Ozon je hemijska veza. Ozon je plavi gas. Svojstva i primjena plina. Ozon u atmosferi

kiseonik (O) nalazi se u periodu 1, grupa VI, u glavnoj podgrupi. p-element. Elektronska konfiguracija 1s22s22p4 . Broj elektrona na vanjskom nivou je 6. Kiseonik može prihvatiti 2 elektrona i, u rijetkim slučajevima, odustati. Valencija kiseonika je 2, oksidaciono stanje je -2.

Fizička svojstva: kiseonik ( O2 ) – bezbojni gas, bez mirisa i ukusa; slabo rastvorljiv u vodi, malo teži od vazduha. Na -183 °C i 101,325 Pa, kiseonik se ukapljuje i dobija plavkastu boju. Struktura molekula: Molekul kiseonika je dvoatomski, jak u normalnim uslovima i ima magnetna svojstva. Veza u molekulu je kovalentna i nepolarna. Kiseonik ima alotropsku modifikaciju - ozona(O3 ) – jače oksidaciono sredstvo od kiseonika.

Hemijska svojstva: Pre nego što završi energetski nivo, kiseoniku su potrebna 2 elektrona, koje prihvata sa oksidacionim stanjem od -2, ali u kombinaciji sa fluorom kiseonik je OF2 -2 i O2F2 -1. Zbog kemijske aktivnosti kisik stupa u interakciju s gotovo svim jednostavnim tvarima. Tvori okside i perokside s metalima:

Kiseonik ne reaguje samo sa platinom. Na povišenim i visokim temperaturama reaguje sa mnogim nemetalima:

Kiseonik nema direktnu interakciju sa halogenima. Kiseonik reaguje sa mnogim složenim supstancama:

Kiseonik karakteriziraju reakcije sagorijevanja:

Mnoge organske supstance sagorevaju u kiseoniku:

Kada se acetaldehid oksidira kisikom, dobiva se octena kiselina:

Potvrda: u laboratoriju: 1) elektroliza vodenog alkalnog rastvora: u ovom slučaju se na katodi oslobađa vodonik, a na anodi kiseonik; 2) raspadanje Bertoletove soli pri zagrevanju: 2KlO3?2Kl + 3O2?; 3) dobija se veoma čist kiseonik: 2KMnO4?K2MnO4 + MnO2 + O2?.

Pronalaženje u prirodi: kiseonik čini 47,2% mase zemljine kore. U slobodnom stanju nalazi se u atmosferskom zraku - 21%. Dio je mnogih prirodnih minerala; ogromna količina se nalazi u tijelima biljaka i životinja. Prirodni kiseonik se sastoji od 3 izotopa: O(16), O(17), O(18).

primjena: koristi se u hemijskoj, metalurškoj industriji i medicini.

24. Ozon i njegova svojstva

U čvrstom stanju, kiseonik ima tri modifikacije: ?-, ?– i ?– modifikacije. ozon ( O3 ) – jedna od alotropskih modifikacija kiseonika . Struktura molekula: ozon ima nelinearnu molekularnu strukturu sa uglom između atoma od 117°. Molekul ozona ima određeni polaritet (uprkos atomima iste vrste koji formiraju molekul ozona) i dijamagnetičan je, budući da nema nesparene elektrone.

Fizička svojstva: ozon je plavi plin sa karakterističnim mirisom; molekulska težina = 48, tačka topljenja (čvrsta materija) = 192,7 °C, tačka ključanja = 111,9 °C. Tečni i čvrsti ozon su eksplozivni, toksični i visoko rastvorljivi u vodi: na 0 °C, do 49 zapremina ozona se otapa u 100 zapremina vode.

Hemijska svojstva: Ozon je jako oksidaciono sredstvo; oksidira sve metale, uključujući zlato - Au i platinu - Pt (i metale platinske grupe). Ozon djeluje na sjajnu srebrnu ploču, koja je trenutno prekrivena crnim srebrnim peroksidom – Ag2O2; papir natopljen terpentinom se zapali, metalni sumporni spojevi se oksidiraju u soli sumporne kiseline; mnoge boje postaju bezbojne; uništava organske tvari - u ovom slučaju molekula ozona odvaja jedan atom kisika, a ozon se pretvara u običan kisik. I većina nemetala, pretvara niže okside u više, a sulfide njihovih metala u njihove sulfate:

Kalijum jodid se oksidira ozonom u molekularni jod:

Ali s vodikovim peroksidom H2O2, ozon djeluje kao redukcijski agens:

Hemijski, molekule ozona su nestabilne - ozon se može spontano razgraditi u molekularni kiseonik:

Potvrda: Ozon se proizvodi u ozonizatorima propuštanjem električnih iskri kroz kisik ili zrak. Stvaranje ozona iz kiseonika:

Ozon može nastati prilikom oksidacije vlažnog fosfora i smolastih tvari. Odrednica ozona: da bi se utvrdilo prisustvo ozona u vazduhu, potrebno je u vazduh uroniti komad papira natopljen rastvorom kalijum jodida i škrobne paste – ako komad papira poplavi, to znači da u vazduhu ima ozona. Pronalaženje u prirodi: U atmosferi se ozon formira tokom električnih pražnjenja. primjena: Budući da je jak oksidant, ozon uništava različite vrste bakterija, pa se naširoko koristi za pročišćavanje vode i dezinfekciju zraka, a koristi se i kao sredstvo za izbjeljivanje.

OZON O3 (od grčkog ozon-miris) je alotropska modifikacija kiseonika koja može postojati u sva tri agregatna stanja. Ozon je nestabilno jedinjenje, pa čak i na sobnoj temperaturi polako se razlaže u molekularni kiseonik, ali ozon nije radikal.

Fizička svojstva

Molekulska težina = 47,9982 g/mol. Gas ozon ima gustinu od 2,144 10-3 g/cm3 pri pritisku od 1 atm i 29°C.

Ozon je posebna supstanca. Izuzetno je nestabilan i sa povećanjem koncentracije lako disproporcije prema opštoj shemi: 2O3 -> 3O2.U gasovitom obliku ozon ima plavičastu nijansu, uočljivu kada vazduh sadrži 15-20% ozona.

Ozon je u normalnim uslovima gas oštrog mirisa. Pri vrlo niskim koncentracijama, miris ozona se percipira kao ugodno svjež, ali postaje neprijatan kako koncentracija raste. Miris smrznutog veša je miris ozona. Lako se naviknuti.

Njegova glavna količina je koncentrisana u takozvanom "ozonskom pojasu" na nadmorskoj visini od 15-30 km. Na površini zemlje, koncentracija ozona je mnogo niža i apsolutno je sigurna za živa bića; postoji čak i mišljenje da njegovo potpuno odsustvo također negativno utječe na performanse osobe.

Pri koncentracijama od oko 10 MAC, ozon se jako dobro osjeća, ali nakon nekoliko minuta osjećaj nestaje gotovo u potpunosti. Ovo morate imati na umu kada radite s njim.

Međutim, ozon osigurava i očuvanje života na Zemlji, jer Ozonski omotač zadržava najrazorniji dio sunčevog ultraljubičastog zračenja s talasnom dužinom manjom od 300 nm za žive organizme i biljke, a uz CO2 apsorbira infracrveno zračenje Zemlje, sprječavajući njeno hlađenje.

Ozon je rastvorljiviji u vodi od kiseonika. U vodi se ozon razlaže mnogo brže nego u gasnoj fazi, a prisustvo nečistoća, posebno metalnih jona, ima izuzetno veliki uticaj na brzinu razgradnje.

Fig1. Razgradnja ozona u raznim vrstama vode na temperaturi od 20°C (1 - bidestilat; 2 - destilat; 3 - voda iz slavine; 4 - filtrirana jezerska voda)

Silikagel i aluminijumski gel dobro adsorbuju ozon. Pri parcijalnom pritisku ozona, na primjer 20 mm Hg. art., a na 0°C silika gel apsorbira oko 0,19% ozona po težini. Na niskim temperaturama, adsorpcija je primjetno oslabljena. U adsorbiranom stanju, ozon je vrlo stabilan. Potencijal jonizacije ozona je 12,8 eV.

Hemijska svojstva ozona

Odlikuju ih dvije glavne karakteristike - nestabilnost i sposobnost oksidacije. Pomiješan sa zrakom u malim koncentracijama, razgrađuje se relativno sporo, ali s povećanjem temperature njegova razgradnja se ubrzava i na temperaturama iznad 100°C postaje vrlo brza.

Prisustvo NO2, Cl u vazduhu, kao i katalitičko dejstvo oksida metala - srebra, bakra, gvožđa, mangana - ubrzavaju razgradnju ozona. Ozon ima tako jaka oksidirajuća svojstva jer se jedan od atoma kisika vrlo lako odvaja od svoje molekule. Lako se pretvara u kiseonik.

Ozon oksidira većinu metala na uobičajenim temperaturama. Kiseli vodeni rastvori ozona su prilično stabilni; u alkalnim rastvorima ozon se brzo uništava. Metali promenljive valencije (Mn, Co, Fe, itd.), mnogi oksidi, peroksidi i hidroksidi efikasno uništavaju ozon. Većina metalnih površina je obložena oksidnim filmom u najvišoj valentnoj fazi metala (na primjer, PbO2, AgO ili Ag2O3, HgO).

Ozon oksidira sve metale, osim metala zlata i platinske grupe, reaguje sa većinom drugih elemenata, razgrađuje halogenovodonike (osim HF), pretvara niže okside u više itd.

Ne oksidira zlato, platinu, iridijum, leguru 75%Fe + 25%Cr. Pretvara crni olovni sulfid PbS u bijeli sulfat PbSO4, anhidrid arsena As2O3 u anhidrid arsena As2O5, itd.

Reakcija ozona sa metalnim ionima promjenjive valentnosti (Mn, Cr i Co) posljednjih je godina našla praktičnu primjenu za sintezu intermedijera za boje, vitamina PP (izonikotinska kiselina) itd. Smjese soli mangana i hroma u kiseloj otopina koja sadrži spoj koji se može oksidirati (na primjer, metilpiridini) oksidiraju se ozonom. U ovom slučaju, joni Cr3+ se transformišu u Cr6+ i oksidiraju metilpiridine samo na metilnim grupama. U nedostatku soli metala, uglavnom se uništava aromatično jezgro.

Ozon takođe reaguje sa mnogim gasovima koji su prisutni u atmosferi. Vodonik sulfid H2S, kada se kombinuje sa ozonom, oslobađa slobodni sumpor, sumpordioksid SO2 se pretvara u sumpor dioksid SO3; dušikov oksid N2O - u oksid NO, dušikov oksid NO se brzo oksidira u NO2, zauzvrat NO2 također reagira sa ozonom i na kraju nastaje N2O5; amonijak NH3 - u dušično-amonijačnu sol NH4NO3.

Jedna od najvažnijih reakcija ozona sa neorganskim supstancama je njegova razgradnja kalijum jodida. Ova reakcija se široko koristi za kvantitativno određivanje ozona.

Ozon u nekim slučajevima reaguje sa čvrstim supstancama, stvarajući ozonide. Izolovani su ozonidi alkalnih metala i zemnoalkalnih metala: stroncijum, barijum i temperatura njihove stabilizacije raste u naznačenom nizu; Ca(O3) 2 je stabilan na 238 K, Ba(O3) 2 na 273 K. Ozonidi se razlažu u superoksid, na primjer NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Razni ozonidi nastaju i tokom reakcija ozona sa organskim jedinjenjima.

Ozon oksidira brojne organske tvari, zasićene, nezasićene i cikličke ugljikovodike. Objavljeni su brojni radovi o sastavu produkta reakcije ozona sa raznim aromatičnim ugljovodonicima: benzolom, ksilenima, naftalenom, fenantrenom, antracenom, benzantracenom, difenilaminom, kinolinom, akrilnom kiselinom itd. Obezbojuje indigo i mnoge druge organske boje, kojima se koristi čak i za izbjeljivanje tkanina.

Brzina reakcije ozona s dvostrukom C=C vezom je 100 000 puta veća od brzine reakcije ozona s jednom C-C vezom. Stoga su guma i guma prvenstveno pod utjecajem ozona. Ozon reaguje sa dvostrukom vezom i formira intermedijarni kompleks:

Ova reakcija se odvija prilično brzo čak i na temperaturama ispod 0°C. U slučaju zasićenih spojeva, ozon pokreće uobičajenu reakciju oksidacije:

Zanimljiva je interakcija ozona sa nekim organskim bojama koje snažno fluoresciraju u prisustvu ozona u zraku. To su, na primjer, eihrozin, riboflavin i luminol (triaminoftalhidrazid), a posebno rodamin-B i njemu sličan rodamin-C.

Visoka oksidaciona svojstva ozona, uništavanje organskih supstanci i oksidacija metala (posebno gvožđa) u nerastvorljiv oblik, sposobnost razlaganja gasovitih jedinjenja rastvorljivih u vodi, zasićenja vodenih rastvora kiseonikom, niska otpornost ozona u vodi i samouništenje njegovih opasnih svojstava za ljude - sve to zajedno čini ozon najatraktivnijom supstancom za pripremu vode za domaćinstvo i tretman raznih otpadnih voda.

Sinteza ozona

Ozon se formira u plinovitom okruženju koje sadrži kisik ako se pojave uvjeti pod kojima se kisik disocira na atome. To je moguće u svim oblicima električnog pražnjenja: sjaj, luk, iskra, korona, površina, barijera, bez elektroda itd. Glavni uzrok disocijacije je sudar molekularnog kisika s elektronima ubrzanim u električnom polju.

Osim pražnjenja, disocijaciju kiseonika izazivaju UV zračenje talasne dužine manje od 240 nm i razne čestice visoke energije: alfa, beta, gama čestice, rendgenske zrake itd. Ozon se također proizvodi elektrolizom vode.

U gotovo svim izvorima stvaranja ozona postoji grupa reakcija uslijed kojih se ozon razgrađuje. Oni ometaju stvaranje ozona, ali zaista postoje i moraju se uzeti u obzir. To uključuje termičku razgradnju u volumenu i na zidovima reaktora, njegove reakcije s radikalima i pobuđenim česticama, reakcije s aditivima i nečistoćama koje mogu doći u kontakt s kisikom i ozonom.

Kompletan mehanizam sastoji se od značajnog broja reakcija. Prave instalacije, bez obzira na kojem principu rade, pokazuju visoke troškove energije za proizvodnju ozona. Efikasnost generatora ozona zavisi od vrste snage - ukupne ili aktivne - jedinica mase proizvedenog ozona se izračunava u.

Barijerno pražnjenje

Barijerno pražnjenje se podrazumijeva kao pražnjenje koje se javlja između dva dielektrika ili dielektrika i metala. Zbog činjenice da je električni krug prekinut dielektrikom, napajanje se napaja samo izmjeničnom strujom. Prvi ozonizator blizak modernim je 1897. godine predložio Siemens.

Pri niskim učincima, ozonizator ne treba da se hladi, jer se stvorena toplota odnosi protokom kiseonika i ozona. U industrijskoj proizvodnji, ozon se sintetiše i u lučnim ozonizatorima (plazmatronima), u generatorima sjajnog ozona (laseri) i površinskim pražnjenjem.

Fotohemijska metoda

Najveći dio ozona proizvedenog na Zemlji u prirodi nastaje fotokemijski. U praktičnoj ljudskoj aktivnosti, metode fotohemijske sinteze igraju manju ulogu od sinteze barijernog pražnjenja. Glavna oblast njihove upotrebe je dobijanje srednjih i niskih koncentracija ozona. Takve koncentracije ozona su potrebne, na primjer, prilikom ispitivanja gumenih proizvoda na otpornost na pucanje pod utjecajem atmosferskog ozona. U praksi se za proizvodnju ozona ovom metodom koriste živine i ekscimer ksenonske lampe.

Metoda elektrolitičke sinteze

Prvi spomen stvaranja ozona u elektrolitskim procesima datira iz 1907. godine. Međutim, do danas mehanizam njegovog nastanka ostaje nejasan.

Obično se vodeni rastvori perhlorne ili sumporne kiseline koriste kao elektrolit; elektrode su napravljene od platine. Upotreba kiselina sa oznakom O18 pokazala je da one ne odustaju od kiseonika prilikom stvaranja ozona. Stoga bi bruto dijagram trebao uzeti u obzir samo razgradnju vode:

H2O + O2 -> O3 + 2H+ + e-

sa mogućim srednjim stvaranjem jona ili radikala.

Formiranje ozona pod uticajem jonizujućeg zračenja

Ozon nastaje nizom procesa koji uključuju ekscitaciju molekula kisika bilo svjetlošću ili električnim poljem. Kada se kiseonik ozrači jonizujućim zračenjem, mogu se pojaviti i pobuđene molekule i zapaža se stvaranje ozona. Stvaranje ozona pod uticajem jonizujućeg zračenja još uvek nije korišćeno za sintezu ozona.

Formiranje ozona u mikrotalasnom polju

Kada je mlaz kiseonika prošao kroz mikrotalasno polje, uočeno je stvaranje ozona. Ovaj proces je malo proučavan, iako se generatori bazirani na ovom fenomenu često koriste u laboratorijskoj praksi.

Upotreba ozona u svakodnevnom životu i njegovo djelovanje na čovjeka

Ozoniranje vode, zraka i drugih tvari

Ozonirana voda ne sadrži toksične halogenemetane - tipične nečistoće sterilizacije vode hlorom. Proces ozoniranja se izvodi u pjenušavim kupkama ili mikserima, u kojima se voda pročišćena od suspendiranih tvari miješa s ozoniranim zrakom ili kisikom. Nedostatak procesa je brzo uništavanje O3 u vodi (poluživot 15-30 minuta).

Ozoniranje se takođe koristi u prehrambenoj industriji za sterilizaciju frižidera, skladišta i uklanjanje neprijatnih mirisa; u medicinskoj praksi - za dezinfekciju otvorenih rana i liječenje određenih kroničnih bolesti (trofični čirevi, gljivične bolesti), ozoniranje venske krvi, fiziološke otopine.

Moderni ozonizatori, u kojima se ozon proizvodi električnim pražnjenjem u zraku ili kisiku, sastoje se od generatora ozona i izvora energije i sastavni su dio ozonizatorskih instalacija, koje osim ozonizatora uključuju i pomoćne uređaje.

Trenutno je ozon gas koji se koristi u tzv. ozonskim tehnologijama: prečišćavanje i priprema vode za piće, tretman otpadnih voda (kućne i industrijske otpadne vode), otpadni gasovi itd.

Ovisno o tehnologiji korištenja ozona, produktivnost ozonizatora može se kretati od frakcija grama do desetina kilograma ozona na sat. Specijalni ozonizatori se koriste za gasnu sterilizaciju medicinskih instrumenata i male opreme. Sterilizacija se vrši u veštački vlažnoj ozonsko-kiseoničnoj sredini koja ispunjava sterilizacionu komoru. Ciklus sterilizacije sastoji se od faze zamjene zraka u komori za sterilizaciju vlažnom smjesom ozon-kiseonik, faze izlaganja sterilizaciji i faze zamjene ozonsko-kiseoničke smjese u komori mikrobiološki pročišćenim zrakom.

Ozonizatori koji se koriste u medicini za ozonsku terapiju imaju širok raspon regulacije koncentracije ozonsko-kiseoničke smjese. Garantovana tačnost generisane koncentracije mešavine ozon-kiseonik kontroliše se sistemom automatizacije ozonatora i automatski se održava.

Biološki efekat ozona

Biološki učinak ozona ovisi o načinu njegove primjene, dozi i koncentraciji. Mnogi od njegovih efekata se javljaju u različitom stepenu u različitim rasponima koncentracija. Terapeutski učinak ozonoterapije temelji se na upotrebi mješavina ozon-kiseonik. Visok redoks potencijal ozona određuje njegovo sistemsko (obnavljanje homeostaze kiseonika) i lokalno (izraženo dezinfekciono) terapijsko dejstvo.

Ozon je prvi upotrijebio A. Wolff kao antiseptik 1915. za liječenje inficiranih rana. Posljednjih godina ozonoterapija se uspješno koristi u gotovo svim oblastima medicine: hitnoj i gnojnoj hirurgiji, općoj i infektivnoj terapiji, ginekologiji, urologiji, gastroenterologiji, dermatologiji, kozmetologiji itd. efekte na organizam, uklj. imunomodulatorno, protuupalno, baktericidno, antivirusno, fungicidno, itd.

Međutim, ne može se poreći da metode korištenja ozona u medicini, unatoč očiglednim prednostima u mnogim biološkim pokazateljima, još uvijek nisu u širokoj upotrebi. Prema literaturnim podacima, visoke koncentracije ozona su apsolutno baktericidne za gotovo sve sojeve mikroorganizama. Stoga se ozon koristi u kliničkoj praksi kao univerzalni antiseptik za saniranje infektivnih i upalnih žarišta različite etiologije i lokalizacije.

Literatura sadrži podatke o povećanju efikasnosti antiseptičkih lijekova nakon njihovog ozoniranja u liječenju akutnih gnojnih hirurških bolesti.

Zaključci o upotrebi ozona u domaćinstvima

Prije svega, potrebno je bezuvjetno potvrditi činjenicu korištenja ozona u praksi liječenja u mnogim područjima medicine, kao terapeutskog i dezinficijensa, ali se još ne može govoriti o njegovoj širokoj upotrebi.

Ljudi percipiraju ozon s najmanje alergijskih nuspojava. Čak i ako se u literaturi mogu pronaći reference na individualnu netoleranciju na O3, ovi se slučajevi ni na koji način ne mogu porediti, na primjer, s antibakterijskim lijekovima koji sadrže klor i drugim halogenim lijekovima.

Ozon je troatomni kiseonik i ekološki je najprihvatljiviji. Ko ne poznaje njegov "svjež" miris - u vrelim ljetnim danima nakon grmljavine?! Svaki živi organizam doživljava svoju stalnu prisutnost u Zemljinoj atmosferi.

Recenzija je sastavljena na osnovu materijala sa interneta.

Fizička svojstva ozona su vrlo karakteristična: to je lako eksplozivan plin plave boje. Litar ozona teži oko 2 grama, a zraka - 1,3 grama. Dakle, ozon je teži od vazduha. Tačka topljenja ozona je minus 192,7ºS. Ovaj „otopljeni“ ozon je tamnoplava tečnost. Ozonski "led" ima tamnoplavu boju sa ljubičastom nijansom i postaje neproziran kada je debljina veća od 1 mm. Tačka ključanja ozona je minus 112ºS. U gasovitom stanju ozon je dijamagnetičan, tj. nema magnetna svojstva, au tekućem stanju je slabo paramagnetna. Rastvorljivost ozona u otopljenoj vodi je 15 puta veća od rastvorljivosti kiseonika i iznosi približno 1,1 g/l. 2,5 grama ozona se rastvara u litru sirćetne kiseline na sobnoj temperaturi. Takođe se dobro otapa u eteričnim uljima, terpentinu i tetrahloridu ugljenika. Miris ozona se osjeća pri koncentracijama iznad 15 µg/m3 zraka. U minimalnim koncentracijama doživljava se kao „miris svježine“, u višim koncentracijama poprima oštru, iritantnu nijansu.

Ozon se formira iz kiseonika prema sledećoj formuli: 3O2 + 68 kcal → 2O3. Klasični primjeri stvaranja ozona: pod uticajem munje tokom grmljavine; pod uticajem sunčeve svetlosti u gornjim slojevima atmosfere. Ozon se također može formirati tijekom bilo kojeg procesa praćenog oslobađanjem atomskog kisika, na primjer, tokom razgradnje vodikovog peroksida. Industrijska sinteza ozona uključuje korištenje električnih pražnjenja na niskim temperaturama. Tehnologije za proizvodnju ozona mogu se razlikovati jedna od druge. Dakle, za proizvodnju ozona koji se koristi u medicinske svrhe koristi se samo čisti (bez nečistoća) medicinski kisik. Odvajanje nastalog ozona od nečistoća kisika obično nije teško zbog razlika u fizičkim svojstvima (ozon se lakše ukapljuje). Ako određeni kvalitativni i kvantitativni parametri reakcije nisu potrebni, onda dobivanje ozona ne predstavlja posebne poteškoće.

Molekul O3 je nestabilan i prilično se brzo pretvara u O2 uz oslobađanje topline. U malim koncentracijama i bez stranih nečistoća, ozon se razgrađuje sporo, pri velikim koncentracijama razgrađuje eksplozivno. Alkohol se odmah zapali u kontaktu s njim. Zagrijavanje i kontakt ozona čak i s neznatnim količinama oksidacijskog supstrata (organske tvari, neki metali ili njihovi oksidi) naglo ubrzava njegovu razgradnju. Ozon se može dugo čuvati na -78ºS u prisustvu stabilizatora (mala količina HNO3), kao iu posudama od stakla, neke plastike ili plemenitih metala.

Ozon je najjači oksidant. Razlog za ovaj fenomen leži u činjenici da atomski kiseonik nastaje tokom procesa raspadanja. Takav kisik je mnogo agresivniji od molekularnog kisika, jer u molekuli kisika nedostatak elektrona na vanjskom nivou zbog njihove kolektivne upotrebe molekularne orbitale nije toliko primjetan.

Još u 18. veku primećeno je da živa u prisustvu ozona gubi sjaj i lepi se za staklo, tj. oksidira. A kada se ozon prođe kroz vodeni rastvor kalijum jodida, gasni jod počinje da se oslobađa. Isti "trikovi" nisu funkcionisali sa čistim kiseonikom. Nakon toga su otkrivena svojstva ozona, koja je čovječanstvo odmah usvojilo: ozon se pokazao odličnim antiseptikom, ozon je brzo uklonio organske tvari bilo kojeg porijekla (parfemi i kozmetika, biološke tekućine) iz vode, počeo se široko koristiti u industriji i svakodnevnom životu, te se pokazao kao alternativa zubnoj bušilici.

U 21. veku upotreba ozona u svim oblastima ljudskog života i aktivnosti raste i razvija se, pa smo svjedoci njegove transformacije iz egzotike u poznato sredstvo za svakodnevni rad. OZON O3, alotropni oblik kiseonika.

Priprema i fizička svojstva ozona.

Naučnici su prvi put saznali za postojanje nepoznatog gasa kada su počeli eksperimentisati sa elektrostatičkim mašinama. To se dogodilo u 17. veku. Ali novi gas su počeli da proučavaju tek krajem sledećeg veka. Godine 1785, holandski fizičar Martin van Marum dobio je ozon propuštanjem električnih varnica kroz kiseonik. Naziv ozon pojavio se tek 1840. godine; izumio ga je švajcarski hemičar Christian Schönbein, izvodeći ga iz grčke reči ozon – miris. Hemijski sastav ovog gasa nije se razlikovao od kiseonika, ali je bio mnogo agresivniji. Tako je odmah oksidirao bezbojni kalijum jodid, oslobađajući smeđi jod; Schönbein je koristio ovu reakciju da odredi ozon prema stepenu plavetnila papira natopljenog rastvorom kalijum jodida i škroba. Čak i živa i srebro, koji su neaktivni na sobnoj temperaturi, oksidiraju se u prisustvu ozona.

Ispostavilo se da se molekule ozona, kao i kisik, sastoje samo od atoma kisika, ali ne dva, već tri. Kiseonik O2 i ozon O3 su jedini primer formiranja dve gasovite (u normalnim uslovima) jednostavne supstance jednim hemijskim elementom. U molekulu O3 atomi se nalaze pod uglom, pa su ovi molekuli polarni. Ozon se dobija kao rezultat „lepljenja“ slobodnih atoma kiseonika za molekule O2, koje nastaju od molekula kiseonika pod uticajem električnih pražnjenja, ultraljubičastih zraka, gama zraka, brzih elektrona i drugih visokoenergetskih čestica. Uvijek se osjeća miris ozona u blizini električnih mašina koje rade, u kojima četke "iskre", i u blizini baktericidnih živino-kvarcnih lampi koje emituju ultraljubičasto svjetlo. Atomi kiseonika se takođe oslobađaju tokom određenih hemijskih reakcija. Ozon nastaje u malim količinama pri elektrolizi zakiseljene vode, pri sporoj oksidaciji vlažnog bijelog fosfora u zraku, pri razgradnji jedinjenja sa visokim sadržajem kisika (KMnO4, K2Cr2O7 itd.), pri djelovanju fluora na vodu ili koncentriranu sumpornu kiselinu na barijum peroksidu. Atomi kiseonika su uvek prisutni u plamenu, pa ako usmerite mlaz komprimovanog vazduha preko plamena plamenika kiseonika, u vazduhu će se detektovati karakterističan miris ozona.

Reakcija 3O2 → 2O3 je visoko endotermna: da bi se dobio 1 mol ozona, potrebno je potrošiti 142 kJ. Obrnuta reakcija se javlja oslobađanjem energije i provodi se vrlo lako. Shodno tome, ozon je nestabilan. U odsustvu nečistoća, ozon se polako razgrađuje na temperaturi od 70°C i brzo iznad 100°C. Brzina razgradnje ozona se značajno povećava u prisustvu katalizatora. To mogu biti plinovi (na primjer, dušikov oksid, hlor) i mnoge čvrste materije (čak i zidovi posude). Stoga je čisti ozon teško dobiti, a rad s njim opasan zbog mogućnosti eksplozije.

Nije iznenađujuće da su mnoge decenije nakon otkrića ozona, čak i njegove osnovne fizičke konstante bile nepoznate: dugo vremena niko nije mogao da dobije čisti ozon. Kako je D.I. Mendeljejev napisao u svom udžbeniku Osnovi hemije, „sa svim metodama pripreme gasa ozona, njegov sadržaj u kiseoniku je uvek beznačajan, obično samo nekoliko desetina procenta, retko 2%, a tek na veoma niskim temperaturama dostiže 20%.” Tek 1880. su francuski naučnici J. Gotfeil i P. Chappuis dobili ozon iz čistog kiseonika na temperaturi od minus 23 °C. Ispostavilo se da u debelom sloju ozon ima prekrasnu plavu boju. Kada se ohlađeni ozonirani kisik polagano komprimirao, plin je postao tamnoplav, a nakon brzog otpuštanja tlaka temperatura je još više pala i nastale su tamnoljubičaste kapljice tekućeg ozona. Ako se plin nije brzo ohladio ili komprimirao, ozon se odmah, žutim bljeskom, pretvorio u kisik.

Kasnije je razvijena pogodna metoda za sintezu ozona. Ako se koncentrirana otopina perhlorne, fosforne ili sumporne kiseline podvrgne elektrolizi sa ohlađenom anodom od platine ili olovo(IV) oksida, plin koji se oslobađa na anodi će sadržavati do 50% ozona. Fizičke konstante ozona su također poboljšane. Ukapljuje se mnogo lakše od kiseonika - na temperaturi od -112°C (kiseonik - na -183°C). Na -192,7°C ozon se stvrdnjava. Čvrsti ozon je plavo-crne boje.

Eksperimenti sa ozonom su opasni. Gas ozon može eksplodirati ako njegova koncentracija u zraku prelazi 9%. Tečni i čvrsti ozon još lakše eksplodiraju, posebno kada su u kontaktu sa oksidirajućim supstancama. Ozon se može skladištiti na niskim temperaturama u obliku otopina u fluoriranim ugljovodonicima (freonima). Takva rješenja su plave boje.

Hemijska svojstva ozona.

Ozon se odlikuje izuzetno visokom reaktivnošću. Ozon je jedan od najjačih oksidacionih agenasa i drugi je u tom pogledu samo fluor i kiseonik fluorid OF2. Aktivni princip ozona kao oksidacionog sredstva je atomski kiseonik, koji nastaje tokom raspada molekula ozona. Stoga, djelujući kao oksidant, molekula ozona u pravilu "koristi" samo jedan atom kisika, a druga dva se oslobađaju u obliku slobodnog kisika, na primjer, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Dolazi i do oksidacije mnogih drugih spojeva. Međutim, postoje izuzeci kada molekula ozona koristi sva tri atoma kiseonika koja ima za oksidaciju, na primer, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Vrlo važna razlika između ozona i kisika je u tome što ozon pokazuje oksidirajuća svojstva već na sobnoj temperaturi. Na primjer, PbS i Pb(OH)2 ne reagiraju s kisikom u normalnim uvjetima, dok se u prisustvu ozona sulfid pretvara u PbSO4, a hidroksid u PbO2. Ako se koncentrirana otopina amonijaka ulije u posudu s ozonom, pojavit će se bijeli dim - to je amonijak koji oksidira ozon i stvara amonijev nitrit NH4NO2. Posebno karakteristična za ozon je sposobnost da „crni“ srebrne predmete sa stvaranjem AgO i Ag2O3.

Dodavanjem jednog elektrona i pretvaranjem u negativni ion O3-, molekul ozona postaje stabilniji. "Soli ozonske kiseline" ili ozonid koji sadrže takve anione poznati su dugo vremena - formiraju ih svi alkalni metali osim litijuma, a stabilnost ozonida se povećava od natrija do cezija. Poznati su i neki ozonidi zemnoalkalnih metala, na primjer Ca(O3)2. Ako se struja plina ozona usmjeri na površinu čvrste suhe lužine, formira se narandžasto-crvena kora koja sadrži ozonide, na primjer, 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. U isto vrijeme, čvrsta alkalija efikasno veže vodu, što štiti ozonid od trenutne hidrolize. Međutim, sa viškom vode, ozonidi se brzo razlažu: 4KO3+ 2H2O → 4KOH + 5O2. Razgradnja se takođe dešava tokom skladištenja: 2KO3 → 2KO2 + O2. Ozonidi su vrlo topljivi u tekućem amonijaku, što im je omogućilo izolaciju u čistom obliku i proučavanje njihovih svojstava.

Organske supstance sa kojima ozon dolazi u kontakt se obično uništavaju. Dakle, ozon, za razliku od hlora, može razdvojiti benzenski prsten. Kada radite s ozonom, ne možete koristiti gumene cijevi i crijeva - oni će odmah postati propusni. Reakcije ozona s organskim spojevima oslobađaju velike količine energije. Na primjer, eter, alkohol, vata natopljena terpentinom, metan i mnoge druge tvari spontano se zapale u dodiru s ozoniranim zrakom, a miješanje ozona sa etilenom dovodi do jake eksplozije.

Primjena ozona.

Ozon ne „sagoreva“ uvek organsku materiju; u nekim slučajevima moguće je provesti specifične reakcije sa visoko razrijeđenim ozonom. Na primjer, kada se ozonira oleinska kiselina (u velikim količinama se nalazi u biljnim uljima), nastaje azelainska kiselina HOOC(CH2)7COOH, koja se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih ulja za podmazivanje, sintetičkih vlakana i plastifikatora. Slično se dobija i adipinska kiselina koja se koristi u sintezi najlona. Godine 1855. Schönbein je otkrio reakciju nezasićenih jedinjenja koja sadrže dvostruke C=C veze sa ozonom, ali je tek 1925. njemački hemičar H. Staudinger ustanovio mehanizam ove reakcije. Molekul ozona se veže za dvostruku vezu i formira ozonid - ovaj put organski, a atom kisika zamjenjuje jednu od C=C veza, a -O-O- grupa zauzima mjesto druge. Iako su neki organski ozonidi izolirani u čistom obliku (na primjer, etilen ozonid), ova reakcija se obično provodi u razrijeđenoj otopini, budući da su slobodni ozonidi vrlo nestabilni eksplozivi. Organski hemičari visoko cijene reakciju ozoniranja nezasićenih spojeva; Problemi sa ovom reakcijom se često nude čak i na školskim takmičenjima. Činjenica je da kada se ozonid razgradi s vodom, nastaju dvije molekule aldehida ili ketona koje je lako identificirati i dalje utvrditi strukturu izvornog nezasićenog spoja. Tako su hemičari početkom 20. veka ustanovili strukturu mnogih važnih organskih jedinjenja, uključujući i prirodna, koja sadrže C=C veze.

Važno područje primjene ozona je dezinfekcija vode za piće. Obično je voda hlorisana. Međutim, neke nečistoće u vodi pod uticajem hlora pretvaraju se u jedinjenja veoma neprijatnog mirisa. Stoga se već dugo predlaže da se klor zamijeni ozonom. Ozonirana voda ne dobija nikakav strani miris ili ukus; Kada se mnoga organska jedinjenja potpuno oksidiraju ozonom, nastaju samo ugljični dioksid i voda. Ozon takođe pročišćava otpadne vode. Proizvodi oksidacije ozona čak i zagađivača kao što su fenoli, cijanidi, surfaktanti, sulfiti, hloramini su bezopasna jedinjenja bez boje i mirisa. Višak ozona se prilično brzo raspada i stvara kisik. Međutim, ozoniranje vode je skuplje od hloriranja; Osim toga, ozon se ne može transportirati i mora se proizvoditi na mjestu upotrebe.

Ozon u atmosferi.

U Zemljinoj atmosferi ima malo ozona - 4 milijarde tona, tj. u prosjeku samo 1 mg/m3. Koncentracija ozona raste s udaljenosti od Zemljine površine i dostiže maksimum u stratosferi, na visini od 20-25 km - to je "ozonski omotač". Kada bi se sav ozon iz atmosfere prikupio na površini Zemlje pri normalnom pritisku, rezultujući sloj bi bio debeo samo oko 2-3 mm. A tako male količine ozona u zraku zapravo podržavaju život na Zemlji. Ozon stvara "zaštitni ekran" koji sprečava da tvrde ultraljubičaste zrake sunca, koje su destruktivne za sva živa bića, dođu do površine Zemlje.

Posljednjih decenija mnogo se pažnje posvećuje pojavi takozvanih “ozonskih rupa” – područja sa značajno smanjenim nivoom stratosferskog ozona. Kroz takav "propusni" štit, oštrije ultraljubičasto zračenje sa Sunca dopire do površine Zemlje. Zbog toga naučnici već duže vrijeme prate ozon u atmosferi. Godine 1930., engleski geofizičar S. Chapman, da bi objasnio stalnu koncentraciju ozona u stratosferi, predložio je shemu od četiri reakcije (ove reakcije su nazvane Chapmanov ciklus, u kojem M označava svaki atom ili molekulu koji nosi višak energije) :

O + O + M → O2 + M

O + O3 → 2O2

O3 → O2 + O.

Prva i četvrta reakcija ovog ciklusa su fotohemijske, nastaju pod uticajem sunčevog zračenja. Za razlaganje molekule kiseonika na atome potrebno je zračenje talasne dužine manje od 242 nm, dok se ozon raspada kada se svetlost apsorbuje u području od 240-320 nm (potonja reakcija nas precizno štiti od tvrdog ultraljubičastog zračenja, jer kiseonik ne ne apsorbuje u ovom spektralnom području). Preostale dvije reakcije su termičke, tj. ići bez uticaja svetlosti. Vrlo je važno da treća reakcija, koja vodi do nestanka ozona, ima energiju aktivacije; to znači da se brzina takve reakcije može povećati djelovanjem katalizatora. Kako se pokazalo, glavni katalizator razgradnje ozona je dušikov oksid NO. Nastaje u gornjim slojevima atmosfere od dušika i kisika pod utjecajem najžešćeg sunčevog zračenja. Kada uđe u ozonosferu, ulazi u ciklus od dvije reakcije O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, uslijed čega se njegov sadržaj u atmosferi ne mijenja, a stacionarna koncentracija ozona opada. Postoje i drugi ciklusi koji dovode do smanjenja sadržaja ozona u stratosferi, na primjer, uz učešće hlora:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Ozon takođe uništavaju prašina i gasovi koji u velikim količinama ulaze u atmosferu tokom vulkanskih erupcija. Nedavno se sugerisalo da je ozon takođe efikasan u uništavanju vodonika koji se oslobađa iz zemljine kore. Kombinacija svih reakcija nastajanja i raspada ozona dovodi do činjenice da je prosječni životni vijek molekula ozona u stratosferi oko tri sata.

Smatra se da osim prirodnih, postoje i vještački faktori koji utiču na ozonski omotač. Dobro poznati primjer su freoni, koji su izvori atoma hlora. Freoni su ugljikovodici u kojima su atomi vodika zamijenjeni atomima fluora i hlora. Koriste se u rashladnoj tehnici i za punjenje aerosol limenki. Konačno, freoni ulaze u zrak i polako se uzdižu sve više i više uz zračne struje, konačno dostižući ozonski omotač. Razlažući se pod utjecajem sunčevog zračenja, sami freoni počinju katalitički razlagati ozon. Još se ne zna tačno u kojoj meri su freoni krivi za „ozonsku rupu“, a ipak se odavno preduzimaju mere za ograničavanje njihove upotrebe.

Proračuni pokazuju da se za 60-70 godina koncentracija ozona u stratosferi može smanjiti za 25%. A istovremeno će se povećati koncentracija ozona u prizemnom sloju - troposferi, što je također loše, jer su ozon i proizvodi njegovih transformacija u zraku otrovni. Glavni izvor ozona u troposferi je prijenos stratosferskog ozona sa vazdušnim masama u niže slojeve. Svake godine otprilike 1,6 milijardi tona ozona uđe u prizemni sloj. Životni vijek molekula ozona u donjem dijelu atmosfere je mnogo duži - više od 100 dana, jer je intenzitet ultraljubičastog sunčevog zračenja koje uništava ozon manji u prizemnom sloju. Obično je u troposferi vrlo malo ozona: u čistom svježem zraku njegova koncentracija je u prosjeku samo 0,016 μg/l. Koncentracija ozona u vazduhu ne zavisi samo od nadmorske visine, već i od terena. Dakle, uvijek ima više ozona iznad okeana nego nad kopnom, budući da se ozon tamo sporije raspada. Mjerenja u Sočiju pokazala su da zrak u blizini morske obale sadrži 20% više ozona nego u šumi udaljenoj 2 km od obale.

Moderni ljudi udišu znatno više ozona nego njihovi preci. Glavni razlog za to je povećanje količine metana i dušikovih oksida u zraku. Dakle, sadržaj metana u atmosferi konstantno raste od sredine 19. stoljeća, kada je počela upotreba prirodnog plina. U atmosferi zagađenoj dušičnim oksidima, metan ulazi u složeni lanac transformacija uz učešće kisika i vodene pare, čiji se rezultat može izraziti jednadžbom CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Drugi ugljovodonici takođe mogu delovati kao metan, na primer, oni sadržani u izduvnim gasovima automobila tokom nepotpunog sagorevanja benzina. Kao rezultat toga, koncentracija ozona u zraku velikih gradova se deset puta povećala u posljednjih nekoliko decenija.

Oduvijek se vjerovalo da se tokom grmljavine koncentracija ozona u zraku naglo povećava, jer munja pospješuje pretvaranje kisika u ozon. U stvari, povećanje je neznatno i ne nastaje tokom grmljavine, već nekoliko sati prije nje. Za vrijeme grmljavine i nekoliko sati nakon nje koncentracija ozona se smanjuje. To se objašnjava činjenicom da prije grmljavine dolazi do snažnog vertikalnog miješanja zračnih masa, tako da dodatna količina ozona dolazi iz gornjih slojeva. Osim toga, prije grmljavine povećava se jačina električnog polja i stvaraju se uvjeti za stvaranje koronskog pražnjenja na vrhovima raznih objekata, na primjer, vrhovima grana. Ovo također doprinosi stvaranju ozona. A zatim, kako se grmljavinski oblak razvija, ispod njega nastaju moćne uzlazne struje zraka koje smanjuju sadržaj ozona direktno ispod oblaka.

Zanimljivo je pitanje o sadržaju ozona u zraku četinarskih šuma. Na primjer, u Kursu neorganske hemije G. Remyja možete pročitati da je “ozonizirani zrak četinarskih šuma” fikcija. je li tako? Naravno, nijedna biljka ne proizvodi ozon. Ali biljke, posebno četinjača, ispuštaju mnogo hlapljivih organskih spojeva u zrak, uključujući nezasićene ugljikovodike klase terpena (ima ih mnogo u terpentinu). Dakle, u vrućem danu, bor oslobađa 16 mikrograma terpena na sat za svaki gram suhe težine iglica. Terpene oslobađaju ne samo četinari, već i neka listopadna drveća, uključujući topolu i eukaliptus. A neka tropska stabla mogu osloboditi 45 mcg terpena na 1 g suhe mase lišća na sat. Kao rezultat toga, jedan hektar četinarske šume može osloboditi do 4 kg organske tvari dnevno, a oko 2 kg listopadne šume. Šumska površina Zemlje je milione hektara, a sve one emituju stotine hiljada tona različitih ugljovodonika, uključujući terpene, godišnje. A ugljikovodici, kao što je pokazano na primjeru metana, pod utjecajem sunčevog zračenja i u prisustvu drugih nečistoća doprinose stvaranju ozona. Kao što su eksperimenti pokazali, terpeni su, pod odgovarajućim uslovima, zaista vrlo aktivno uključeni u ciklus atmosferskih fotohemijskih reakcija sa stvaranjem ozona. Dakle, ozon u crnogoričnoj šumi uopće nije fikcija, već eksperimentalna činjenica.

Ozon i zdravlje.

Kako je lijepo prošetati nakon grmljavine! Vazduh je čist i svež, njegovi okrepljujući potoci kao da teku u pluća bez ikakvog napora. „Miriše na ozon“, često kažu u takvim slučajevima. “Veoma dobro za zdravlje.” je li tako?

Nekada se ozon sigurno smatrao korisnim za zdravlje. Ali ako njegova koncentracija prijeđe određeni prag, može uzrokovati mnogo neugodnih posljedica. Ovisno o koncentraciji i vremenu udisanja, ozon izaziva promjene na plućima, iritaciju sluzokože očiju i nosa, glavobolju, vrtoglavicu i pad krvnog tlaka; Ozon smanjuje otpornost organizma na bakterijske infekcije respiratornog trakta. Maksimalna dozvoljena koncentracija u vazduhu je samo 0,1 μg/l, što znači da je ozon mnogo opasniji od hlora! Ako provedete nekoliko sati u prostoriji sa koncentracijom ozona od samo 0,4 μg/l, mogu se javiti bol u grudima, kašalj, nesanica, a oštrina vida može se smanjiti. Ako dugo udišete ozon u koncentraciji većoj od 2 μg/l, posljedice mogu biti teže - čak i tromost i pad srčane aktivnosti. Kada je sadržaj ozona 8-9 µg/l, u roku od nekoliko sati nastaje plućni edem, koji može biti fatalan. Ali takve male količine supstance obično je teško analizirati konvencionalnim hemijskim metodama. Na sreću, osoba osjeća prisustvo ozona čak i pri vrlo niskim koncentracijama - oko 1 μg/l, pri kojima škrobni jodni papir još neće poplaviti. Nekim ljudima miris ozona u niskim koncentracijama podsjeća na miris klora, drugima - na sumpor-dioksid, trećima - na bijeli luk.

Nije samo ozon toksičan. Njegovim učešćem u vazduhu nastaje, na primer, peroksiacetil nitrat (PAN) CH3-CO-OONO2 - supstanca koja ima jak nadražujuće dejstvo, uključujući i suzenje, otežava disanje, au većim koncentracijama izaziva paralizu srca. PAN je jedna od komponenti takozvanog fotohemijskog smoga koji nastaje ljeti u zagađenom zraku (ova riječ je izvedena od engleskog smoke – dim i fog – magla). Koncentracija ozona u smogu može doseći 2 µg/l, što je 20 puta više od maksimalno dozvoljene granice. Takođe treba uzeti u obzir da je kombinovani efekat ozona i azotnih oksida u vazduhu desetine puta jači od svake supstance posebno. Nije iznenađujuće da posljedice ovakvog smoga u velikim gradovima mogu biti katastrofalne, pogotovo ako se zrak iznad grada ne prodire „promajem“ i formira se zona stagnacije. Tako je u Londonu 1952. godine više od 4.000 ljudi umrlo od smoga u roku od nekoliko dana. A smog u Njujorku 1963. ubio je 350 ljudi. Bilo je sličnih priča u Tokiju i drugim velikim gradovima. Nisu samo ljudi ti koji pate od atmosferskog ozona. Američki istraživači su, na primjer, pokazali da je u područjima s visokim nivoom ozona u zraku životni vijek automobilskih guma i drugih proizvoda od gume značajno smanjen.

Kako smanjiti sadržaj ozona u prizemnom sloju? Teško da je realno smanjiti ispuštanje metana u atmosferu. Ostaje još jedan način - smanjiti emisije dušikovih oksida, bez kojih se ne može odvijati ciklus reakcija koje dovode do ozona. Ovaj put također nije lak, jer dušične okside ne emituju samo automobili, već i (uglavnom) termoelektrane.

Izvori ozona nisu samo na ulici. Formira se u rendgenskim sobama, u prostorijama za fizioterapiju (izvor su joj živino-kvarcne lampe), tokom rada opreme za kopiranje (kopir aparata), laserskih štampača (ovdje je razlog njegovog nastanka visokonaponsko pražnjenje). Ozon je neizbježan pratilac proizvodnje perhidrolnog i argonskog elektrolučnog zavarivanja. Za smanjenje štetnog djelovanja ozona potrebno je imati ventilacionu opremu u blizini ultraljubičastih lampi i dobru ventilaciju prostorije.

Pa ipak, teško je ispravno smatrati ozon nesumnjivo štetnim po zdravlje. Sve zavisi od njegove koncentracije. Istraživanja su pokazala da svježi zrak vrlo slabo svijetli u mraku; Razlog za sjaj su oksidacijske reakcije koje uključuju ozon. Sjaj je uočen i pri mućkanju vode u tikvici u koju je prethodno bio uveden ozonizovani kiseonik. Ovaj sjaj je uvijek povezan s prisustvom malih količina organskih nečistoća u zraku ili vodi. Kada se svježi zrak pomiješa sa izdahnutim dahom osobe, intenzitet sjaja se desetostruko povećava! I to nije iznenađujuće: u izdahnutom zraku pronađene su mikronečistoće etilena, benzena, acetaldehida, formaldehida, acetona i mravlje kiseline. Oni su „naglašeni“ ozonom. Istovremeno, „ustajalo“, tj. potpuno lišen ozona, iako vrlo čist, zrak ne proizvodi sjaj, a osoba ga doživljava kao “zamućen”. Takav vazduh se može uporediti sa destilovanom vodom: veoma je čist, praktično bez nečistoća, a piti ga je štetno. Dakle, potpuno odsustvo ozona u zraku je, po svemu sudeći, nepovoljno i za čovjeka, jer povećava sadržaj mikroorganizama u njemu i dovodi do nakupljanja štetnih tvari i neugodnih mirisa, koje ozon uništava. Tako postaje jasna potreba za redovnim i dugotrajnim provjetravanjem prostorija, čak i ako u njoj nema ljudi: uostalom, ozon koji uđe u prostoriju ne ostaje dugo u njoj - djelomično se raspada, a dobrim dijelom taloži (adsorbira) na zidovima i drugim površinama. Teško je reći koliko ozona treba da bude u prostoriji. Međutim, u minimalnim koncentracijama, ozon je vjerovatno neophodan i koristan.

Dakle, ozon je tempirana bomba. Ako se pravilno koristi, služit će čovječanstvu, ali čim se iskoristi u druge svrhe, odmah će dovesti do globalne katastrofe i Zemlja će se pretvoriti u planetu poput Marsa.

Gas kao što je ozon ima izuzetno vrijedna svojstva za cijelo čovječanstvo. Hemijski element kojim se formira je O. Zapravo, ozon O 3 je jedna od alotropskih modifikacija kiseonika, koja se sastoji od tri formulne jedinice (O÷O÷O). Prvo i poznatije jedinjenje je sam kiseonik, tačnije gas koji formiraju dva njegova atoma (O=O) - O2.

Alotropija je sposobnost jednog hemijskog elementa da formira niz jednostavnih jedinjenja sa različitim svojstvima. Zahvaljujući njoj, čovječanstvo je proučavalo i koristi tvari kao što su dijamant i grafit, monoklinski i ortorombni sumpor, kisik i ozon. Hemijski element koji ima ovu sposobnost nije nužno ograničen na samo dvije modifikacije; neki imaju više.

Istorija otvaranja veze

Sastavna jedinica mnogih organskih i mineralnih supstanci, uključujući kao što je ozon, hemijski element čija je oznaka O - kiseonik, u prevodu sa grčkog "oxys" - kiselo, i "gignomai" - roditi.

Novi je prvi otkrio Holanđanin Martin van Maroon tokom eksperimenata s električnim pražnjenjima 1785. godine, a pažnju mu je privukao specifičan miris. Stoljeće kasnije, Francuz Schönbein je primijetio prisustvo istog nakon grmljavinskog nevremena, zbog čega je plin nazvan "smrdljivim". No, naučnici su se donekle prevarili, vjerujući da njihov njuh osjeti sam ozon. Miris koji su osjetili bio je miris nečega što je oksidirano reakcijom sa O3, budući da je plin vrlo reaktivan.

Elektronska struktura

O2 i O3, hemijski element, imaju isti strukturni fragment. Ozon ima složeniju strukturu. U kisiku je sve jednostavno - dva atoma kisika povezana su dvostrukom vezom koja se sastoji od ϭ- i π-komponente, prema valentnosti elementa. O 3 ima nekoliko rezonantnih struktura.

Višestruka veza povezuje dva kiseonika, a treća ima jednostruku vezu. Dakle, zbog migracije π komponente, u ukupnoj slici tri atoma imaju seskvi spoj. Ova veza je kraća od jednostruke, ali duža od dvostruke. Eksperimenti koje su sproveli naučnici isključuju mogućnost cikličnosti molekula.

Metode sinteze

Da bi se formirao plin kao što je ozon, kemijski element kisik mora biti prisutan u plinovitom okruženju u obliku pojedinačnih atoma. Takvi uslovi nastaju kada se molekuli kiseonika O 2 sudare sa elektronima tokom električnih pražnjenja ili drugih čestica velike energije, kao i kada je zračen ultraljubičastim svetlom.

Lavovski udio ukupne količine ozona u prirodnim atmosferskim uvjetima nastaje fotokemijski. Čovjek radije koristi druge metode u kemijskoj aktivnosti, kao što je, na primjer, elektrolitička sinteza. Sastoji se od postavljanja platinastih elektroda u vodeni elektrolitni medij i primjene struje. Shema reakcije:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Fizička svojstva

Kiseonik (O) je sastavna jedinica supstance kao što je ozon - hemijski element čija su formula, kao i njegova relativna molarna masa, naznačeni u periodnom sistemu. Formiranjem O 3, kisik poprima svojstva koja se radikalno razlikuju od svojstava O 2.

Plavi plin je normalno stanje jedinjenja kao što je ozon. Hemijski element, formula, kvantitativne karakteristike - sve je to utvrđeno tokom identifikacije i proučavanja ove supstance. za njega -111,9 °C, tečno stanje ima tamnoljubičastu boju, uz dalje smanjenje stepena do -197,2 °C počinje topljenje. U čvrstom stanju agregacije, ozon poprima crnu boju sa ljubičastom nijansom. Njegova rastvorljivost je deset puta veća od ovog svojstva kiseonika O 2. Pri najmanjim koncentracijama u zraku osjeća se miris ozona, oštar je, specifičan i podsjeća na miris metala.

Hemijska svojstva

Gas ozon je vrlo aktivan, sa reakcione tačke gledišta. Hemijski element koji ga formira je kiseonik. Karakteristike koje određuju ponašanje ozona u interakciji sa drugim supstancama su visoka oksidaciona sposobnost i nestabilnost samog gasa. Na povišenim temperaturama se razgrađuje neviđenom brzinom; proces također ubrzavaju katalizatori kao što su metalni oksidi, dušikovi oksidi i drugi. Svojstva oksidacionog agensa inherentna su ozonu zbog strukturnih karakteristika molekule i pokretljivosti jednog od atoma kiseonika, koji, kada se odvoji, pretvara gas u kiseonik: O 3 → O 2 + O·

Kiseonik (građevinski element od kojeg se grade molekule supstanci kao što su kiseonik i ozon) je hemijski element. Kao što je zapisano u jednadžbi reakcije - O·. Ozon oksidira sve metale, osim zlata, platine i njihove podgrupe. Reaguje sa gasovima u atmosferi – oksidima sumpora, azota i drugim. Organske tvari ne ostaju inertne, posebno brzo se odvijaju procesi razbijanja višestrukih veza stvaranjem međuspojeva. Izuzetno je važno da produkti reakcije budu bezopasni za okolinu i ljude. To su voda, kisik, viši oksidi raznih elemenata i ugljični oksidi. Binarna jedinjenja kalcijuma, titana i silicijuma sa kiseonikom ne stupaju u interakciju sa ozonom.

Aplikacija

Glavno područje u kojem se koristi "smrdljivi" plin je ozoniranje. Ova metoda sterilizacije je mnogo efikasnija i sigurnija za žive organizme od dezinfekcije hlorom. Ne dolazi do stvaranja toksičnih derivata metana zamijenjenih opasnim halogenom.

Ova metoda ekološke sterilizacije se sve više koristi u prehrambenoj industriji. Ozon se koristi za tretiranje rashladne opreme i prostora za skladištenje hrane, a koristi se i za uklanjanje mirisa.

Za medicinu, dezinfekciona svojstva ozona su takođe neophodna. Oni dezinfikuju rane fiziološkim rastvorima. Venska krv se ozonizira, a niz kroničnih bolesti se liječe „smrdljivim“ plinom.

Pronalaženje u prirodi i značenja

Jednostavna supstanca ozon je element gasnog sastava stratosfere, regiona blizu Zemlje koji se nalazi na udaljenosti od oko 20-30 km od površine planete. Oslobađanje ovog jedinjenja se dešava tokom procesa povezanih sa električnim pražnjenjem, tokom zavarivanja i rada mašina za kopiranje. Ali u stratosferi se formira i sadrži 99% ukupne količine ozona koji se nalazi u Zemljinoj atmosferi.

Pokazalo se da je prisustvo gasa u svemiru blizu Zemlje od vitalnog značaja. Formira takozvani ozonski omotač, koji štiti sva živa bića od smrtonosnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Čudno, ali uz ogromne prednosti, sam plin je opasan za ljude. Povećanje koncentracije ozona u zraku koji osoba udiše štetno je za tijelo zbog svoje ekstremne hemijske aktivnosti.

MOSKVA, 16. septembar – RIA Novosti. Međunarodni dan očuvanja ozonskog omotača, tankog "štita" koji štiti sav život na Zemlji od štetnog ultraljubičastog zračenja Sunca, obilježava se u ponedjeljak, 16. septembra - na današnji dan potpisan je čuveni Montrealski protokol 1987. godine.

U normalnim uslovima, ozon ili O3 je blijedoplavi plin koji se hladeći pretvara u tamnoplavu tečnost, a zatim u plavo-crne kristale. Ukupno, ozon u atmosferi planete čini oko 0,6 dijelova na milion po zapremini: to znači, na primjer, da postoji samo 0,6 kubnih centimetara ozona u svakom kubnom metru atmosfere. Poređenja radi, ugljični dioksid u atmosferi je već oko 400 dijelova na milion - odnosno više od dvije čaše za isti kubni metar zraka.

Zapravo, tako mala koncentracija ozona može se nazvati blagoslovom za Zemlju: ovaj plin, koji formira ozonski omotač koji spašava živote na visini od 15-30 kilometara, mnogo je manje „plemenit“ u neposrednoj blizini ljudi. . Prema ruskoj klasifikaciji, ozon spada u supstancije najviše, prve klase opasnosti - vrlo je jak oksidant koji je izuzetno otrovan za ljude.

Međunarodni dan zaštite ozonskog omotačaGeneralna skupština UN-a je 1994. godine proglasila 16. septembar Međunarodnim danom očuvanja ozonskog omotača. Na današnji dan 1987. godine potpisan je Montrealski protokol o supstancama koje oštećuju ozonski omotač.

RIA Novostima je pomogao da razume različita svojstva kompleksnog ozona Vadim Samoilovič, viši istraživač u Laboratoriji za katalizu i elektrohemiju gasa Hemijskog fakulteta Moskovskog državnog univerziteta Lomonosov.

Ozonski štit

"Ovo je prilično dobro proučen plin, gotovo sve je proučavano - sve se nikada ne događa, ali glavna stvar (poznata) ... Ozon ima mnogo različitih primjena. Ali ne zaboravite da je, općenito govoreći, život nastao zahvaljujući do ozonskog omotača – ovo je vjerovatno glavni trenutak”, kaže Samoilovich.

U stratosferi ozon nastaje iz kisika kao rezultat fotokemijskih reakcija - takve reakcije počinju pod utjecajem sunčevog zračenja. Tamo je koncentracija ozona već veća - oko 8 mililitara po kubnom metru. Plin se uništava kada se "susreće" s određenim spojevima, na primjer, atomskim klorom i bromom - to su tvari koje su dio opasnih hlorofluorougljika, poznatijih kao freoni. Prije Montrealskog protokola, koristili su se, između ostalog, u industriji hlađenja i kao pogonsko gorivo u plinskim patronama.

Protokol za zaštitu ozonskog omotača ispunio je svoj zadatak, kažu naučniciMontrealski protokol je ispunio svoju svrhu - zapažanja pokazuju da se sadržaj supstanci koje oštećuju ozonski omotač u atmosferi smanjuje, a uz pomoć sporazuma naučna zajednica je postigla veliki napredak u razumijevanju procesa u atmosferi povezanih s ozonom. sloja, rekao je ruski predstavnik u Međunarodnoj komisiji za ozon, vodeći naučnik, za RIA Novosti Obuhov institut za fiziku atmosfere Ruske akademije nauka Aleksandar Gruzdev.

2012. godine, kada je Montrealski protokol proslavio svoju 25. godišnjicu, stručnjaci Programa Ujedinjenih nacija za okoliš (UNEP) naveli su zaštitu ozonskog omotača kao jedno od samo četiri ključna ekološka pitanja u kojima je čovječanstvo značajno napredovalo. Istovremeno, UNEP je napomenuo da je sadržaj ozona u stratosferi prestao da opada od 1998. godine, a prema predviđanjima naučnika, do 2050.-2075. mogao bi se vratiti na nivoe zabilježene prije 1980. godine.

Ozonski smog

30 kilometara od površine Zemlje, ozon se dobro "ponaša", ali u troposferi, površinskom sloju, ispada da je opasan zagađivač. Prema UNEP-u, koncentracija troposferskog ozona na sjevernoj hemisferi gotovo se utrostručila u posljednjih 100 godina, što ga čini i trećim najvažnijim "antropogenim" stakleničkim plinom.

Ovdje se ozon također ne ispušta u atmosferu, već nastaje pod utjecajem sunčevog zračenja u zraku, koji je već zagađen „prekursorima“ ozona - dušikovim oksidima, isparljivim ugljovodonicima i nekim drugim spojevima. U gradovima u kojima je ozon jedna od glavnih komponenti smoga, za njegov izgled indirektno su "krive" emisije vozila.

Nisu samo ljudi i klima ti koji pate od prizemnog ozona. UNEP procjenjuje da bi smanjenje koncentracije ozona u troposferi moglo pomoći očuvanju oko 25 miliona tona riže, pšenice, soje i kukuruza koji se godišnje izgube zbog ovog plina, koji je toksičan za biljke.

Eksperti iz Primorja: Ozonske rupe se pojavljuju, ali nije jasno ko je krivUzroci ozonskih rupa i dalje su kontroverzna tema među stručnjacima. Na dan zaštite ozonskog omotača, stručnjaci Primorja su za RIA Novosti rekli kakve teorije postoje o njegovoj šteti i koliko susedna Kina, čija je energija bazirana na uglju, utiče na stanje ovog dela stratosfere.

Upravo zato što prizemni ozon više nije toliko koristan, stručnjaci iz meteoroloških službi i monitoringa životne sredine stalno prate njegovu koncentraciju u vazduhu velikih gradova, uključujući Moskvu.

Ozon je koristan

"Jedno od vrlo zanimljivih svojstava ozona je baktericidno. Po baktericidnoj aktivnosti, on je praktično prvi među svim takvim supstancama, hlor, mangan peroksid, hlor oksid", napominje Vadim Samoilovich.

Ista ekstremna priroda ozona, koja ga čini vrlo jakim oksidantom, objašnjava primjenu ovog plina. Ozon se koristi za sterilizaciju i dezinfekciju prostorija, odeće, alata i, naravno, za prečišćavanje vode – pitke i industrijske, pa čak i otpadne vode.

Osim toga, naglašava stručnjak, ozon se u mnogim zemljama koristi kao zamjena za hlor u instalacijama za izbjeljivanje celuloze.

"Klor (prilikom reakcije) sa organskom materijom proizvodi, odnosno, organoklor, koji je mnogo otrovniji od samog hlora. Uglavnom, ovo (pojava toksičnog otpada - prim. aut.) može se izbeći ili naglim smanjenjem koncentracije hlor, ili jednostavno njegovo eliminisanje. Jedna od opcija — zamena hlora ozonom", objasnio je Samoilović.

Vazduh se takođe može ozonizirati, a to takođe daje zanimljive rezultate - na primjer, prema Samoiloviču, u Ivanovu su stručnjaci sa Sveruskog istraživačkog instituta za sigurnost i zdravlje na radu i njihove kolege sproveli čitav niz studija tokom kojih su „u predenju U trgovinama je određena količina ozona dodana u obične ventilacijske kanale.” Kao rezultat toga, smanjena je prevalencija respiratornih bolesti, a produktivnost rada, naprotiv, porasla. Ozoniranje zraka u skladištima hrane može povećati njegovu sigurnost, a takva iskustva postoje i u drugim zemljama.

Ozon je toksičan

Australijski letovi proizvode najotrovniji ozonIstraživači su otkrili hiljadu kilometara široku "tačku" u Tihom okeanu gdje se troposferski ozon stvara najefikasnije, a također su identificirali letove koji najviše proizvode ozon - od kojih svi imaju odredišta u Australiji ili Novom Zelandu.

Kvaka upotrebe ozona je i dalje ista - njegova toksičnost. U Rusiji je najveća dozvoljena koncentracija (MPC) ozona u atmosferskom zraku 0,16 miligrama po kubnom metru, au zraku radnog prostora - 0,1 miligrama. Stoga, napominje Samoilovich, isto ozoniranje zahtijeva stalno praćenje, što uvelike komplikuje stvar.

"Ova tehnika je još uvijek prilično složena. Sipajte kantu nekog baktericida - mnogo je jednostavnije, izlijte i to je to, ali ovdje treba paziti, mora postojati neka vrsta pripreme", kaže naučnik.

Ozon šteti ljudskom tijelu polako, ali ozbiljno – uz produženo izlaganje ozonom zagađenom zraku povećava se rizik od kardiovaskularnih i respiratornih bolesti. Reagujući sa holesterolom, stvara nerastvorljiva jedinjenja, što dovodi do razvoja ateroskleroze.

„U koncentracijama iznad maksimalno dozvoljenih mogu se javiti glavobolja, iritacija sluzokože, kašalj, vrtoglavica, opći umor, opadanje srčane aktivnosti. Toksični prizemni ozon dovodi do pojave ili pogoršanja respiratornih bolesti, djece, starijih osoba. , a astmatičari su u opasnosti”, navodi se na web stranici Centralne aerološke opservatorije (CAO) Roshidrometa.

Ozon je eksplozivan

Ozon nije samo štetan za udisanje, već treba i sakriti šibice, jer je ovaj gas veoma eksplozivan. Tradicionalno, "prag" za opasne koncentracije gasa ozona je 300-350 mililitara po litru vazduha, iako neki naučnici rade sa višim nivoima, kaže Samoilovich. Ali tečni ozon - ta ista plava tečnost koja potamni dok se hladi - eksplodira spontano.

To je ono što sprječava korištenje tekućeg ozona kao oksidacijskog sredstva u raketnom gorivu – takve su se ideje pojavile ubrzo nakon početka svemirskog doba.

"Naš laboratorij na univerzitetu je nastao upravo na toj ideji. Svako raketno gorivo ima svoju kalorijsku vrijednost u reakciji, odnosno koliko se topline oslobađa pri sagorijevanju, a samim tim i koliko će raketa biti snažna. Dakle, zna se da je najmoćnija opcija mešanje tečnog vodonika sa tečnim ozonom... Ali postoji jedan nedostatak. Tečni ozon eksplodira, i eksplodira spontano, to jest, bez ikakvog očiglednog razloga”, kaže predstavnik Moskovskog državnog univerziteta.

Prema njegovim riječima, i sovjetski i američki laboratoriji utrošili su "ogromnu količinu truda i vremena pokušavajući da ovo nekako učine sigurnim (afera) - pokazalo se da je to nemoguće učiniti." Samoilovich se prisjeća da su jednom kolege iz Sjedinjenih Država uspjele dobiti posebno čist ozon, za koji se "činilo" da nije eksplodirao, "svi su već udarali u bubnjeve", ali je tada eksplodirala cijela tvornica i rad je zaustavljen.

“Imali smo slučajeve da, recimo, boca sa tečnim ozonom sjedi i stoji, u nju se sipa tečni azot, a onda – ili je azot prokuhao ili tako nešto – dođete, a nedostaje pola instalacije, sve je prošlo. razneseno u prašinu. Zašto je eksplodirala - ko zna”, napominje naučnik.