة والأكسجين O 2. يمكن أن يحدث هذا التفاعل بشكل أسرع إذا كانت المحفزات هي زيادة في درجة الحرارة المحيطة أو انخفاض في الضغط الجوي. أيضًا ، يتم تسهيل تحلل الأوزون من خلال ملامسته للمعادن (باستثناء الذهب والبلاتين والإيريديوم) أو الأكاسيد أو المواد ذات الأصل العضوي.

التفاعل مع حامض النيتريك يوقف تحلل O 3. يتم تسهيل ذلك أيضًا عن طريق تخزين المادة عند درجة حرارة -78 درجة مئوية.

الخاصية الكيميائية الرئيسية للأوزون هي قابليته للأكسدة. الأكسجين دائمًا هو أحد منتجات الأكسدة.

في ظل ظروف مختلفة ، يكون O 3 قادرًا على التفاعل مع جميع المواد والعناصر الكيميائية تقريبًا ، مما يقلل من سميتها عن طريق تحويلها إلى عناصر أقل خطورة. على سبيل المثال ، يتأكسد السيانيد إلى سيانات ، وهو أكثر أمانًا للكائنات البيولوجية.

كيف يتم تعدينهم؟

في أغلب الأحيان ، بالنسبة لاستخراج O 3 ، يتأثر الأكسجين بالتيار الكهربائي. لفصل خليط الأكسجين والأوزون الناتج ، تُستخدم خاصية الأخير لتسييل أفضل من O 2.

في المختبرات الكيميائية ، ينتج أحيانًا O 3 عن طريق تفاعل مركز حمض الكبريتيك المبرد مع بيروكسيد الباريوم.

في المؤسسات الطبية التي تستخدم O 3 لتحسين حالة المرضى ، يتم الحصول على هذه المادة عن طريق تشعيع O 2 بالأشعة فوق البنفسجية (بالمناسبة ، تتشكل هذه المادة بنفس الطريقة في الغلاف الجوي للأرض تحت تأثير أشعة الشمس).

استخدام O3 في الطب والصناعة

يساهم الهيكل البسيط للأوزون ، وتوافر المواد المصدر لاستخراجها في الاستخدام النشط لهذه المادة في الصناعة.

لكونه عامل مؤكسد قوي ، فهو قادر على التطهير بشكل أفضل بكثير من الكلور أو الفورمالديهايد أو أكسيد الإيثيلين ، بينما يكون أقل سمية. لذلك ، غالبًا ما يستخدم O 3 لتعقيم الأدوات الطبية ، والمعدات ، والزي الرسمي ، والعديد من الأدوية.

في الصناعة ، غالبًا ما تستخدم هذه المادة لتنقية أو استخراج العديد من المواد الكيميائية.

فرع آخر للاستخدام هو تبييض الورق والأقمشة والزيوت المعدنية.

في الصناعة الكيميائية ، لا يساعد O 3 فقط في تعقيم المعدات والأدوات والحاويات ، ولكنه يستخدم أيضًا لتطهير المنتجات نفسها (البيض والحبوب واللحوم والحليب) وزيادة مدة صلاحيتها. في الواقع ، تعتبر من أفضل المواد الحافظة الغذائية لأنها غير سامة وغير مسرطنة ، كما أنها ممتازة في قتل جراثيم العفن والفطريات والبكتيريا الأخرى.

في المخابز ، يستخدم الأوزون لتسريع عملية تخمير الخميرة.

أيضًا ، بمساعدة O 3 ، أصبحت الكونياك مصطنعة ، ويتم تكرير الزيوت الدهنية.

كيف يؤثر الأوزون على جسم الإنسان؟

بسبب هذا التشابه مع الأكسجين ، هناك اعتقاد خاطئ بأن الأوزون مادة مفيدة لجسم الإنسان. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال ، لأن O 3 هو أحد أقوى العوامل المؤكسدة التي يمكن أن تدمر الرئتين وتقتل أي شخص يستنشق هذا الغاز بشكل مفرط. لا عجب أن المنظمات البيئية الحكومية في كل دولة تراقب بصرامة تركيز الأوزون في الغلاف الجوي.

إذا كان الأوزون سيئًا للغاية ، فلماذا يجعل التنفس أسهل دائمًا بعد المطر؟

الحقيقة أن إحدى خصائص O 3 هي قدرته على قتل البكتيريا وتنقية المواد من الشوائب الضارة. عندما تمطر ، يبدأ تشكيل الأوزون بسبب عاصفة رعدية. يؤثر هذا الغاز على المواد السامة الموجودة في الهواء ويقسمها وينقي الأكسجين من هذه الشوائب. ولهذا السبب يكون الهواء بعد المطر منعشًا ولطيفًا ، وتأخذ السماء لونًا أزرق سماويًا جميلًا.

تم مؤخرًا استخدام هذه الخصائص الكيميائية للأوزون ، والتي تسمح له بتنقية الهواء ، لعلاج الأشخاص الذين يعانون من أمراض الجهاز التنفسي المختلفة ، وكذلك لتنقية الهواء والماء وإجراءات التجميل المختلفة.

اليوم بنشاط كبير ، يتم الإعلان عن أجهزة الأوزون المنزلية لتنقية الهواء في المنزل بمساعدة هذا الغاز. على الرغم من أن هذه التقنية تبدو فعالة للغاية ، إلا أن العلماء لم يدرسوا بشكل كافٍ تأثير كمية كبيرة من الهواء المنقى بالأوزون على الجسم. لهذا السبب ، لا يجب أن تفرط في تناول الأوزون.

معلومات عامة.

الأوزون - O3 ، شكل من أشكال التآصل من الأكسجين ، هو مؤكسد قوي للملوثات الكيميائية وغيرها من الملوثات التي تتحلل عند التلامس. على عكس جزيء الأكسجين ، يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات وله روابط أطول بين ذرات الأكسجين. من حيث التفاعل ، يأتي الأوزون في المرتبة الثانية بعد الفلور.

تاريخ الاكتشاف
في عام 1785 ، قام الفيزيائي الهولندي فان ماروم ، أثناء إجراء تجارب على الكهرباء ، بلفت الانتباه إلى الرائحة أثناء تكون الشرر في آلة كهربائية وإلى قدرة الهواء المؤكسدة بعد تمرير شرارات كهربائية من خلاله.
في عام 1840 ، حاول العالم الألماني Sheinbein ، المنخرط في التحليل المائي للماء ، تحللها إلى أكسجين وهيدروجين باستخدام قوس كهربائي. ثم اكتشف بعد ذلك أن غازًا جديدًا غير معروف حتى الآن للعلم له رائحة معينة قد تشكل. أطلق Sheinbein اسم "أوزون" على الغاز نظرًا لرائحته المميزة ، وهو مشتق من الكلمة اليونانية "osien" ، والتي تعني "شم".
في 22 سبتمبر 1896 ، حصل المخترع ن. تسلا على براءة اختراع لأول مولد أوزون.

الخصائص الفيزيائية للأوزون.
يمكن أن يوجد الأوزون في جميع الحالات الكلية الثلاث. في ظل الظروف العادية ، يكون الأوزون غازًا مزرقًا. درجة غليان الأوزون هي 1120 درجة مئوية ودرجة الانصهار 1920 درجة مئوية.
بسبب نشاطه الكيميائي ، يحتوي الأوزون على تركيز منخفض للغاية مسموح به في الهواء (يتناسب مع MPC لعوامل الحرب الكيميائية) من 5 10-8٪ أو 0.1 مجم / م 3 ، وهو 10 مرات أكثر من العتبة الشمية للإنسان .

الخصائص الكيميائية للأوزون.
بادئ ذي بدء ، يجب ملاحظة خاصيتين رئيسيتين للأوزون:

الأوزون ، على عكس الأكسجين الذري ، مركب مستقر نسبيًا. يتحلل تلقائيًا بتركيزات عالية ، وكلما زاد التركيز ، كان معدل تفاعل التحلل أسرع. عند تركيزات الأوزون 12-15٪ ، يمكن أن يتحلل الأوزون بشكل متفجر. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن عملية تحلل الأوزون تتسارع مع زيادة درجة الحرارة ، كما أن تفاعل التحلل نفسه 2O3> 3O2 + 68 kcal طارد للحرارة ويرافقه إطلاق كمية كبيرة من الحرارة.

O3 -> O + O 2
O3 + O -> 2 O2
O2 + E-> O2-

يعتبر الأوزون من أقوى المؤكسدات الطبيعية. تبلغ قدرة أكسدة الأوزون 2.07 فولت (للمقارنة ، الفلور 2.4 فولت ، والكلور 1.7 فولت).

يؤكسد الأوزون جميع المعادن باستثناء الذهب ومجموعة البلاتين ، ويؤكسد بالإضافة إلى ذلك أكاسيد الكبريت والنيتروجين ، ويؤكسد الأمونيا لتكوين نتريت الأمونيوم.
يتفاعل الأوزون بنشاط مع المركبات العطرية مع تدمير النواة العطرية. على وجه الخصوص ، يتفاعل الأوزون مع الفينول لتدمير النواة. يتفاعل الأوزون بنشاط مع الهيدروكربونات المشبعة مع تدمير روابط الكربون المزدوجة.
يستخدم تفاعل الأوزون مع المركبات العضوية على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية والصناعات ذات الصلة. شكلت تفاعلات الأوزون مع المركبات العطرية الأساس لتقنيات إزالة الروائح الكريهة لمختلف البيئات والمباني ومياه الصرف الصحي.

الخصائص البيولوجية للأوزون.
على الرغم من وجود عدد كبير من الدراسات ، فإن الآلية ليست مفهومة جيدًا. من المعروف أنه عند تركيزات عالية من الأوزون ، لوحظ تلف في الجهاز التنفسي والرئتين والأغشية المخاطية. يؤدي التعرض المطول للأوزون إلى الإصابة بأمراض مزمنة في الرئتين والجهاز التنفسي العلوي.
التعرض لجرعات صغيرة من الأوزون له تأثير وقائي وعلاجي وقد بدأ استخدامه بشكل فعال في الطب - بشكل أساسي للأمراض الجلدية والتجميل.
بالإضافة إلى قدرته الكبيرة على تدمير البكتيريا ، فإن الأوزون فعال للغاية في تدمير الجراثيم والخراجات (قذائف كثيفة تتشكل حول الكائنات وحيدة الخلية ، على سبيل المثال ، السوط والجذور ، أثناء تكاثرها ، وكذلك في ظل ظروف غير مواتية لها) والعديد من الميكروبات المسببة للأمراض الأخرى.

التطبيقات التكنولوجية للأوزون
في السنوات العشرين الماضية ، توسعت تطبيقات الأوزون بشكل كبير وهناك تطورات جديدة جارية في جميع أنحاء العالم. مثل هذا التطور السريع للتكنولوجيات التي تستخدم الأوزون يتم تسهيله من خلال ملاءمته للبيئة. على عكس العوامل المؤكسدة الأخرى ، يتحلل الأوزون أثناء التفاعلات إلى أكسجين جزيئي وذري وأكاسيد مشبعة. كل هذه المنتجات بشكل عام لا تلوث البيئة ولا تؤدي إلى تكوين مواد مسرطنة ، على سبيل المثال ، عندما تتأكسد بالكلور أو الفلور.

ماء:
في عام 1857 ، بمساعدة "الأنبوب المثالي للحث المغناطيسي" الذي ابتكره Werner von Siemens ، كان من الممكن بناء أول تركيب تقني للأوزون. في عام 1901 ، قامت شركة Siemens ببناء أول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية مع مولد الأوزون في Wiesband.
تاريخياً ، بدأ استخدام الأوزون بالتركيبات الخاصة بإعداد مياه الشرب ، عندما تم اختبار أول مصنع تجريبي في عام 1898 في مدينة سان مور (فرنسا). بالفعل في عام 1907 ، تم بناء أول مصنع للأوزون المائي في مدينة بون فوياج (فرنسا) لتلبية احتياجات مدينة نيس. في عام 1911 ، تم تشغيل محطة الأوزون لمياه الشرب في سانت بطرسبرغ.
حاليًا ، يتم معالجة 95٪ من مياه الشرب في أوروبا بالأوزون. تقوم الولايات المتحدة بعملية التحول من المعالجة بالكلور إلى المعالجة بالأوزون. هناك عدة محطات كبيرة في روسيا (في موسكو ونيجني نوفغورود ومدن أخرى).

هواء:
لقد ثبت أن استخدام الأوزون في أنظمة تنقية المياه فعال للغاية ، ولكن حتى الآن لم يتم إنشاء أنظمة تنقية هواء آمنة ومثبتة بنفس القدر من الفعالية. يعتبر الأوزون طريقة تنظيف غير كيميائية وبالتالي فهو شائع بين السكان. في الوقت نفسه ، لم يتم دراسة التأثير المزمن لتركيزات الأوزون الدقيقة على جسم الإنسان بشكل كافٍ.
مع تركيز منخفض جدًا من الأوزون ، يشعر الهواء في الغرفة بالبهجة والانتعاش ، وتكون الروائح الكريهة أضعف بكثير. خلافًا للاعتقاد السائد حول الآثار المفيدة لهذا الغاز ، والذي يُنسب في بعض النشرات إلى هواء الغابات الغني بالأوزون ، في الواقع ، يعتبر الأوزون ، حتى عند التخفيف العالي ، غازًا شديد السمية وخطيرًا. حتى التركيزات المنخفضة من الأوزون يمكن أن تهيج الأغشية المخاطية وتسبب اضطرابات في الجهاز العصبي المركزي ، مما يؤدي إلى التهاب الشعب الهوائية والصداع.

التطبيقات الطبية للأوزون
في عام 1873 ، لاحظ Foke تدمير الكائنات الحية الدقيقة تحت تأثير الأوزون ، وهذه الخاصية الفريدة للأوزون جذبت انتباه الأطباء.
يعود تاريخ استخدام الأوزون للأغراض الطبية إلى عام 1885 ، عندما نشر تشارلي كينورث تقريره لأول مرة إلى جمعية فلوريدا الطبية بالولايات المتحدة الأمريكية. تم العثور على معلومات موجزة حول استخدام الأوزون في الطب حتى قبل هذا التاريخ.
في عام 1911 ، استخدم M. Eberhart الأوزون في علاج مرض السل وفقر الدم والالتهاب الرئوي والسكري وأمراض أخرى. استخدم A. Wolf (1916) خلال الحرب العالمية الأولى مزيجًا من الأكسجين والأوزون للجرحى الذين يعانون من كسور معقدة ، والفلغمون ، والخراجات ، والجروح القيحية. استخدم N. Kleinmann (1921) الأوزون في المعالجة العامة لـ "تجاويف الجسم". في الثلاثينيات. القرن العشرين E. يبدأ طبيب الأسماك ، وهو طبيب أسنان ، العلاج بالأوزون في الممارسة العملية.
في تطبيق لاختراع أول جهاز معمل ، اقترح فيش مصطلح "CYTOZON" ، والذي لا يزال يستخدم حتى اليوم على مولدات الأوزون المستخدمة في ممارسة طب الأسنان. ابتكر يواكيم هانزلر (1908-1981) أول مولد أوزون طبي ، مما جعل من الممكن تحديد جرعة دقيقة من خليط الأوزون والأكسجين ، وبالتالي جعل من الممكن استخدام العلاج بالأوزون على نطاق واسع.
كشف R. Auborg (1936) عن تأثير تندب قرح القولون تحت تأثير الأوزون ولفت الانتباه إلى طبيعة تأثيره العام على الجسم. استمر العمل على دراسة التأثير العلاجي للأوزون خلال الحرب العالمية الثانية بنشاط في ألمانيا ، واستخدم الألمان الأوزون بنجاح في العلاج المحلي للجروح والحروق. ومع ذلك ، بعد الحرب ، توقف البحث لمدة عقدين تقريبًا ، بسبب ظهور المضادات الحيوية ، ونقص مولدات الأوزون الموثوقة والمدمجة والمواد المقاومة للأوزون. بدأ البحث المكثف والمنهجي في مجال العلاج بالأوزون في منتصف السبعينيات ، عندما ظهرت مواد البوليمر المقاومة للأوزون ووحدات الأوزون سهلة الاستخدام في الممارسة الطبية اليومية.
بحث في المختبر ، أي في ظل ظروف معملية مثالية ، أظهر أنه عند التفاعل مع خلايا الجسم ، يؤكسد الأوزون الدهون ويشكل بيروكسيدات - وهي مواد ضارة لجميع الفيروسات والبكتيريا والفطريات المعروفة. من حيث الفعالية ، يمكن مقارنة الأوزون بالمضادات الحيوية ، مع اختلاف أنه لا "يزرع" الكبد والكلى ، وليس له آثار جانبية. لكن لسوء الحظ، في الجسم الحي - في الظروف الحقيقية ، كل شيء أكثر تعقيدًا.
كان العلاج بالأوزون في وقت واحد شائعًا للغاية - اعتبر الكثيرون الأوزون تقريبًا دواء لجميع الأمراض. لكن دراسة مفصلة لتأثيرات الأوزون أظهرت أنه إلى جانب المرضى ، يؤثر الأوزون أيضًا على خلايا الجلد والرئتين السليمة. نتيجة لذلك ، تبدأ الطفرات غير المتوقعة وغير المتوقعة في الخلايا الحية. لم يتجذر العلاج بالأوزون في أوروبا ، وفي الولايات المتحدة وكندا ، لم يتم تقنين الاستخدام الطبي الرسمي للأوزون ، باستثناء الطب البديل.
في روسيا ، لسوء الحظ ، لم يتخلى الطب الرسمي عن طريقة العلاج الخطيرة وغير المختبرة بشكل كافٍ. حاليًا ، يتم استخدام تركيبات الأوزون الهوائية على نطاق واسع. تستخدم مولدات الأوزون الصغيرة في وجود الناس.

مبدأ التشغيل.
يتكون الأوزون من الأكسجين. هناك عدة طرق لإنتاج الأوزون ، من بينها أكثرها شيوعًا: التحليل الكهربائي والكيميائي الضوئي والتركيب الكهربائي في بلازما تفريغ الغاز. من أجل تجنب الأكاسيد غير المرغوب فيها ، يفضل الحصول على الأوزون من الأكسجين الطبي النقي باستخدام التركيب الكهربائي. من السهل تغيير تركيز خليط الأوزون والأكسجين الناتج في مثل هذه الأجهزة - إما عن طريق ضبط قوة معينة من التفريغ الكهربائي ، أو عن طريق ضبط تدفق الأكسجين الوارد (كلما كان الأكسجين أسرع عبر جهاز الأوزون ، قل تشكيل الأوزون ).

كهربائيا يتم تنفيذ طريقة تخليق الأوزون في خلايا إلكتروليتية خاصة. تستخدم محاليل الأحماض المختلفة وأملاحها (H2SO4 ، HClO4 ، NaClO4 ، KClO4) كإلكتروليتات. يحدث تكوين الأوزون بسبب تحلل الماء وتكوين الأكسجين الذري ، والذي ، من خلال الانضمام إلى جزيء الأكسجين ، يشكل الأوزون وجزيء الهيدروجين. تجعل هذه الطريقة من الممكن الحصول على أوزون مركز ، لكنها تستهلك الكثير من الطاقة ، وبالتالي لم تجد تطبيقًا واسعًا.
الضوئية طريقة إنتاج الأوزون هي الطريقة الأكثر شيوعًا في الطبيعة. يتكون الأوزون من تفكك جزيء الأكسجين تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة. لا تسمح هذه الطريقة بالحصول على أوزون عالي التركيز. أصبحت الأجهزة التي تعتمد على هذه الطريقة منتشرة على نطاق واسع للأغراض المختبرية والطب وصناعة الأغذية.
التركيب الكهربائي الأوزون هو الأكثر انتشارًا. تجمع هذه الطريقة بين إمكانية الحصول على تركيزات عالية من الأوزون وإنتاجية عالية واستهلاك منخفض نسبيًا للطاقة.
نتيجة للعديد من الدراسات حول استخدام أنواع مختلفة من تصريف الغاز للتخليق الكهربائي للأوزون ، انتشرت الأجهزة التي تستخدم ثلاثة أشكال من التفريغ على نطاق واسع:

1. تصريف الحاجز - الأكثر انتشارًا هو مجموعة كبيرة من التفريغ الدقيق النبضي في فجوة غازية يبلغ طولها 1-3 مم بين قطبين مفصولين بواحد أو اثنين من الحواجز العازلة عندما يتم تشغيل الأقطاب الكهربائية بجهد عالٍ متناوب بتردد 50 هرتز إلى عدة كيلوهرتز . يمكن أن تتراوح سعة وحدة واحدة من جرام إلى 150 كجم من الأوزون في الساعة.
2. التفريغ السطحي - يقترب شكله من تصريف الحاجز ، والذي أصبح منتشرًا في العقد الماضي بسبب بساطته وموثوقيته. إنها أيضًا مجموعة من التفريغ الدقيق الذي يتم تطويره على طول سطح عازل صلب عندما يتم تزويد الأقطاب الكهربائية بجهد متناوب بتردد من 50 هرتز إلى 15-40 كيلو هرتز.
3. تصريف النبض - كقاعدة عامة ، يحدث التفريغ الهالي المتدفق في الفجوة بين قطبين عندما يتم تغذية الأقطاب بجهد نبضي بمدة تتراوح من مئات النانو ثانية إلى وحدات ميكروثانية.

• فعال في تنظيف الهواء الداخلي.
• لا تنتج منتجات ثانوية ضارة.
• يسهل ظروف مرضى الحساسية والربو وما إلى ذلك.

في عام 1997 ، قامت شركات مولدات الأوزون Living Air Corporation و Alpine Industries Inc. (الآن "Ecoguest") و Quantum Electronics Corp. وآخرين ممن انتهكوا أمر لجنة التجارة الفيدرالية الأمريكية عوقبوا من قبل المحاكم بطريقة إدارية ، بما في ذلك حظر الأنشطة الأخرى لبعضهم في الولايات المتحدة. في الوقت نفسه ، تلقى رواد الأعمال من القطاع الخاص الذين باعوا مولدات الأوزون مع توصيات لاستخدامها في غرف مع أشخاص أحكامًا بالسجن تتراوح من 1 إلى 6 سنوات.
حاليًا ، تعمل بعض هذه الشركات الغربية بنجاح على تطوير مبيعات نشطة لمنتجاتها في روسيا.

مساوئ استخدام الأوزون:
يتطلب أي نظام تعقيم يستخدم الأوزون مراقبة دقيقة للسلامة ، واختبار ثابت تركيز الأوزون مع أجهزة تحليل الغاز ، وإدارة الطوارئ لتركيزات الأوزون الزائدة.
جهاز الأوزون غير مصمم للعمل في:

• بيئة مشبعة بالغبار موصل كهربائيًا وبخار الماء ،
• الأماكن التي تحتوي على غازات وأبخرة نشطة تدمر المعادن ،
• أماكن ذات رطوبة نسبية تزيد عن 95٪ ،
• في المناطق الخطرة والمتفجرة.

استخدام معقمات الأوزون في تعقيم الهواء الداخلي:

• يطيل عملية التعقيم ،
• يزيد من السمية وأكسدة الهواء ،
• يؤدي إلى خطر الانفجار ،
• لا يمكن عودة الأشخاص إلى الغرفة المطهرة إلا بعد التحلل الكامل للأوزون.

ملخص.
تعتبر عملية الأوزون فعالة للغاية في تعقيم الأسطح والهواء الداخلي ، ولكن لا يوجد تأثير لتنقية الهواء من الشوائب الميكانيكية. إن استحالة استخدام الطريقة في وجود الأشخاص والحاجة إلى إجراء التطهير في غرفة مغلقة يحد بشكل خطير من نطاق تطبيقه المهني.