Озонът е вид химическа връзка. Молекула на озона: структура, формула, модел

Озонът (Oz) е безцветен газ с дразнеща, остра миризма. Молекулно тегло 48 g/mol, плътност спрямо въздуха 1,657 kg/m. Концентрацията на озон във въздуха на прага на миризмата достига 1 mg/m. При ниски концентрации на ниво от 0,01-0,02 mg/m (5 пъти по-ниски от максимално допустимата концентрация за хората), озонът придава на въздуха характерна миризма на свежест и чистота. Така например, след гръмотевична буря, фината миризма на озон неизменно се свързва с чист въздух.

Известно е, че кислородната молекула се състои от 2 атома: 0 2 . При определени условия една кислородна молекула може да се дисоциира, т.е. се разпада на 2 отделни атома. В природата тези условия се създават по време на гръмотевична буря по време на разряди на атмосферно електричество и в горните слоеве на атмосферата, под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето (озоновия слой на Земята). Въпреки това, кислородният атом не може да съществува отделно и има тенденция да се прегрупира. В хода на такова пренареждане се образуват 3-атомни молекули.

Молекула, състояща се от 3 кислородни атома, наречена озон или активиран кислород, е алотропна модификация на кислорода и има молекулна формула 0 3 (d = 1,28 A, q = 11,6,5°).

Трябва да се отбележи, че връзката на третия атом в молекулата на озона е относително слаба, което причинява нестабилността на молекулата като цяло и нейната склонност към саморазпадане. Именно поради това свойство озонът е силен окислител и изключително ефективен дезинфектант.

Озонът е широко разпространен в природата. Винаги се образува във въздуха по време на гръмотевична буря поради атмосферно електричество, както и под въздействието на късовълнова радиация и потоци от бързи частици при естествения разпад на радиоактивни вещества при ядрени реакции, космически лъчения и др. озонът се получава и при изпаряване на водата от големи повърхности, особено при топенето на снега, окисляването на смолисти вещества, фотохимичното окисление на ненаситени въглеводороди и алкохоли. Повишеното образуване на озон във въздуха на иглолистните гори и на морския бряг се обяснява с окисляването на дървесната смола и водораслите. Така наречената озоносфера, която се образува в горните слоеве на атмосферата, е защитен слой на земната биосфера поради факта, че озонът интензивно поглъща биологично активното UV лъчение на слънцето (с дължина на вълната под 290 nm).

Озонът се внася в повърхностния слой на атмосферата от долната стратосфера. Концентрацията на озон в атмосферата варира от 0,08-0,12 mg/m. Въпреки това, преди узряването на купести облаци, йонизацията на атмосферата се увеличава, в резултат на което образуването на озон се увеличава значително, концентрацията му във въздуха може да надвиши 1,3 mg/m3.

Озонът е силно активна, алотропна форма на кислород. Образуването на озон от кислорода се изразява с уравнението

3O2 \u003d 20 3 - 285 kJ / mol, (1)

от което следва, че стандартната енталпия на образуване на озон е положителна и е равна на 142,5 kJ/mol. Освен това, както показват коефициентите на уравнението, в хода на тази реакция се получават две молекули от три газови молекули, т.е. ентропията на системата намалява. В резултат на това стандартното отклонение на енергията на Гибс в разглежданата реакция също е положително (163 kJ/mol). По този начин реакцията на превръщане на кислорода в озон не може да протече спонтанно, за осъществяването й е необходима енергия. Обратната реакция - разпадането на озона протича спонтанно, тъй като по време на този процес енергията на Гибс на системата намалява. С други думи, озонът е нестабилно вещество, което бързо се рекомбинира, превръщайки се в молекулен кислород:

20z = 302 + 285 kJ/mol. (2)

Скоростта на реакцията зависи от температурата, налягането на сместа и концентрацията на озон в нея. При нормална температура и налягане реакцията протича бавно; при повишени температури разлагането на озона се ускорява. При ниски концентрации (без чужди примеси) при нормални условия озонът се разлага доста бавно. С повишаване на температурата до 100°C или повече скоростта на разлагане се увеличава значително. Механизмът на разпадането на озона, който включва хомогенни и хетерогенни системи, е доста сложен и зависи от външни условия.

Основните физични свойства на озона са представени в таблица 1.

Познаването на физичните свойства на озона е необходимо за правилното му използване в технологични процеси в неексплозивни концентрации, за синтеза и разлагането на озона в оптимални безопасни режими и за оценка на неговата активност в различни среди.

Свойствата на озона се характеризират с неговата активност към лъчения с различен спектрален състав. Озонът интензивно абсорбира микровълновата, инфрачервената и ултравиолетовата радиация.

Озонът е химически агресивен и лесно влиза в химични реакции. Реагирайки с органични вещества, той предизвиква различни окислителни реакции при относително ниска температура. Това по-специално се основава на бактерицидния ефект на озона, който се използва за дезинфекция на вода. Окислителните процеси, инициирани от озона, често са верижни.

Химическата активност на озона се дължи в по-голяма степен на факта, че дисоциацията на молекулата

0 3 ->0 2 + O (3)

изисква разход на енергия малко повече от 1 eV. Озонът лесно дарява кислороден атом, който е силно активен. В някои случаи молекулата на озона може напълно да се прикрепи към органични молекули, образувайки нестабилни съединения, които лесно се разлагат под въздействието на температура или светлина, за да образуват различни кислород-съдържащи съединения.

Голям брой изследвания са посветени на реакциите на озона с органични вещества, в които е доказано, че озонът допринася за участието на кислорода в окислителните процеси, че някои реакции на окисление започват при по-ниски температури, когато реагентите се третират с озониран кислород .

Озонът реагира активно с ароматни съединения; в този случай реакцията може да протече както с, така и без разрушаване на ароматното ядро.

При реакциите на озона с натрий, калий, рубидий, цезий, които преминават през междинен нестабилен комплекс M + Oˉ H + O3ˉ, последван от реакция с озон, се образуват озониди. Йонът Оˉ 3 може да се образува и при реакции с органични съединения.

За промишлени цели озонът се получава чрез обработка на атмосферен въздух или кислород в специални устройства - озонатори. Разработени са конструкции на озонатори, работещи с повишена честота на тока (500-2000 Hz) и озонатори с каскаден разряд, които не изискват предварителна подготовка на въздуха (почистване, сушене) и охлаждане на електродите. Енергийният добив на озон в тях достига 20–40 g/kWh.

Предимството на озона пред другите окислители е, че озонът може да се получи на мястото на консумация от атмосферния кислород, което не изисква доставка на реагенти, суровини и др. Производството на озон не е съпроводено с отделяне на кумулативни вредни вещества. вещества. Озонът се неутрализира лесно. Цената на озона е сравнително ниска.

От всички известни окислители само кислородът и ограничен набор от пероксидни съединения участват в естествените биопроцеси.

Фразата "озонов слой", станала известна през 70-те години. миналия век, отдавна е поставен на ръба. В същото време малко хора наистина разбират какво означава това понятие и защо разрушаването на озоновия слой е опасно. Още по-голяма загадка за мнозина е структурата на озоновата молекула и въпреки това тя е пряко свързана с проблемите на озоновия слой. Нека научим повече за озона, неговата структура и промишлени приложения.

Какво е озон

Озонът или, както още се нарича, активен кислород, е лазурен газ с остра метална миризма.

Това вещество може да съществува и в трите агрегатни състояния: газообразно, твърдо и течно.

В същото време озонът се среща в природата само под формата на газ, образувайки така наречения озонов слой. Именно заради лазурния си цвят небето изглежда синьо.

Как изглежда една молекула на озона?

Озонът получи прякора си "активен кислород" поради приликата си с кислорода. Така че основният активен химичен елемент в тези вещества е кислородът (О). Въпреки това, ако една кислородна молекула съдържа 2 от своите атоми, тогава молекулата - O 3) се състои от 3 атома на този елемент.

Поради тази структура свойствата на озона са подобни на тези на кислорода, но по-изразени. По-специално, подобно на O 2 , O 3 е най-силният окислител.

Най-важната разлика между тези „свързани“ вещества, която е жизненоважна за запомняне на всеки, е следната: озонът не може да се вдишва, той е токсичен и при вдишване може да увреди белите дробове или дори да убие човек. В същото време O 3 е идеален за почистване на въздуха от токсични примеси. Между другото, именно поради това е толкова лесно да се диша след дъжд: озонът окислява вредните вещества, съдържащи се във въздуха, и той се пречиства.

Моделът на молекулата на озона (състоящ се от 3 кислородни атома) прилича малко на изображение на ъгъл, а размерът му е 117°. Тази молекула няма несдвоени електрони и следователно е диамагнитна. Освен това има полярност, въпреки че се състои от атоми на един елемент.

Два атома на дадена молекула са здраво свързани един с друг. Но връзката с третата е по-малко надеждна. Поради тази причина молекулата на озона (снимка на модела може да се види по-долу) е много крехка и скоро след образуването й се разпада. По правило при всяка реакция на разлагане на O 3 се отделя кислород.

Поради нестабилността на озона, той не може да се събира, съхранява или транспортира като други вещества. Поради тази причина производството му е по-скъпо от други вещества.

В същото време, високата активност на молекулите О 3 позволява на това вещество да бъде най-силният окислител, по-мощен от кислорода и по-безопасен от хлора.

Ако молекулата на озона се унищожи и се освободи O 2, тази реакция винаги е придружена от освобождаване на енергия. В същото време, за да се получи обратният процес (образуването на O 3 от O 2), е необходимо да се изразходва не по-малко.

В газообразно състояние молекулата на озона се разлага при температура от 70 ° C. Ако се повиши до 100 градуса или повече, реакцията ще се ускори значително. Наличието на примеси също ускорява периода на разпад на озоновите молекули.

O3 свойства

В кое от трите състояния да се намира озонът, той запазва синия си цвят. Колкото по-твърдо е веществото, толкова по-богат и по-тъмен е този нюанс.

Всяка молекула на озона тежи 48 g/mol. Той е по-тежък от въздуха, което помага да се отделят тези вещества едно от друго.

O 3 е в състояние да окислява почти всички метали и неметали (с изключение на златото, иридия и платината).

Също така, това вещество може да участва в реакцията на горене, но това изисква по-висока температура, отколкото за O 2.

Озонът е в състояние да се разтваря в Н 2 О и фреони. В течно състояние може да се смесва с течен кислород, азот, метан, аргон, въглероден тетрахлорид и въглероден диоксид.

Как се образува озоновата молекула?

О 3 молекулите се образуват чрез прикрепване на свободни кислородни атоми към кислородни молекули. Те от своя страна се появяват поради разцепването на други молекули O 2 поради въздействието върху тях на електрически разряди, ултравиолетови лъчи, бързи електрони и други високоенергийни частици. Поради тази причина специфичната миризма на озон може да се усети в близост до искрящи електрически уреди или лампи, излъчващи ултравиолетова светлина.

В промишлен мащаб O 3 се изолира с помощта на електрически или озонатори. В тези устройства електрически ток с високо напрежение се пропуска през газов поток, съдържащ O 2, чиито атоми служат като „строителен материал“ за озон.

Понякога в тези апарати се подава чист кислород или обикновен въздух. Качеството на получения озон зависи от чистотата на първоначалния продукт. И така, медицинският O 3, предназначен за лечение на рани, се извлича само от химически чист O 2.

История на откриването на озона

След като разбрахме как изглежда молекулата на озона и как се образува, си струва да се запознаете с историята на това вещество.

За първи път е синтезиран от холандския изследовател Мартин ван Марум през втората половина на 18 век. Ученият забелязал, че след преминаване на електрически искри през контейнер с въздух, газът в него променя свойствата си. В същото време Ван Марум не разбра, че е изолирал молекулите на ново вещество.

Но неговият немски колега на име Шейнбайн, опитвайки се да разложи H 2 O на H и O 2 с помощта на електричество, привлече вниманието към отделянето на нов газ с остра миризма. След много изследвания ученият описва откритото от него вещество и му дава името "озон" в чест на гръцката дума за "миризма".

Способността да убива гъбички и бактерии, както и да намалява токсичността на вредните съединения, които притежаваше откритото вещество, интересува много учени. 17 години след официалното откриване на O 3, Вернер фон Сименс проектира първия апарат, който направи възможно синтезирането на озон във всякакви количества. И 39 години по-късно брилянтният Никола Тесла изобретява и патентова първия в света генератор на озон.

Именно това устройство беше използвано за първи път във Франция след 2 години в пречиствателните станции за питейна вода. От началото на XX век. Европа започва да преминава към озониране на питейната вода за нейното пречистване.

Руската империя за първи път използва тази техника през 1911 г. и след 5 години в страната са оборудвани почти 4 дузини инсталации за пречистване на питейна вода с озон.

Днес озонирането на водата постепенно измества хлорирането. Така 95% от цялата питейна вода в Европа се третира с O 3 . Тази техника е много популярна и в САЩ. В ОНД той все още се проучва, защото въпреки че процедурата е по-безопасна и по-удобна, тя е по-скъпа от хлорирането.

Приложения на озона

В допълнение към пречистването на водата, O 3 има редица други приложения.

• Озонът се използва като белина в производството на хартия и текстил.
• Активният кислород се използва за дезинфекция на вина, както и за ускоряване на процеса на стареене на коняци.
• С помощта на O 3 се рафинират различни растителни масла.
• Много често това вещество се използва за обработка на бързоразвалящи се продукти, като месо, яйца, плодове и зеленчуци. Тази процедура не оставя химически следи, както при използването на хлор или формалдехид, а продуктите могат да се съхраняват много по-дълго.
• Озонът стерилизира медицинско оборудване и облекло.
• Също така пречистеният O 3 се използва за различни медицински и козметични процедури. По-специално, с негова помощ в стоматологията, те дезинфекцират устната кухина и венците, а също така лекуват различни заболявания (стоматит, херпес, орална кандидоза). В европейските страни O 3 е много популярен за дезинфекция на рани.
• През последните години преносимите домашни уреди за филтриране на въздух и вода с озон придобиха огромна популярност.

Озонов слой - какво е това?

На разстояние 15-35 км над земната повърхност се намира озоновият слой или, както още го наричат, озоносферата. На това място концентрираният O 3 служи като своеобразен филтър за вредната слънчева радиация.

Откъде идва такова количество вещество, ако молекулите му са нестабилни? Не е трудно да се отговори на този въпрос, ако си припомним модела на озоновата молекула и метода на нейното образуване. И така, кислородът, състоящ се от 2 кислородни молекули, попадайки в стратосферата, се нагрява там от слънчевите лъчи. Тази енергия е достатъчна, за да се раздели O 2 на атоми, от които се образува O 3. В същото време озоновият слой не само използва част от слънчевата енергия, но и я филтрира, абсорбира опасното ултравиолетово лъчение.

По-горе беше казано, че озонът се разтваря от фреони. Тези газообразни вещества (използвани при производството на дезодоранти, пожарогасители и хладилници), веднъж изпуснати в атмосферата, влияят на озона и допринасят за неговото разлагане. В резултат на това в озоносферата се появяват дупки, през които нефилтрираните слънчеви лъчи навлизат в планетата, които имат разрушителен ефект върху живите организми.

След като разгледахме характеристиките и структурата на молекулите на озона, можем да заключим, че това вещество, макар и опасно, е много полезно за човечеството, ако се използва правилно.

МОСКВА, 16 септември - РИА Новости.Международният ден за опазване на озоновия слой, тънък "щит", който предпазва целия живот на Земята от вредното ултравиолетово лъчение на Слънцето, се чества в понеделник, 16 септември - на този ден през 1987 г. е подписан известният Монреалски протокол.

При нормални условия озонът или O3 е бледосин газ, който при охлаждане се превръща в тъмносиня течност и след това в синьо-черни кристали. Като цяло озонът в атмосферата на планетата представлява около 0,6 части на милион по обем: това означава например, че във всеки кубичен метър от атмосферата има само 0,6 кубични сантиметра озон. За сравнение, въглеродният диоксид в атмосферата вече е около 400 части на милион - тоест повече от две чаши на същия кубичен метър въздух.

Всъщност такава малка концентрация на озон може да се нарече благодат за Земята: този газ, който образува спасителен озонов слой на височина от 15-30 километра, е много по-малко „благороден“ в непосредствена близост до човек. Озонът, според руската класификация, принадлежи към веществата от най-високия, първи клас на опасност - той е много силен окислител, който е изключително токсичен за хората.

Вадим Самойлович, старши научен сътрудник в Лабораторията по катализ и газова електрохимия, Химически факултет на Московския държавен университет „Ломоносов“, помогна на РИА Новости да разбере различните свойства на трудния озон.

озонов щит

"Това е доста добре проучен газ, почти всичко е проучено - всичко никога не се случва, но основното е (известно) ... Озонът има много всякакви приложения. Но не забравяйте, че най-общо казано животът възникна благодарение на озоновия слой – това е може би основният момент“, казва Самойлович.

В стратосферата озонът се образува от кислород в резултат на фотохимични реакции – такива реакции започват под въздействието на слънчевата радиация. Там концентрацията на озон вече е по-висока – около 8 милилитра на кубичен метър. Газът се разрушава, когато се „среща“ с определени съединения, например атомен хлор и бром – именно тези вещества са част от опасните хлорфлуоровъглеводороди, по-известни като фреони. Преди появата на Монреалския протокол, те са били използвани, наред с другото, в хладилната индустрия и като пропеленти в газови патрони.

През 2012 г., когато Монреалският протокол отпразнува своята 25-та годишнина, експерти от Програмата на ООН за околната среда (UNEP) определиха опазването на озоновия слой като един от само четирите ключови екологични проблема, в които човечеството е постигнало значителен напредък. В същото време UNEP отбеляза, че съдържанието на озон в стратосферата е спряло да намалява от 1998 г. и според учените до 2050-2075 г. може да се върне към нивата, регистрирани преди 1980 г.

Озонов смог

На 30 километра от земната повърхност озонът се "държа" добре, но в тропосферата, повърхностния слой, се оказва опасен замърсител. Според UNEP концентрациите на тропосферния озон в Северното полукълбо са се утроили през последните 100 години, което го прави третият по големина "антропогенен" парников газ.

И тук озонът не се отделя в атмосферата, а се образува под въздействието на слънчевата радиация във въздуха, който вече е замърсен от озоновите „предшественици“ – азотни оксиди, летливи въглеводороди и някои други съединения. В градовете, където озонът е един от основните компоненти на смога, емисиите от превозни средства са косвено „виновни“ за появата му.

Не само хората и климатът страдат от приземния озон. UNEP изчислява, че намаляването на тропосферния озон може да помогне за спасяването на около 25 милиона тона ориз, пшеница, соя и царевица, които се губят всяка година от този токсичен за растенията газ.

Именно защото приземният озон вече не е толкова полезен, специалистите по метеорологичен и екологичен мониторинг непрекъснато следят концентрациите му във въздуха на големите градове, включително Москва.

Полезен озон

„Едно от много интересните свойства на озона е бактерицидно. Той е практически първият сред всички такива вещества, хлор, манганов пероксид, хлорен оксид“, казва Вадим Самойлович.

Същата екстремна природа на озона, което го прави много силен окислител, обяснява обхвата на този газ. Озонът се използва за стерилизация и дезинфекция на помещения, дрехи, инструменти и, разбира се, пречистване на вода - както питейни, така и промишлени и дори отпадъци.

Освен това експертът подчертава, че в много страни озонът се използва като заместител на хлора в заводите за избелване на целулоза.

„Хлорът (при взаимодействие) с органични вещества дава съответно органохлорини, които са много по-токсични от просто хлора. Като цяло това (появата на токсични отпадъци – бел.ред.) може да се избегне или чрез рязко намаляване на концентрацията на хлор, или просто елиминирането му. Един от вариантите – замяна на хлора с озон“, обясни Самойлович.

Възможно е и озонирането на въздуха и това също дава интересни резултати - например в Иваново специалисти от Всеруския изследователски институт по охрана на труда и техни колеги проведоха цяла поредица от проучвания, по време на които "в предачните цехове, известно количество озон беше добавено към обикновените вентилационни канали." В резултат на това разпространението на респираторните заболявания намалява, а производителността на труда, напротив, нараства. Озонирането на въздуха в хранителните складове може да повиши неговата безопасност, а такъв опит има и в други страни.

Озонът е токсичен

Уловът с използването на озон е същият - неговата токсичност. В Русия максимално допустимата концентрация (ПДК) за озон в атмосферния въздух е 0,16 милиграма на кубичен метър, а във въздуха на работната зона - 0,1 милиграма. Следователно, отбелязва Самойлович, същото озониране изисква постоянно наблюдение, което значително усложнява въпроса.

"Това все още е доста сложна техника. Изсипете там кофа някакъв бактерицид - много е по-лесно, излейте го и това е всичко, но тук трябва да следвате, трябва да има някакъв вид подготовка", казва ученият.

Озонът вреди на човешкото тяло бавно, но сериозно – продължителното излагане на замърсен с озон въздух увеличава риска от сърдечно-съдови и респираторни заболявания. Реагирайки с холестерола, той образува неразтворими съединения, което води до развитие на атеросклероза.

„При концентрации над пределно допустимите нива могат да възникнат главоболие, дразнене на лигавиците, кашлица, световъртеж, обща отпадналост, спад в сърдечната дейност. Токсичният приземен озон води до появата или обостряне на респираторни заболявания, деца, възрастните хора и астматиците са изложени на риск“, се казва на уебсайта на Централната аерологична обсерватория (CAO) на Росхидромет.

Озонов експлозив

Озонът е вреден не само за вдишване - кибритът също трябва да се скрие, защото този газ е много експлозивен. Традиционно 300-350 милилитра на литър въздух се смята за "праг" за опасни нива на озон, въпреки че някои учени работят с по-високи нива, казва Самойлович. Но течният озон – същата синя течност, която потъмнява при охлаждане – експлодира спонтанно.

Именно това пречи на използването на течен озон като окислител в ракетното гориво – подобни идеи се появиха малко след началото на космическата ера.

"Нашата лаборатория в университета възникна точно на такава идея. Всяко ракетно гориво има своя собствена калоричност в реакцията, тоест колко топлина се отделя, когато изгори, и оттам колко мощна ще бъде ракетата. Така че, тя Известно е, че най-мощният вариант е течният водород, смесен с течен озон... Но има един минус. Течният озон експлодира и избухва спонтанно, тоест без видима причина", казва представител на Московския държавен университет.

Според него и съветските, и американските лаборатории похарчиха „огромно количество усилия и време, за да направят това по някакъв начин безопасно (бизнес) – оказа се, че е невъзможно да се направи това“. Самойлович припомня, че един ден колеги от САЩ успяха да получат особено чист озон, който „изглеждаше“ не експлодира, „всички вече биеха тимпаните“, но тогава целият завод избухна и работата беше спряна.

„Имали сме случаи, когато, да речем, колба с течен озон стои, стои, в нея се налива течен азот и след това - или азотът е изкипял там, или нещо друго - идвате, но половината от инсталацията я няма , всичко се е пръснало на прах. Защо е гръмнало - кой знае", отбелязва ученият.

Забелязали ли сте колко приятно е да дишате след дъжда? Този освежаващ въздух се осигурява от озона в атмосферата, който идва след дъжд. Какво е това вещество, какви са неговите функции, формула и наистина ли е полезно за човешкото тяло? Нека го разберем.

Какво е озон?

Всеки, който е учил в гимназията, знае, че кислородната молекула се състои от два атома на химическия елемент кислород. Този елемент обаче е в състояние да образува друго химично съединение - озон. Това име се дава на вещество, което по правило се среща под формата на газ (въпреки че може да съществува и в трите агрегатни състояния).

Молекулата на това вещество е доста подобна на кислорода (O 2), но не се състои от два, а от три атома - O 3.

История на откриването на озона

Човекът, който пръв синтезира озон, е холандският физик Мартин Ван Марум.

Именно той през 1785 г. провежда експеримент, като пропуска електрически разряд във въздуха. Полученият газ не само придобива специфична миризма, но и синкав оттенък. Освен това новото вещество се оказа по-силен окислител от обикновения кислород. И така, като разгледа ефекта му върху живака, Ван Марум установи, че металът леко променя физическите си свойства, което не му се случи под въздействието на кислород.

Въпреки откритието си, холандският физик не вярвал, че озонът е специално вещество. Само 50 години след откриването на Ван Марум, немският учен Кристиан Фридрих Шьонбайн се интересува сериозно от озона. Благодарение на него това вещество получи името си - озон (след гръцката дума, означаваща "миризма"), а също така беше по-отблизо проучено и описано.

Озон: физични свойства

Това вещество има редица свойства. Първото от тях е способността на озона, подобно на водата, да съществува в три агрегатни състояния.

Нормалното състояние, в което се намира озонът, е синкав газ (той е този, който рисува небето в лазур) със забележим метален аромат. Плътността на такъв газ е 2,1445 g/dm³.

Когато температурата падне, молекулите на озона образуват синьо-виолетова течност с плътност 1,59 g/cm³ (при -188 °C). Течният O 3 кипи при -111,8 ° C.

Когато е в твърдо състояние, озонът потъмнява, става почти черен с ясно виолетово-синьо отражение. Плътността му е 1,73 g / cm 3 (при -195,7 ° C). Температурата, при която твърдият озон започва да се топи, е -197,2 °C.

Молекулното тегло на O 3 е 48 далтона.

При температура от 0 °C озонът се разтваря перфектно във вода, десет пъти по-бързо от кислорода. Наличието на примеси във водата може допълнително да ускори тази реакция.

Освен във вода, озонът се разтваря във фреон, което улеснява транспортирането му.

Сред другите вещества, в които е лесно да се разтвори O 3 (в течно агрегатно състояние), са аргон, азот, флуор, метан, въглероден диоксид, тетрахлорметан.

Също така се смесва добре с течен кислород (при температура 93 K).

Химични свойства на озона

Молекулата O 3 е доста нестабилна. Поради тази причина, в нормално състояние, той съществува 10-40 минути, след което се разлага, образувайки малко количество топлина и кислород O 2. Тази реакция може да се случи много по-бързо, ако катализаторите са повишаване на температурата на околната среда или намаляване на атмосферното налягане. Също така, разлагането на озона се улеснява от контакта му с метали (с изключение на злато, платина и иридий), оксиди или вещества от органичен произход.

Взаимодействието с азотната киселина спира разлагането на O 3. Това се улеснява и от съхранението на веществото при температура от -78 ° C.

Основното химично свойство на озона е неговата окислимост. Един от продуктите на окисление винаги е кислородът.

При различни условия O 3 е в състояние да взаимодейства с почти всички вещества и химични елементи, като намалява тяхната токсичност, като ги превръща в по-малко опасни. Например, цианидите се окисляват до цианати, които са много по-безопасни за биологичните организми.

Как са добивани?

Най-често за извличането на O 3 кислородът се влияе от електрически ток. За отделяне на получената смес от кислород и озон се използва свойството на последния да се втечнява по-добре от O 2 .

В химическите лаборатории понякога O 3 се получава чрез реакцията на охладен концентрат на сярна киселина с бариев пероксид.

В лечебните заведения, които използват O 3 за подобряване на пациентите, това вещество се получава чрез облъчване на O 2 с ултравиолетова светлина (между другото, това вещество се образува по същия начин в земната атмосфера под действието на слънчева светлина).

Използването на O3 в медицината и индустрията

Простата структура на озона, наличието на изходен материал за неговото извличане допринасят за активното използване на това вещество в промишлеността.

Като силен окислител, той може да дезинфекцира много по-добре от хлор, формалдехид или етиленов оксид, като същевременно е по-малко токсичен. Поради това O 3 често се използва за стерилизиране на медицински инструменти, оборудване, униформи и много лекарства.

В индустрията това вещество най-често се използва за пречистване или извличане на много химикали.

Друг клон на употреба е избелването на хартия, тъкани, минерални масла.

В химическата промишленост O 3 не само помага за стерилизиране на оборудване, инструменти и контейнери, но се използва и за дезинфекция на самите продукти (яйца, зърнени храни, месо, мляко) и увеличаване на срока им на годност. Всъщност се смята за един от най-добрите консерванти за храна, тъй като е нетоксичен и неканцерогенен, а също така е отличен за унищожаване на спори на мухъл и други гъбички и бактерии.

В пекарните озонът се използва за ускоряване на процеса на ферментация на дрожди.

Също така, с помощта на O 3, коняците се отлежават изкуствено, а мастните масла се рафинират.

Как озонът влияе на човешкото тяло?

Поради тази прилика с кислорода има погрешно схващане, че озонът е вещество, което е полезно за човешкото тяло. Това обаче не е така, тъй като O 3 е един от най-силните окислители, който може да унищожи белите дробове и да убие всеки, който вдишва този газ прекомерно. Нищо чудно, че държавните екологични организации във всяка страна стриктно следят концентрацията на озон в атмосферата.

Ако озонът е толкова лош, защо винаги улеснява дишането след дъжд?

Факт е, че едно от свойствата на O 3 е способността му да убива бактериите и да пречиства веществата от вредни примеси. Когато вали, озонът започва да се образува поради гръмотевична буря. Този газ влияе на токсичните вещества, съдържащи се във въздуха, като ги разделя и пречиства кислорода от тези примеси. Именно поради тази причина въздухът след дъжд е толкова свеж и приятен, а небето придобива красив лазурен цвят.

Тези химични свойства на озона, които му позволяват да пречиства въздуха, напоследък се използват активно за лечение на хора, страдащи от различни респираторни заболявания, както и за пречистване на въздух, вода и различни козметични процедури.

Днес доста активно се рекламират домакински озонатори, които пречистват въздуха в къщата с помощта на този газ. Въпреки че тази техника изглежда много ефективна, досега учените не са изследвали достатъчно ефекта на голямо количество пречистен с озон въздух върху тялото. Поради тази причина не бива да се увличате прекалено с озонирането.

ГЛАВНА ИНФОРМАЦИЯ.

Озонът - O3, алотропна форма на кислород, е мощен окислител на химически и други замърсители, които се разпадат при контакт. За разлика от кислородната молекула, озоновата молекула се състои от три атома и има по-дълги връзки между кислородните атоми. По своята реактивност озонът е на второ място след флуора.

История на откритията
През 1785 г. холандският физик Ван Марум, докато провежда експерименти с електричество, обръща внимание на миризмата по време на образуването на искри в електрическа машина и на окислителната способност на въздуха след преминаване на електрически искри през нея.
През 1840 г. немският учен Шейнбайн, занимаващ се с хидролизата на водата, се опитва да я разложи на кислород и водород с помощта на електрическа дъга. И тогава той открива, че се образува нов, непознат досега на науката газ със специфична миризма. Името "озон" е дадено на газа от Sheinbein заради характерната му миризма и идва от гръцката дума "osien", което означава "мирише".
На 22 септември 1896 г. изобретателят Н. Тесла патентова първия генератор на озон.

Физични свойства на озона.
Озонът може да съществува и в трите агрегатни състояния. При нормални условия озонът е синкав газ. Точката на кипене на озона е 1120C, а точката на топене е 1920C.
Поради химическата си активност, озонът има много ниска максимално допустима концентрация във въздуха (съизмерима с ПДК на химически бойни агенти) от 5 10-8% или 0,1 mg/m3, което е 10 пъти повече от обонятелния праг за хората .

Химични свойства на озона.
На първо място трябва да се отбележат две основни свойства на озона:

Озонът, за разлика от атомния кислород, е относително стабилно съединение. Той спонтанно се разлага при високи концентрации, като колкото по-висока е концентрацията, толкова по-бърза е скоростта на реакцията на разлагане. При концентрации на озон от 12-15% озонът може да се разложи експлозивно. Трябва също да се отбележи, че процесът на разлагане на озона се ускорява с повишаване на температурата, а самата реакция на разлагане 2O3>3O2 + 68 kcal е екзотермична и е придружена от отделяне на голямо количество топлина.

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

Озонът е един от най-силните естествени окислители. Окислителният потенциал на озона е 2,07 V (за сравнение, флуорът е 2,4 V, а хлорът е 1,7 V).

Озонът окислява всички метали с изключение на златото и платинената група, допълнително окислява серните и азотните оксиди, окислява амоняка до образуване на амониев нитрит.
Озонът активно реагира с ароматни съединения с разрушаването на ароматното ядро. По-специално, озонът реагира с фенол, за да разруши ядрото. Озонът активно взаимодейства с наситени въглеводороди с разрушаването на двойните въглеродни връзки.
Взаимодействието на озона с органични съединения се използва широко в химическата промишленост и свързаните с нея индустрии. Реакциите на озона с ароматни съединения са в основата на технологиите за дезодориране на различни среди, помещения и отпадни води.

Биологични свойства на озона.
Въпреки голям брой проучвания, механизмът не е добре разбран. Известно е, че при високи концентрации на озон се наблюдава увреждане на дихателните пътища, белите дробове и лигавиците. Продължителното излагане на озон води до развитие на хронични заболявания на белите дробове и горните дихателни пътища.
Излагането на малки дози озон има превантивен и терапевтичен ефект и започва да се използва активно в медицината - предимно за дерматология и козметология.
В допълнение към голямата си способност да унищожава бактериите, озонът е много ефективен при унищожаването на спори, кисти (плътни черупки, които се образуват около едноклетъчни организми, например флагелати и коренища, по време на тяхното размножаване, както и при неблагоприятни за тях условия) и много други патогенни микроби.

Технологични приложения на озона
През последните 20 години приложенията на озона се разшириха значително и по света се развиват нови разработки. Такова бързо развитие на технологиите, използващи озон, се улеснява от неговата екологичност. За разлика от други окислители, озонът се разлага по време на реакциите на молекулен и атомен кислород и наситени оксиди. Всички тези продукти като цяло не замърсяват околната среда и не водят до образуване на канцерогенни вещества, като например при окисляване с хлор или флуор.

вода:
През 1857 г. с помощта на "съвършената тръба на магнитната индукция", създадена от Вернер фон Сименс, е възможно да се изгради първата техническа инсталация за озон. През 1901 г. Сименс построява първата водноелектрическа станция с озоногенератор във Висбанд.
Исторически използването на озона започва с инсталации за приготвяне на питейна вода, когато през 1898 г. е изпробвана първата пилотна инсталация в град Сен Мор (Франция). Още през 1907 г. е построена първата инсталация за озониране на вода в град Бон Вояж (Франция) за нуждите на град Ница. През 1911 г. в Санкт Петербург е пусната в експлоатация станция за озониране на питейна вода.
В момента 95% от питейната вода в Европа се третира с озон. САЩ са в процес на преминаване от хлориране към озониране. В Русия има няколко големи станции (в Москва, Нижни Новгород и други градове).

Въздух:
Използването на озон в системите за пречистване на водата е доказано високоефективно, но досега не са създадени еднакво ефективни и доказано безопасни системи за пречистване на въздуха. Озонирането се счита за нехимичен метод за почистване и затова е популярен сред населението. В същото време хроничното въздействие на концентрациите на микроозон върху човешкото тяло не е достатъчно проучено.
При много ниска концентрация на озон въздухът в помещението се усеща приятен и свеж, а неприятните миризми се усещат много по-слабо. Противно на общоприетото схващане за благотворното въздействие на този газ, което в някои проспекти се приписва на богатия на озон горски въздух, в действителност озонът, дори при високо разреждане, е много токсичен и опасен дразнещ газ. Дори ниските концентрации на озон могат да раздразнят лигавиците и да причинят смущения в централната нервна система, водещи до бронхит и главоболие.

Медицинско приложение на озона
През 1873 г. Фоке наблюдава унищожаването на микроорганизмите под въздействието на озона и това уникално свойство на озона привлича вниманието на лекарите.
Историята на използването на озона за медицински цели датира от 1885 г., когато Чарли Кенуърт за първи път публикува своя доклад до Медицинската асоциация на Флорида, САЩ. Кратка информация за използването на озона в медицината е открита още преди тази дата.
През 1911 г. М. Еберхарт използва озон при лечението на туберкулоза, анемия, пневмония, диабет и други заболявания. А. Волф (1916) по време на Първата световна война използва кислородно-озонова смес за ранени със сложни фрактури, флегмони, абсцеси и гнойни рани. N. Kleinmann (1921) използва озон за общото лечение на "телесни кухини". През 30-те години. 20-ти век Е.А. Фиш, зъболекар, започва лечение с озон на практика.
В заявление за изобретението на първото лабораторно устройство, Фиш предложи термина "CYTOZON", който все още се използва днес за генератори на озон, използвани в денталната практика. Йоахим Ханцлер (1908-1981) създава първия медицински генератор на озон, който прави възможно точното дозиране на озон-кислородната смес и по този начин дава възможност за широко използване на озонотерапия.
R. Auborg (1936) разкрива ефекта от белези на язви на дебелото черво под действието на озона и обръща внимание на естеството на общото му въздействие върху тялото. Работата по изследването на терапевтичния ефект на озона по време на Втората световна война беше активно продължена в Германия, германците успешно използваха озон за локално лечение на рани и изгаряния. Въпреки това, след войната изследванията са прекъснати за почти две десетилетия, поради появата на антибиотици, липсата на надеждни, компактни генератори на озон и устойчиви на озон материали. Обширни и систематични изследвания в областта на озонотерапията започват в средата на 70-те години на миналия век, когато в ежедневната медицинска практика се появяват озоноустойчиви полимерни материали и лесни за употреба озонови единици.
Изследвания инвитро , тоест при идеални лабораторни условия, са показали, че при взаимодействие с клетките на тялото, озонът окислява мазнините и образува пероксиди - вещества, които са вредни за всички известни вируси, бактерии и гъбички. По отношение на действие озонът може да се сравни с антибиотиците, с тази разлика, че не „засажда” черния дроб и бъбреците и няма странични ефекти. но за съжаление, in vivo - в реални условия всичко е много по-сложно.
Озонотерапията по едно време беше много популярна - мнозина смятаха озона почти за панацея за всички заболявания. Но подробно проучване на ефектите на озона показа, че наред с болните, озонът засяга и здравите клетки на кожата и белите дробове. В резултат на това в живите клетки започват непредвидени и непредвидими мутации. Озонотерапията не е пуснала корени в Европа, а в САЩ и Канада официалното медицинско използване на озон не е легализирано, с изключение на алтернативната медицина.
В Русия, за съжаление, официалната медицина не е изоставила такъв опасен и недостатъчно тестван метод на терапия. В момента озонаторите на въздуха и инсталациите за озонатори са широко използвани. Малки озоногенератори се използват в присъствието на хора.

ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ.
Озонът се образува от кислород. Има няколко начина за производство на озон, сред които най-често срещаните са: електролитен, фотохимичен и електросинтез в газоразрядна плазма. За да се избегнат нежелани оксиди, за предпочитане е да се получи озон от чист медицински кислород чрез електросинтеза. Концентрацията на получената озон-кислородна смес в такива устройства е лесно да се променя - или чрез задаване на определена мощност на електрическия разряд, или чрез регулиране на потока на входящия кислород (колкото по-бързо кислородът преминава през озонатора, толкова по-малко озон се образува ).

Електролитна методът на синтез на озон се извършва в специални електролитни клетки. Като електролити се използват разтвори на различни киселини и техните соли (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Образуването на озон възниква поради разлагането на водата и образуването на атомен кислород, който, свързвайки се с кислородна молекула, образува озон и водородна молекула. Този метод дава възможност за получаване на концентриран озон, но е много енергоемък и поради това не е намерил широко приложение.
Фотохимични Методът за производство на озон е най-разпространеният метод в природата. Озонът се образува при дисоциация на кислородна молекула под действието на късовълнова UV радиация. Този метод не позволява получаване на висока концентрация на озон. Устройствата, базирани на този метод, станаха широко разпространени за лабораторни цели, в медицината и хранително-вкусовата промишленост.
електросинтеза озонът е най-разпространеният. Този метод съчетава възможността за получаване на високи концентрации на озон с висока производителност и относително ниска консумация на енергия.
В резултат на многобройни проучвания за използването на различни видове газов разряд за електросинтеза на озон, устройствата, използващи три форми на разряд, станаха широко разпространени:

1. бариерно изпускане - най-разпространеният е голям набор от импулсни микроразряди в газова междина с дължина 1-3 mm между два електрода, разделени от една или две диелектрични бариери, когато електродите се захранват от променливо високо напрежение с честота от 50 Hz до няколко килохерца . Капацитетът на една единица може да варира от грамове до 150 кг озон на час.
2. повърхностен разряд - близък по форма до бариерен разряд, който се разпространи през последното десетилетие поради своята простота и надеждност. Това също е набор от микроразряди, развиващи се по повърхността на твърд диелектрик, когато електродите се захранват с променливо напрежение с честота от 50 Hz до 15-40 kHz.
3. импулсно разреждане - като правило, стримерен коронен разряд, който възниква в пролуката между два електрода, когато електродите се захранват с импулсно напрежение с продължителност от стотици наносекунди до единици микросекунди.

• Ефективен при почистване на въздуха в помещенията.
• Те не произвеждат вредни странични продукти.
• Улеснява условията за страдащи от алергии, астматици и др.

През 1997 г. компаниите за генериране на озон Living Air Corporation, Alpine Industries Inc. (сега „Ecoguest“), Quantum Electronics Corp. и други, които са нарушили заповедта на FTC на САЩ, са наказани от съда по административен начин, включително забрана за по-нататъшна дейност на някои от тях в Съединените щати. В същото време частните предприемачи, които продаваха озонови генератори с препоръки да ги използват в стаи с хора, получиха присъди от 1 до 6 години.
В момента някои от тези западни компании успешно развиват активни продажби на своите продукти в Русия.

Недостатъци на озонаторите:
Всяка система за стерилизация, използваща озон, изисква внимателно наблюдение на безопасността, тестване на константата на концентрацията на озона с газови анализатори и спешно управление на прекомерни концентрации на озон.
Озонаторът не е проектиран да работи в:

• среда, наситена с електропроводим прах и водна пара,
• места, съдържащи активни газове и пари, които разрушават метала,
• места с относителна влажност над 95%,
• във взривоопасни и пожароопасни зони.

Използването на озонатори за стерилизация на въздуха в помещенията:

• удължава процеса на стерилизация,
• повишава токсичността и окисляването на въздуха,
• води до опасност от експлозия,
• връщането на хората в дезинфекцираното помещение е възможно само след пълното разлагане на озона.

РЕЗЮМЕ.
Озонирането е много ефективно за стерилизиране на повърхности и въздух в помещенията, но няма ефект от пречистването на въздуха от механични примеси. Невъзможността за използване на метода в присъствието на хора и необходимостта от извършване на дезинфекция в запечатано помещение сериозно ограничава обхвата на професионалното му приложение.