Ozon je vrsta kemične vezi. Molekula ozona: struktura, formula, model

Ozon (Oz) je brezbarven plin z dražečim, ostrim vonjem. Molekulska teža 48 g/mol, gostota glede na zrak 1,657 kg/m. Koncentracija ozona v zraku na pragu vonja doseže 1 mg/m2. V nizkih koncentracijah na ravni 0,01-0,02 mg/m (5-krat nižje od največje dovoljene koncentracije za človeka) ozon daje zraku značilen vonj po svežini in čistosti. Tako je na primer po nevihti subtilni vonj ozona vedno povezan s čistim zrakom.

Znano je, da je molekula kisika sestavljena iz 2 atomov: 0 2 . Pod določenimi pogoji lahko molekula kisika disociira, t.j. razpade na 2 ločena atoma. V naravi so ti pogoji: nastali med nevihto ob izpustih atmosferske elektrike in v zgornjih plasteh ozračja, pod vplivom ultravijoličnega sevanja sonca (ozonska plast Zemlje). Vendar atom kisika ne more obstajati ločeno in se nagiba k ponovni združitvi. Med takšno preureditev nastanejo 3-atomske molekule.

Molekula, sestavljena iz 3 atomov kisika, imenovana ozon ali aktivirani kisik, je alotropna modifikacija kisika in ima molekulsko formulo 0 3 (d = 1,28 A, q = 11,6,5°).

Opozoriti je treba, da je vez tretjega atoma v molekuli ozona relativno šibka, kar povzroča nestabilnost molekule kot celote in njeno nagnjenost k samorazpadu. Prav zaradi te lastnosti je ozon močan oksidant in izjemno učinkovito razkužilo.

Ozon je v naravi zelo razširjen. Vedno nastaja v zraku med nevihto zaradi atmosferske elektrike, pa tudi pod vplivom kratkovalovnega sevanja in tokov hitrih delcev pri naravnem razpadanju radioaktivnih snovi v jedrskih reakcijah, kozmičnem sevanju itd. ozon nastane tudi pri izhlapevanju vode z velikih površin, predvsem pri taljenju snega, oksidaciji smolnatih snovi, fotokemični oksidaciji nenasičenih ogljikovodikov in alkoholov. Povečano nastajanje ozona v zraku iglavcev in na morski obali je mogoče pojasniti z oksidacijo drevesne smole in morskih alg. Tako imenovana ozonosfera, ki nastane v zgornji atmosferi, je zaščitna plast zemeljske biosfere zaradi dejstva, da ozon intenzivno absorbira biološko aktivno UV sevanje sonca (z valovno dolžino manj kot 290 nm).

Ozon se v površinsko plast ozračja prinese iz spodnje stratosfere. Koncentracija ozona v ozračju se giblje od 0,08-0,12 mg/m2. Vendar se pred zorenjem kumulusnih oblakov poveča ionizacija ozračja, zaradi česar se tvorba ozona znatno poveča, njegova koncentracija v zraku lahko preseže 1,3 mg/m3.

Ozon je zelo aktivna, alotropna oblika kisika. Nastajanje ozona iz kisika je izraženo z enačbo

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

iz česar sledi, da je standardna entalpija nastajanja ozona pozitivna in enaka 142,5 kJ/mol. Poleg tega, kot kažejo koeficienti enačbe, v teku te reakcije dobimo dve molekuli iz treh molekul plina, to pomeni, da se entropija sistema zmanjša. Posledično je tudi standardni odklon Gibbsove energije v obravnavani reakciji pozitiven (163 kJ/mol). Tako reakcija pretvorbe kisika v ozon ne more potekati spontano, za njeno izvedbo je potrebna energija. Obratna reakcija - razpad ozona poteka spontano, saj se med tem procesom Gibbsova energija sistema zmanjša. Z drugimi besedami, ozon je nestabilna snov, ki se hitro rekombinira in se spremeni v molekularni kisik:

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

Hitrost reakcije je odvisna od temperature, tlaka zmesi in koncentracije ozona v njej. Pri normalni temperaturi in tlaku reakcija poteka počasi, pri povišanih temperaturah se razgradnja ozona pospeši. Pri nizkih koncentracijah (brez tujih nečistoč) v normalnih pogojih ozon razpada precej počasi. S povečanjem temperature na 100 °C ali več se stopnja razgradnje znatno poveča. Mehanizem razpada ozona, ki vključuje homogene in heterogene sisteme, je precej zapleten in odvisen od zunanjih pogojev.

Glavne fizikalne lastnosti ozona so predstavljene v tabeli 1.

Poznavanje fizikalnih lastnosti ozona je potrebno za njegovo pravilno uporabo v tehnoloških procesih v neeksplozivnih koncentracijah, za sintezo in razgradnjo ozona v optimalnih varnih načinih ter za oceno njegovega delovanja v različnih medijih.

Za lastnosti ozona je značilna njegova aktivnost proti sevanjem različnih spektralnih sestav. Ozon intenzivno absorbira mikrovalovno, infrardečo in ultravijolično sevanje.

Ozon je kemično agresiven in zlahka vstopi v kemične reakcije. V reakciji z organskimi snovmi povzroča različne oksidativne reakcije pri relativno nizki temperaturi. To zlasti temelji na baktericidnem učinku ozona, ki se uporablja za razkuževanje vode. Oksidacijski procesi, ki jih sproži ozon, so pogosto verižni.

Kemična aktivnost ozona je v večji meri posledica dejstva, da disociacija molekule

0 3 ->0 2 + O (3)

zahteva porabo energije nekaj več kot 1 eV. Ozon zlahka daruje atom kisika, ki je zelo aktiven. V nekaterih primerih se lahko molekula ozona popolnoma veže na organske molekule in tvori nestabilne spojine, ki se pod vplivom temperature ali svetlobe zlahka razgradijo in tvorijo različne spojine, ki vsebujejo kisik.

Reakcijam ozona z organskimi snovmi je bilo posvečenih veliko raziskav, v katerih je bilo dokazano, da ozon prispeva k vključevanju kisika v oksidativne procese, da se nekatere oksidacijske reakcije začnejo pri nižjih temperaturah, ko reagente obdelamo z ozoniranim kisikom. .

Ozon aktivno reagira z aromatičnimi spojinami; v tem primeru lahko reakcija poteka tako z ali brez uničenja aromatičnega jedra.

Pri reakcijah ozona z natrijem, kalijem, rubidijem, cezijem, ki gredo skozi vmesni nestabilen kompleks M + Oˉ H + O3ˉ, ki mu sledi reakcija z ozonom, nastanejo ozonidi. Ion Оˉ 3 lahko nastane tudi v reakcijah z organskimi spojinami.

Za industrijske namene se ozon pridobiva s predelavo atmosferskega zraka ali kisika v posebnih napravah - ozonizatorjih. Razvili so zasnove ozonizatorjev, ki delujejo pri povečani tokovni frekvenci (500-2000 Hz) in ozonizatorjev s kaskadno razelektritvijo, ki ne zahtevajo predhodne priprave zraka (čiščenja, sušenja) in hlajenja elektrod. Energijski izkoristek ozona v njih doseže 20–40 g/kWh.

Prednost ozona pred drugimi oksidanti je v tem, da se ozon na mestu porabe lahko pridobi iz atmosferskega kisika, kar ne zahteva dostave reagentov, surovin ipd. Proizvodnja ozona ne spremlja sproščanje kumulativnih škodljivih snovi. snovi. Ozon je enostavno nevtralizirati. Stroški ozona so relativno nizki.

Od vseh znanih oksidantov v naravnih bioprocesih sodelujeta le kisik in omejen nabor peroksidnih spojin.

Izraz "ozonska plast", ki je postal znan v 70. letih. prejšnjega stoletja, je že dolgo na robu. Hkrati pa le malo ljudi zares razume, kaj ta koncept pomeni in zakaj je uničenje ozonske plasti nevarno. Še večja skrivnost za marsikoga je zgradba molekule ozona, a je kljub temu neposredno povezana s težavami ozonske plasti. Spoznajmo več o ozonu, njegovi strukturi in industrijskih aplikacijah.

Kaj je ozon

Ozon ali, kot ga imenujejo tudi aktivni kisik, je azurni plin z ostrim kovinskim vonjem.

Ta snov lahko obstaja v vseh treh agregacijskih stanjih: plinastem, trdnem in tekočem.

Hkrati se ozon v naravi pojavlja le v obliki plina, ki tvori tako imenovano ozonsko plast. Prav zaradi svoje azurne barve je nebo videti modro.

Kako izgleda molekula ozona?

Ozon je zaradi svoje podobnosti s kisikom dobil vzdevek "aktivni kisik". Torej je glavni aktivni kemični element v teh snoveh kisik (O). Če pa molekula kisika vsebuje 2 svoja atoma, potem je molekula - O 3) sestavljena iz 3 atomov tega elementa.

Zaradi te strukture so lastnosti ozona podobne lastnostim kisika, vendar bolj izrazite. Zlasti, tako kot O 2 , je O 3 najmočnejši oksidant.

Najpomembnejša razlika med temi "sorodnimi" snovmi, ki si jo vsi zapomnijo, je naslednja: ozona ni mogoče vdihniti, je strupen in lahko ob vdihavanju poškoduje pljuča ali celo ubije človeka. Hkrati je O 3 kot nalašč za čiščenje zraka pred strupenimi nečistočami. Mimogrede, prav zaradi tega je po dežju tako enostavno dihati: ozon oksidira škodljive snovi, ki jih vsebuje zrak, in se očisti.

Model molekule ozona (sestavljen iz 3 atomov kisika) je nekoliko podoben podobi kota, njegova velikost pa je 117°. Ta molekula nima neparnih elektronov in je zato diamagnetna. Poleg tega ima polarnost, čeprav je sestavljena iz atomov enega elementa.

Dva atoma dane molekule sta med seboj trdno vezana. Toda povezava s tretjim je manj zanesljiva. Zaradi tega je molekula ozona (fotografija modela je vidna spodaj) zelo krhka in se kmalu po nastanku razgradi. Praviloma se pri kateri koli reakciji razgradnje O 3 sprosti kisik.

Zaradi nestabilnosti ozona ga ni mogoče nabirati, skladiščiti ali prevažati kot druge snovi. Zaradi tega je njegova proizvodnja dražja od drugih snovi.

Hkrati pa visoka aktivnost molekul O 3 omogoča, da je ta snov najmočnejši oksidant, močnejši od kisika in varnejši od klora.

Če se molekula ozona uniči in se sprosti O 2, to reakcijo vedno spremlja sproščanje energije. Hkrati, da bi prišlo do obratnega procesa (tvorba O 3 iz O 2), ga je treba porabiti nič manj.

V plinastem stanju se molekula ozona razgradi pri temperaturi 70 ° C. Če jo dvignemo na 100 stopinj ali več, se bo reakcija znatno pospešila. Prisotnost nečistoč pospešuje tudi obdobje razpadanja molekul ozona.

Lastnosti O3

Ne glede na to, v katerem od treh stanj je ozon, ohrani svojo modro barvo. Trša kot je snov, bogatejši in temnejši je ta odtenek.

Vsaka molekula ozona tehta 48 g/mol. Je težji od zraka, kar pomaga ločiti te snovi drug od drugega.

O 3 lahko oksidira skoraj vse kovine in nekovine (razen zlata, iridija in platine).

Tudi ta snov lahko sodeluje v reakciji zgorevanja, vendar je za to potrebna višja temperatura kot za O 2.

Ozon se lahko raztopi v H 2 O in freonih. V tekočem stanju se lahko meša s tekočim kisikom, dušikom, metanom, argonom, ogljikovim tetrakloridom in ogljikovim dioksidom.

Kako nastane molekula ozona?

Molekule O 3 nastanejo z vezavo prostih atomov kisika na molekule kisika. Ti pa se pojavijo zaradi cepitve drugih molekul O 2 zaradi vpliva nanje električnih razelektritev, ultravijoličnih žarkov, hitrih elektronov in drugih visokoenergetskih delcev. Zaradi tega je v bližini iskrijočih električnih naprav ali žarnic, ki oddajajo ultravijolično svetlobo, čutiti specifičen vonj ozona.

V industrijskem obsegu se O 3 izolira z električnimi ali ozonizatorji. V teh napravah se visokonapetostni električni tok pretaka skozi plinski tok, ki vsebuje O 2, katerega atomi služijo kot "gradbeni material" za ozon.

Včasih se v te naprave dovaja čisti kisik ali navaden zrak. Kakovost nastalega ozona je odvisna od čistosti začetnega produkta. Torej, medicinski O 3, namenjen za zdravljenje ran, se ekstrahira samo iz kemično čistega O 2.

Zgodovina odkritja ozona

Ko smo ugotovili, kako izgleda molekula ozona in kako nastane, se je vredno seznaniti z zgodovino te snovi.

Prvi ga je sintetiziral nizozemski raziskovalec Martin van Marum v drugi polovici 18. stoletja. Znanstvenik je opazil, da je plin v njej po prehodu električnih isker skozi posodo z zrakom spremenil svoje lastnosti. Hkrati Van Marum ni razumel, da je izoliral molekule nove snovi.

Toda njegov nemški kolega po imenu Sheinbein, ki je poskušal s pomočjo elektrike razgraditi H 2 O v H in O 2, je opozoril na sproščanje novega plina z ostrem vonjem. Po številnih raziskavah je znanstvenik opisal snov, ki jo je odkril, in ji dal ime "ozon" v čast grške besede za "vonj".

Sposobnost ubijanja gliv in bakterij ter zmanjšanja strupenosti škodljivih spojin, ki jih je imela odprta snov, je zanimala številne znanstvenike. 17 let po uradnem odkritju O 3 je Werner von Siemens zasnoval prvi aparat, ki je omogočil sintetiziranje ozona v kakršni koli količini. In 39 let pozneje je sijajni Nikola Tesla izumil in patentiral prvi generator ozona na svetu.

Prav ta naprava je bila prvič uporabljena v Franciji v 2 letih na čistilnih napravah za pitno vodo. Od začetka XX stoletja. Evropa začenja prehajati na ozoniranje pitne vode za njeno čiščenje.

Rusko cesarstvo je to tehniko prvič uporabilo leta 1911, po 5 letih pa je bilo v državi opremljenih skoraj 4 ducate naprav za čiščenje pitne vode z ozonom.

Danes ozoniranje vode postopoma nadomešča kloriranje. Tako je 95 % vse pitne vode v Evropi obdelanih z O 3 . Ta tehnika je zelo priljubljena tudi v ZDA. V CIS se še vedno preučuje, ker je postopek, čeprav je varnejši in priročnejši, dražji od kloriranja.

Uporaba ozona

Poleg čiščenja vode ima O 3 številne druge aplikacije.

• Ozon se uporablja kot belilo v proizvodnji papirja in tekstila.
• Aktivni kisik se uporablja za razkuževanje vin, pa tudi za pospeševanje procesa staranja konjakov.
• S pomočjo O 3 se rafinirajo različna rastlinska olja.
• Zelo pogosto se ta snov uporablja za predelavo pokvarljivih izdelkov, kot so meso, jajca, sadje in zelenjava. Ta postopek ne pušča kemičnih sledi, kot pri uporabi klora ali formaldehida, izdelki pa se lahko hranijo veliko dlje.
• Ozon sterilizira medicinsko opremo in oblačila.
• Prav tako se prečiščen O 3 uporablja za različne medicinske in kozmetične postopke. Zlasti s svojo pomočjo v zobozdravstvu razkužujejo ustno votlino in dlesni ter zdravijo tudi različne bolezni (stomatitis, herpes, ustna kandidiaza). V evropskih državah je O 3 zelo priljubljen za razkuževanje ran.
• V zadnjih letih so prenosni gospodinjski aparati za filtriranje zraka in vode z uporabo ozona pridobili izjemno priljubljenost.

Ozonska plast - kaj je to?

Na razdalji 15-35 km nad zemeljsko površino je ozonska plast ali, kot jo imenujejo tudi ozonosfera. Na tem mestu zgoščeni O 3 služi kot nekakšen filter za škodljivo sončno sevanje.

Od kod taka količina snovi, če so njene molekule nestabilne? Na to vprašanje ni težko odgovoriti, če se spomnimo modela molekule ozona in načina njegovega nastanka. Torej, kisik, sestavljen iz 2 molekul kisika, ki pride v stratosfero, se tam segreje s sončnimi žarki. Ta energija je dovolj za razcepitev O 2 na atome, iz katerih nastane O 3. Hkrati ozonska plast ne uporablja le dela sončne energije, ampak jo tudi filtrira, absorbira nevarno ultravijolično sevanje.

Zgoraj je bilo rečeno, da ozon raztapljajo freoni. Te plinaste snovi (uporabljajo se pri izdelavi dezodorantov, gasilnih aparatov in hladilnikov), ko se sprostijo v ozračje, vplivajo na ozon in prispevajo k njegovemu razkroju. Posledično se v ozonosferi pojavijo luknje, skozi katere na planet vstopajo nefiltrirani sončni žarki, ki uničujoče vplivajo na žive organizme.

Ob upoštevanju značilnosti in strukture molekul ozona lahko sklepamo, da je ta snov, čeprav nevarna, zelo koristna za človeštvo, če jo pravilno uporabljamo.

MOSKVA, 16. septembra - RIA Novosti. Mednarodni dan ohranjanja ozonske plasti, tankega »ščita«, ki ščiti vse življenje na Zemlji pred škodljivim ultravijoličnim sevanjem Sonca, praznujemo v ponedeljek, 16. septembra – na današnji dan leta 1987 je bil podpisan znameniti Montrealski protokol.

V normalnih pogojih je ozon ali O3 bledo moder plin, ki se ob ohlajanju spremeni v temno modro tekočino in nato v modro-črne kristale. Skupno ozon v ozračju planeta predstavlja približno 0,6 volumskih delov na milijon: to na primer pomeni, da je v vsakem kubičnem metru atmosfere le 0,6 kubičnih centimetrov ozona. Za primerjavo, ogljikov dioksid v ozračju je že okoli 400 delcev na milijon - torej več kot dva kozarca na isti kubični meter zraka.

Pravzaprav lahko tako majhno koncentracijo ozona imenujemo dobrot za Zemljo: ta plin, ki tvori varčevalno ozonsko plast na nadmorski višini 15-30 kilometrov, je v neposredni bližini človeka veliko manj "plemenit". Po ruski klasifikaciji ozon spada med snovi najvišjega, prvega razreda nevarnosti - je zelo močan oksidant, ki je izjemno strupen za ljudi.

Vadim Samoylovich, višji raziskovalec na Laboratoriju za katalizo in plinsko elektrokemijo Kemijske fakultete Moskovske državne univerze Lomonosov, je RIA Novosti pomagal razumeti različne lastnosti težkega ozona.

ozonski ščit

"To je dokaj dobro preučen plin, skoraj vse je bilo proučeno - vse se nikoli ne zgodi, vendar je glavno vse (znano) ... Ozon ima veliko vseh vrst aplikacij. Vendar ne pozabite, da je na splošno življenje nastalo zahvaljujoč ozonski plasti – to je verjetno glavni trenutek,« pravi Samoylovich.

V stratosferi se ozon tvori iz kisika kot posledica fotokemijskih reakcij – takšne reakcije se začnejo pod vplivom sončnega sevanja. Tam je koncentracija ozona že višja - približno 8 mililitrov na kubični meter. Plin se uniči, ko se "sestane" z nekaterimi spojinami, na primer atomskim klorom in bromom - prav te snovi so del nevarnih klorofluoroogljikovodikov, bolj znanih kot freoni. Pred prihodom Montrealskega protokola so jih med drugim uporabljali v industriji hlajenja in kot pogonska goriva v plinskih kartušah.

Leta 2012, ko je Montrealski protokol praznoval svojo 25. obletnico, so strokovnjaki Programa Združenih narodov za okolje (UNEP) označili zaščito ozonske plasti kot enega od le štirih ključnih okoljskih problemov, pri katerih je človeštvo bistveno napredovalo. Hkrati je UNEP opozoril, da se je vsebnost ozona v stratosferi od leta 1998 prenehala zmanjševati, po mnenju znanstvenikov pa bi se lahko do leta 2050-2075 vrnila na ravni, zabeležene pred letom 1980.

Ozonski smog

Na 30 kilometrih od zemeljskega površja se ozon "obnaša" dobro, v troposferi, površinski plasti, pa se izkaže za nevarno onesnaževalo. Po podatkih UNEP so se koncentracije troposferskega ozona na severni polobli v zadnjih 100 letih skoraj potrojile, zaradi česar je to tretji največji "antropogen" toplogredni plin.

Tudi tu se ozon ne oddaja v ozračje, ampak nastaja pod vplivom sončnega sevanja v zraku, ki ga že onesnažujejo ozonski »predhodniki« – dušikovi oksidi, hlapni ogljikovodiki, nekatere druge spojine. V mestih, kjer je ozon ena glavnih sestavin smoga, so za njegov videz posredno »krivi« izpusti vozil.

Zaradi zemeljskega ozona ne trpijo le ljudje in podnebje. UNEP ocenjuje, da bi znižanje troposferskega ozona lahko pomagalo prihraniti približno 25 milijonov ton riža, pšenice, soje in koruze, ki se vsako leto izgubijo zaradi tega rastlinam strupenega plina.

Prav zato, ker prizemni ozon ni več tako uporaben, strokovnjaki za meteorološko in okoljsko spremljanje nenehno spremljajo njegove koncentracije v zraku velikih mest, vključno z Moskvo.

Ozon uporaben

"Ena izmed zelo zanimivih lastnosti ozona je baktericidna. Je praktično prva med vsemi takšnimi snovmi, klor, manganov peroksid, klorov oksid," pravi Vadim Samojlovič.

Ista ekstremna narava ozona, zaradi česar je zelo močan oksidant, pojasnjuje obseg tega plina. Ozon se uporablja za sterilizacijo in dezinfekcijo prostorov, oblačil, orodja in seveda za čiščenje vode – tako pitne kot industrijske in celo odpadkov.

Poleg tega strokovnjak poudarja, da se v mnogih državah ozon uporablja kot nadomestek za klor v obratih za beljenje celuloze.

"Klor (pri reagiranju) z organskimi snovmi daje temu primerno organoklorine, ki so veliko bolj strupeni kot samo klor. Na splošno se temu (pojavu strupenih odpadkov - prim.) lahko izognemo bodisi z močnim znižanjem koncentracije klora bodisi preprosto Ena od možnosti - zamenjava klora z ozonom," je pojasnil Samojlovič.

Prav tako je mogoče ozonizirati zrak, kar daje tudi zanimive rezultate - na primer v Ivanovu so strokovnjaki z Vseruskega raziskovalnega inštituta za varstvo dela in njihovi sodelavci izvedli vrsto študij, med katerimi so "v predilnicah določena količina ozona je bila dodana običajnim prezračevalnim kanalom." Posledično se je zmanjšala razširjenost bolezni dihal, medtem ko se je produktivnost dela, nasprotno, povečala. Ozoniranje zraka v skladiščih hrane lahko poveča njeno varnost, takšne izkušnje pa so tudi v drugih državah.

Ozon je strupen

Ulov pri uporabi ozona je enak - njegova strupenost. V Rusiji je največja dovoljena koncentracija (MPC) ozona v atmosferskem zraku 0,16 miligramov na kubični meter, v zraku delovnega območja pa 0,1 miligrama. Zato, ugotavlja Samoylovich, isto ozoniranje zahteva stalno spremljanje, kar močno zaplete zadevo.

"Še vedno je precej zapletena tehnika. Veliko lažje je tja naliti vedro nekega baktericida, ga izliti in to je to, tukaj pa je treba slediti, mora biti neka priprava," pravi znanstvenik.

Ozon škoduje človeškemu telesu počasi, a resno – dolgotrajna izpostavljenost zraku, onesnaženemu z ozonom, povečuje tveganje za bolezni srca in ožilja ter dihal. V reakciji s holesterolom tvori netopne spojine, kar vodi v razvoj ateroskleroze.

"Pri koncentracijah nad mejno dovoljenimi se lahko pojavijo glavobol, draženje sluznic, kašelj, omotica, splošna utrujenost, upad srčne aktivnosti. Toksičen prizemni ozon vodi do pojava ali poslabšanja bolezni dihal, otrok, ogroženi so starejši in astmatiki," je zapisano na spletni strani Centralnega aerološkega observatorija (CAO) Roshidrometa.

Ozonski eksploziv

Ozon je škodljiv ne samo za vdihavanje - vžigalice je treba tudi skriti, saj je ta plin zelo eksploziven. Tradicionalno se 300-350 mililitrov na liter zraka šteje za "prag" za nevarne ravni plina ozona, čeprav nekateri znanstveniki delajo z višjimi ravnmi, pravi Samoylovich. Toda tekoči ozon - ta ista modra tekočina, ki potemni, ko se ohlaja - eksplodira spontano.

To je tisto, kar preprečuje uporabo tekočega ozona kot oksidanta v raketnem gorivu – takšne ideje so se pojavile kmalu po začetku vesoljske dobe.

"Naš laboratorij na univerzi je nastal ravno na takšni ideji. Vsako raketno gorivo ima v reakciji svojo kalorično vrednost, to je, koliko toplote se sprosti pri izgorevanju in s tem kako močna bo raketa. Torej, znano je, da je najmočnejša možnost tekoči vodik, pomešan s tekočim ozonom ... Ampak obstaja en minus. Tekoči ozon eksplodira in eksplodira spontano, torej brez kakršnega koli očitnega razloga," pravi predstavnik Moskovske državne univerze.

Po njegovih besedah ​​so tako sovjetski kot ameriški laboratoriji porabili "ogromno truda in časa, da bi bilo nekako varno (poslovno) - izkazalo se je, da je to nemogoče narediti." Samoylovich se spominja, da je nekega dne kolegom iz ZDA uspelo pridobiti posebno čisti ozon, za katerega se je "zdelo, da" ne eksplodira, "vsi so že udarjali v timpane", potem pa je počila celotna tovarna in delo je bilo ustavljeno.

»Imeli smo primere, ko recimo bučka s tekočim ozonom stoji, stoji, vanjo se vlije tekoči dušik in potem – ali je dušik tam zavrel, ali kaj – prideš, a polovice instalacije ni. , vse se je razneslo v prah. Zakaj je počilo - kdo ve," ugotavlja znanstvenik.

Ste že kdaj opazili, kako prijetno je dihati po dežju? Ta osvežujoč zrak zagotavlja ozon v ozračju, ki pride po dežju. Kaj je ta snov, kakšne so njene funkcije, formula in ali je res koristna za človeško telo? Ugotovimo.

Kaj je ozon?

Vsi, ki so študirali v srednji šoli, vedo, da je molekula kisika sestavljena iz dveh atomov kemičnega elementa kisik. Vendar pa je ta element sposoben tvoriti drugo kemično spojino - ozon. To ime dobi snov, ki se praviloma pojavlja v obliki plina (čeprav lahko obstaja v vseh treh agregacijskih stanjih).

Molekula te snovi je precej podobna kisiku (O 2), vendar ni sestavljena iz dveh, temveč iz treh atomov - O 3.

Zgodovina odkritja ozona

Človek, ki je prvi sintetiziral ozon, je nizozemski fizik Martin Van Marum.

Prav on je leta 1785 izvedel poskus s prenosom električnega razelektritve po zraku. Nastali plin ni pridobil le specifičnega vonja, ampak tudi modrikast odtenek. Poleg tega se je izkazalo, da je nova snov močnejši oksidant kot običajni kisik. Torej, ob upoštevanju njegovega učinka na živo srebro, je Van Marum ugotovil, da je kovina nekoliko spremenila svoje fizikalne lastnosti, kar se ji ni zgodilo pod vplivom kisika.

Kljub svojemu odkritju nizozemski fizik ni verjel, da je ozon posebna snov. Le 50 let po odkritju Van Maruma se je nemški znanstvenik Christian Friedrich Schönbein resno zanimal za ozon. Zahvaljujoč njemu je ta snov dobila ime - ozon (po grški besedi, ki pomeni "vonj"), in je bila tudi natančneje preučena in opisana.

Ozon: fizikalne lastnosti

Ta snov ima številne lastnosti. Prva od njih je sposobnost ozona, tako kot voda, da obstaja v treh agregacijskih stanjih.

Normalno stanje, v katerem je ozon, je modrikast plin (on je tisti, ki obarva nebo v modri barvi) z opazno kovinsko aromo. Gostota takšnega plina je 2,1445 g/dm³.

Ko temperatura pade, molekule ozona tvorijo modro-vijolično tekočino z gostoto 1,59 g/cm³ (pri -188 °C). Tekočina O 3 zavre pri -111,8 ° C.

Ko je v trdnem stanju, ozon potemni in postane skoraj črn z izrazitim vijolično modrim odsevom. Njegova gostota je 1,73 g / cm 3 (pri -195,7 ° C). Temperatura, pri kateri se ozon začne topiti, je −197,2 °C.

Molekulska masa O 3 je 48 daltonov.

Pri temperaturi 0 °C se ozon popolnoma raztopi v vodi, desetkrat hitreje kot kisik. Prisotnost nečistoč v vodi lahko dodatno pospeši to reakcijo.

Poleg vode se ozon raztopi v freonu, kar olajša njegov transport.

Med drugimi snovmi, v katerih je enostavno raztopiti O 3 (v tekočem agregacijskem stanju), so argon, dušik, fluor, metan, ogljikov dioksid, ogljikov tetraklorid.

Dobro se meša tudi s tekočim kisikom (pri temperaturi 93 K).

Kemijske lastnosti ozona

Molekula O 3 je precej nestabilna. Zaradi tega v normalnem stanju obstaja 10-40 minut, nato pa se razgradi in tvori majhno količino toplote in kisika O 2. Ta reakcija se lahko zgodi veliko hitreje, če so katalizatorji zvišanje temperature okolja ali znižanje atmosferskega tlaka. Tudi razgradnjo ozona olajša njegov stik s kovinami (razen zlata, platine in iridija), oksidi ali snovmi organskega izvora.

Interakcija z dušikovo kislino ustavi razgradnjo O 3. To olajša tudi shranjevanje snovi pri temperaturi -78 ° C.

Glavna kemična lastnost ozona je njegova oksidabilnost. Eden od produktov oksidacije je vedno kisik.

Pod različnimi pogoji je O 3 sposoben komunicirati s skoraj vsemi snovmi in kemičnimi elementi ter zmanjšati njihovo strupenost, tako da jih spremeni v manj nevarne. Na primer, cianidi se oksidirajo v cianate, ki so veliko varnejši za biološke organizme.

Kako so minirani?

Najpogosteje za pridobivanje O 3 na kisik vpliva električni tok. Za ločevanje nastale mešanice kisika in ozona se uporabi lastnost slednjega, da se utekočini bolje kot O 2 .

V kemičnih laboratorijih včasih O 3 nastane z reakcijo ohlajenega koncentrata žveplove kisline z barijevim peroksidom.

V zdravstvenih ustanovah, ki uporabljajo O 3 za izboljšanje bolnikov, to snov pridobivajo z obsevanjem O 2 z ultravijolično svetlobo (mimogrede, ta snov na enak način nastane v zemeljskem ozračju pod vplivom sončne svetlobe).

Uporaba O3 v medicini in industriji

Preprosta struktura ozona, razpoložljivost izvornega materiala za njegovo ekstrakcijo prispevajo k aktivni uporabi te snovi v industriji.

Ker je močan oksidant, je sposoben razkužiti veliko bolje kot klor, formaldehid ali etilen oksid, hkrati pa je manj strupen. Zato se O 3 pogosto uporablja za sterilizacijo medicinskih instrumentov, opreme, uniform in številnih zdravil.

V industriji se ta snov najpogosteje uporablja za čiščenje ali ekstrakcijo številnih kemikalij.

Druga veja uporabe je beljenje papirja, tkanin, mineralnih olj.

V kemični industriji O 3 ne pomaga le pri sterilizaciji opreme, orodja in posod, ampak se uporablja tudi za razkuževanje samih izdelkov (jajca, žita, meso, mleko) in podaljšanje njihovega roka uporabnosti. Pravzaprav velja za enega najboljših konzervansov za živila, ker je nestrupen in nekancerogen, poleg tega pa je odličen pri ubijanju spor plesni in drugih gliv in bakterij.

V pekarnah se ozon uporablja za pospešitev procesa kvasovke fermentacije.

Prav tako se s pomočjo O 3 konjaki umetno starajo, maščobna olja pa rafinirajo.

Kako ozon vpliva na človeško telo?

Zaradi te podobnosti s kisikom obstaja napačno prepričanje, da je ozon snov, ki je koristna za človeško telo. Vendar temu ni tako, saj je O 3 eden najmočnejših oksidantov, ki lahko uniči pljuča in ubije vsakogar, ki ta plin prekomerno vdihne. Ni čudno, da državne okoljske organizacije v vsaki državi strogo spremljajo koncentracijo ozona v ozračju.

Če je ozon tako slab, zakaj vedno olajša dihanje po dežju?

Dejstvo je, da je ena od lastnosti O 3 njegova sposobnost ubijanja bakterij in čiščenja snovi iz škodljivih nečistoč. Ko dežuje, se zaradi nevihte začne nastajati ozon. Ta plin vpliva na strupene snovi v zraku, jih razcepi in očisti kisik iz teh nečistoč. Prav zaradi tega je zrak po dežju tako svež in prijeten, nebo pa dobi čudovito modro barvo.

Te kemične lastnosti ozona, ki mu omogočajo čiščenje zraka, se v zadnjem času aktivno uporabljajo za zdravljenje ljudi, ki trpijo za različnimi boleznimi dihal, pa tudi za čiščenje zraka, vode in različnih kozmetičnih postopkov.

Danes se precej aktivno oglašujejo gospodinjski ozonizatorji, ki s pomočjo tega plina čistijo zrak v hiši. Čeprav se zdi, da je ta tehnika zelo učinkovita, znanstveniki doslej niso dovolj preučili vpliva velike količine zraka, prečiščenega z ozonom, na telo. Zaradi tega se z ozoniranjem ne smete preveč navdušiti.

SPLOŠNE INFORMACIJE.

Ozon – O3, alotropna oblika kisika, je močan oksidant kemičnih in drugih onesnaževal, ki se ob stiku razgradijo. Za razliko od molekule kisika je molekula ozona sestavljena iz treh atomov in ima daljše vezi med atomi kisika. Po svoji reaktivnosti je ozon na drugem mestu za fluorom.

Zgodovina odkritij
Leta 1785 je nizozemski fizik Van Marum med izvajanjem poskusov z elektriko opozoril na vonj pri nastajanju isker v električnem stroju in na oksidacijsko sposobnost zraka po prehodu električnih isker skozenj.
Leta 1840 je nemški znanstvenik Sheinbein, ki se je ukvarjal s hidrolizo vode, skušal z električnim lokom razgraditi na kisik in vodik. In potem je odkril, da je nastal nov, znanosti doslej neznan plin s specifičnim vonjem. Ime "ozon" je plinu dal Sheinbein zaradi njegovega značilnega vonja in izhaja iz grške besede "osien", kar pomeni "vonjati".
22. septembra 1896 je izumitelj N. Tesla patentiral prvi generator ozona.

Fizikalne lastnosti ozona.
Ozon lahko obstaja v vseh treh agregatnih stanjih. V normalnih pogojih je ozon modrikast plin. Vrelišče ozona je 1120C, tališče pa 1920C.
Zaradi svoje kemične aktivnosti ima ozon zelo nizko najvišjo dovoljeno koncentracijo v zraku (sorazmerno z MPC bojnih kemičnih sredstev) 5 10-8 % ali 0,1 mg/m3, kar je 10-krat več od praga vonja za človeka. .

Kemijske lastnosti ozona.
Najprej je treba opozoriti na dve glavni lastnosti ozona:

Ozon je za razliko od atomskega kisika relativno stabilna spojina. Pri visokih koncentracijah se spontano razgradi, višja kot je koncentracija, hitrejša je stopnja reakcije razgradnje. Pri koncentracijah ozona 12-15 % se ozon lahko eksplozivno razgradi. Prav tako je treba opozoriti, da se proces razgradnje ozona pospešuje z naraščanjem temperature, sama reakcija razgradnje 2O3>3O2 + 68 kcal pa je eksotermna in jo spremlja sproščanje velike količine toplote.

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

Ozon je eden najmočnejših naravnih oksidantov. Oksidacijski potencial ozona je 2,07 V (za primerjavo, fluor je 2,4 V, klor pa 1,7 V).

Ozon oksidira vse kovine, razen zlata in platinske skupine, dodatno oksidira žveplove in dušikove okside ter oksidira amoniak v amonijev nitrit.
Ozon aktivno reagira z aromatičnimi spojinami z uničenjem aromatičnega jedra. Zlasti ozon reagira s fenolom, da uniči jedro. Ozon aktivno sodeluje z nasičenimi ogljikovodiki z uničenjem dvojnih ogljikovih vezi.
Interakcija ozona z organskimi spojinami se pogosto uporablja v kemični industriji in sorodnih panogah. Reakcije ozona z aromatičnimi spojinami so bile osnova za tehnologije dezodoriranja za različna okolja, prostore in odpadne vode.

Biološke lastnosti ozona.
Kljub velikemu številu študij mehanizem ni dobro razumljen. Znano je, da pri visokih koncentracijah ozona opazimo poškodbe dihalnih poti, pljuč in sluznic. Dolgotrajna izpostavljenost ozonu vodi v razvoj kroničnih bolezni pljuč in zgornjih dihal.
Izpostavljenost majhnim odmerkom ozona ima preventivni in terapevtski učinek in se začenja aktivno uporabljati v medicini - predvsem v dermatologiji in kozmetologiji.
Poleg velike sposobnosti uničevanja bakterij je ozon zelo učinkovit pri uničevanju spor, cist (goste lupine, ki nastanejo okoli enoceličnih organizmov, na primer bičkov in korenike, med njihovim razmnoževanjem, pa tudi v zanje neugodnih pogojih) in mnogih drugi patogeni mikrobi.

Tehnološke aplikacije ozona
V zadnjih 20 letih se je uporaba ozona znatno razširila in po vsem svetu potekajo novi dogodki. Tako hiter razvoj tehnologij, ki uporabljajo ozon, omogoča njegova prijaznost do okolja. Za razliko od drugih oksidantov se ozon med reakcijami razgradi na molekularni in atomski kisik ter nasičene okside. Vsi ti izdelki praviloma ne onesnažujejo okolja in ne povzročajo tvorbe kancerogenih snovi, kot je na primer pri oksidaciji s klorom ali fluorom.

voda:
Leta 1857 je bilo s pomočjo "popolne cevi magnetne indukcije", ki jo je ustvaril Werner von Siemens, mogoče zgraditi prvo tehnično ozonsko instalacijo. Leta 1901 je Siemens zgradil prvo hidroelektrarno z generatorjem ozona v Wiesbandu.
Zgodovinsko gledano se je uporaba ozona začela s čistilnimi napravami za pitno vodo, ko je bila leta 1898 v mestu Saint Maur (Francija) testirana prva pilotna naprava. Že leta 1907 je bila v mestu Bon Voyage (Francija) zgrajena prva naprava za ozoniranje vode za potrebe mesta Nice. Leta 1911 je v Sankt Peterburgu začela obratovati postaja za ozoniranje pitne vode.
Trenutno je 95 % pitne vode v Evropi obdelanih z ozonom. ZDA so v procesu prehoda s kloriranja na ozoniranje. V Rusiji je več velikih postaj (v Moskvi, Nižnjem Novgorodu in drugih mestih).

zrak:
Uporaba ozona v sistemih za prečiščevanje vode se je izkazala za zelo učinkovito, vendar doslej ni bilo ustvarjenih enako učinkovitih in dokazano varnih sistemov za čiščenje zraka. Ozoniranje velja za nekemično metodo čiščenja in je zato priljubljeno med prebivalstvom. Hkrati pa kronični vpliv koncentracij mikro ozona na človeško telo ni dovolj raziskan.
Z zelo nizko koncentracijo ozona je zrak v prostoru prijeten in svež, neprijetne vonjave pa se občutijo veliko šibkeje. V nasprotju s splošnim prepričanjem o blagodejnih učinkih tega plina, ki ga v nekaterih prospektih pripisujejo gozdnemu zraku, bogatemu z ozonom, je v resnici ozon, tudi pri visoki razredčenosti, zelo strupen in nevaren dražilni plin. Že nizke koncentracije ozona lahko dražijo sluznice in povzročajo motnje v osrednjem živčevju, kar vodi v bronhitis in glavobole.

Uporaba ozona v medicini
Leta 1873 je Foke opazoval uničenje mikroorganizmov pod vplivom ozona in ta edinstvena lastnost ozona je pritegnila pozornost zdravnikov.
Zgodovina uporabe ozona v medicinske namene sega v leto 1885, ko je Charlie Kenworth prvič objavil svoje poročilo Zdravniškemu združenju Florida v ZDA. Kratke informacije o uporabi ozona v medicini so bile najdene že pred tem datumom.
Leta 1911 je M. Eberhart uporabil ozon pri zdravljenju tuberkuloze, anemije, pljučnice, sladkorne bolezni in drugih bolezni. A. Wolf (1916) je med prvo svetovno vojno uporabljal mešanico kisika in ozona za ranjence s kompleksnimi zlomi, flegmoni, abscesi, gnojnimi ranami. N. Kleinmann (1921) je ozon uporabljal za splošno zdravljenje »telesnih votlin«. V 30-ih letih. 20. stoletje E.A. Riba, zobozdravnik, začne z ozonom zdravljenje v praksi.
V prijavi za izum prve laboratorijske naprave je Fish predlagal izraz "CYTOZON", ki se še danes uporablja na generatorjih ozona, ki se uporabljajo v zobozdravstveni praksi. Joachim Hanzler (1908-1981) je ustvaril prvi medicinski generator ozona, ki je omogočil natančno doziranje zmesi ozon-kisik in s tem omogočil široko uporabo ozonoterapije.
R. Auborg (1936) je razkril učinek brazgotinjenja razjed debelega črevesa pod vplivom ozona in opozoril na naravo njegovega splošnega vpliva na telo. Delo na preučevanju terapevtskega učinka ozona med drugo svetovno vojno se je v Nemčiji aktivno nadaljevalo, Nemci so ozon uspešno uporabljali za lokalno zdravljenje ran in opeklin. Po vojni pa so bile raziskave prekinjene za skoraj dve desetletji zaradi pojava antibiotikov, pomanjkanja zanesljivih, kompaktnih generatorjev ozona in ozon odpornih materialov. Obsežne in sistematične raziskave na področju ozonoterapije so se začele sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko so se v vsakodnevni medicinski praksi pojavili na ozon odporni polimerni materiali in uporabniku prijazne ozonske enote.
Raziskave in vitro , torej v idealnih laboratorijskih pogojih, so pokazali, da ozon pri interakciji s celicami telesa oksidira maščobe in tvori perokside – snovi, ki so škodljive za vse znane viruse, bakterije in glive. Po delovanju lahko ozon primerjamo z antibiotiki, s to razliko, da ne "zasadi" jeter in ledvic ter nima stranskih učinkov. Ampak na žalost, in vivo - v realnih razmerah je vse veliko bolj zapleteno.
Ozonoterapija je bila nekoč zelo priljubljena - mnogi so menili, da je ozon skoraj panacea za vse bolezni. Toda podrobna študija učinkov ozona je pokazala, da ozon poleg bolnih vpliva tudi na zdrave celice kože in pljuč. Posledično se v živih celicah začnejo nepredvidene in nepredvidljive mutacije. Ozonoterapija se v Evropi ni uveljavila, v ZDA in Kanadi pa uradna medicinska uporaba ozona ni legalizirana, z izjemo alternativne medicine.
V Rusiji žal uradna medicina ni opustila tako nevarne in premalo preizkušene metode terapije. Trenutno se široko uporabljajo ozonizatorji zraka in ozonatorji. Majhni generatorji ozona se uporabljajo v prisotnosti ljudi.

NAČELO DELOVANJA.
Ozon nastane iz kisika. Obstaja več načinov za pridobivanje ozona, med katerimi so najpogostejši: elektrolitski, fotokemični in elektrosinteza v plazmi izpusta plina. Da bi se izognili neželenim oksidom, je bolje pridobiti ozon iz čistega medicinskega kisika z uporabo elektrosinteze. Koncentracijo nastale zmesi ozon-kisik v takšnih napravah je enostavno spreminjati - bodisi z nastavitvijo določene moči električnega razelektritve bodisi s prilagajanjem pretoka dohodnega kisika (hitreje ko kisik prehaja skozi ozonator, manj ozona nastane ).

Elektrolitski metoda sinteze ozona se izvaja v posebnih elektrolitskih celicah. Kot elektroliti se uporabljajo raztopine različnih kislin in njihovih soli (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Nastajanje ozona nastane zaradi razpada vode in nastanka atomskega kisika, ki s spajanjem molekule kisika tvori ozon in molekulo vodika. Ta metoda omogoča pridobivanje koncentriranega ozona, vendar je zelo energetsko intenzivna, zato se ne uporablja široko.
Fotokemični Metoda proizvodnje ozona je najpogostejša metoda v naravi. Ozon nastane z disociacijo molekule kisika pod delovanjem kratkovalovnega UV sevanja. Ta metoda ne omogoča pridobivanja visoke koncentracije ozona. Naprave, ki temeljijo na tej metodi, so postale razširjene za laboratorijske namene, v medicini in živilski industriji.
elektrosinteza ozon je najbolj razširjen. Ta metoda združuje možnost pridobivanja visokih koncentracij ozona z visoko produktivnostjo in relativno nizko porabo energije.
Kot rezultat številnih študij o uporabi različnih vrst plinske razelektritve za elektrosintezo ozona so postale zelo razširjene naprave, ki uporabljajo tri oblike razelektritve:

1. pregradni izpust - najbolj razširjena je velika množica impulznih mikrorazelektritev v plinski reži dolžine 1-3 mm med dvema elektrodama, ločenima z eno ali dvema dielektričnima pregradama, ko elektrode napaja izmenična visoka napetost s frekvenco od 50 Hz do nekaj kilohercev . Zmogljivost ene enote se lahko giblje od gramov do 150 kg ozona na uro.
2. površinski izpust - po obliki blizu pregradnemu izpustu, ki je zaradi svoje preprostosti in zanesljivosti postal razširjen v zadnjem desetletju. To je tudi niz mikrorazelektritev, ki se razvijajo vzdolž površine trdnega dielektrika, ko se elektrode napajajo z izmenično napetostjo s frekvenco od 50 Hz do 15-40 kHz.
3. impulzno praznjenje - praviloma strimerna koronska razelektritev, ki se pojavi v reži med dvema elektrodama, ko se elektrodi napajata z impulzno napetostjo s trajanjem od sto nanosekund do enot mikrosekund.

• Učinkovito pri čiščenju zraka v zaprtih prostorih.
• Ne proizvajajo škodljivih stranskih proizvodov.
• Olajša pogoje za alergike, astmatike itd.

Leta 1997 so podjetja za proizvodnjo ozona Living Air Corporation, Alpine Industries Inc. (zdaj "Ecoguest"), Quantum Electronics Corp. in druge, ki so kršili ukaz ameriške FTC, so sodišča administrativno kaznovala, vključno s prepovedjo nadaljnjega delovanja nekaterih od njih v Združenih državah. Hkrati so zasebni podjetniki, ki so prodajali generatorje ozona s priporočili za uporabo v prostorih z ljudmi, prejeli zaporno kazen od 1 do 6 let.
Trenutno nekatera od teh zahodnih podjetij uspešno razvijajo aktivno prodajo svojih izdelkov v Rusiji.

Slabosti ozonizatorjev:
Vsak sterilizacijski sistem, ki uporablja ozon, zahteva skrbno varnostno spremljanje, testiranje konstante koncentracije ozona s plinskimi analizatorji in nujno obvladovanje prevelikih koncentracij ozona.
Ozonator ni zasnovan za delovanje v:

• okolje, nasičeno z električno prevodnim prahom in vodno paro,
• mesta, ki vsebujejo aktivne pline in hlape, ki uničujejo kovino,
• mesta z relativno vlažnostjo nad 95 %
• na eksplozivno in požarno nevarnih območjih.

Uporaba ozonizatorjev za sterilizacijo zraka v zaprtih prostorih:

• podaljša postopek sterilizacije,
• poveča strupenost in oksidacijo zraka,
• vodi do nevarnosti eksplozije,
• vrnitev ljudi v razkuženo sobo je možna šele po popolnem razkroju ozona.

POVZETEK.
Ozoniranje je zelo učinkovito za sterilizacijo površin in zraka v zaprtih prostorih, vendar ni učinka čiščenja zraka pred mehanskimi nečistočami. Nezmožnost uporabe metode v prisotnosti ljudi in potreba po dezinfekciji v zaprti sobi resno omejujeta obseg njene profesionalne uporabe.