Az ózon egy kémiai kötés. Az ózon kék gáz. A gáz tulajdonságai és alkalmazásai. Ózon a légkörben

Oxigén (O) az 1. periódusban, a VI. csoportban, a fő alcsoportban áll. p-elem. Elektronikus konfiguráció 1s22s22p4 . Az elektronok száma a külső szinten 6. Az oxigén 2 elektront képes befogadni, és ritka esetekben feladni. Az oxigén vegyértéke 2, az oxidációs állapota -2.

Fizikai tulajdonságok: oxigén ( O2 ) – színtelen, szagtalan és íztelen gáz; vízben gyengén oldódik, a levegőnél kissé nehezebb. -183 °C-on és 101,325 Pa-on az oxigén elfolyósodik, kékes színt kapva. Molekula szerkezete: Az oxigénmolekula kétatomos, normál körülmények között erős, és mágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A molekulában lévő kötés kovalens és nem poláris. Az oxigénnek allotróp módosulata van - ózon(O3 ) – erősebb oxidálószer, mint az oxigén.

Kémiai tulajdonságok: Az energiaszint teljesítése előtt az oxigénnek 2 elektronra van szüksége, amit -2 oxidációs állapottal fogad el, de fluorral kombinálva az oxigén ОF2 -2 és O2F2 -1. A kémiai aktivitás miatt az oxigén szinte minden egyszerű anyaggal kölcsönhatásba lép. Fémekkel oxidokat és peroxidokat képez:

Az oxigén nem csak a platinával lép reakcióba. Magas és magas hőmérsékleten számos nemfémmel reagál:

Az oxigén nem lép kölcsönhatásba közvetlenül a halogénekkel. Az oxigén számos összetett anyaggal reagál:

Az oxigént égési reakciók jellemzik:

Sok szerves anyag ég el oxigénben:

Amikor az acetaldehidet oxigénnel oxidáljuk, ecetsavat kapunk:

Nyugta: laboratóriumban: 1) vizes lúgoldat elektrolízise: ebben az esetben a katódon hidrogén, az anódon oxigén szabadul fel; 2) a Berthollet-só bomlása hevítéskor: 2КlО3?2Кl + 3О2?; 3) nagyon tiszta oxigént kapunk: 2КМnO4?К2МnO4 + МnО2 + О2?.

Megtalálás a természetben: az oxigén a földkéreg tömegének 47,2%-át teszi ki. Szabad állapotban a légköri levegőben található - 21%. Számos természetes ásványi anyag része, hatalmas mennyiségben megtalálható a növények és állatok testében. A természetes oxigén 3 izotópból áll: O(16), O(17), O(18).

Alkalmazás: használják a vegyiparban, a kohászati ​​iparban és az orvostudományban.

24. Az ózon és tulajdonságai

Szilárd állapotban az oxigénnek három módosulata van: ?-, ?– és ?– módosulás. ózon ( O3 ) – az oxigén egyik allotróp módosulata . Molekula szerkezete: Az ózon nemlineáris molekulaszerkezettel rendelkezik, az atomok közötti szög 117°. Az ózonmolekulának van némi polaritása (annak ellenére, hogy az ózonmolekulát alkotó azonos típusú atomok vannak), és diamágneses, mivel nincsenek párosítatlan elektronjai.

Fizikai tulajdonságok: az ózon jellegzetes szagú kék gáz; molekulatömeg = 48, olvadáspont (szilárd anyag) = 192,7 °C, forráspont = 111,9 °C. A folyékony és szilárd ózon robbanásveszélyes, mérgező és vízben nagyon jól oldódik: 0 °C-on 100 térfogat vízben legfeljebb 49 térfogatrész ózon oldódik.

Kémiai tulajdonságok: Az ózon erős oxidálószer, minden fémet oxidál, beleértve az aranyat - Au-t és a platinát - Pt-t (és a platinacsoport fémeit). Az ózon egy fényes ezüstlemezre hat, amelyet azonnal fekete ezüst-peroxid – Ag2O2 – borít be; a terpentinnel átitatott papír meggyullad, a fémkénvegyületek kénsavsóvá oxidálódnak; sok festék elszíneződik; elpusztítja a szerves anyagokat - ebben az esetben az ózonmolekula egy oxigénatomot hasít le, és az ózon közönséges oxigénné alakul. És a legtöbb nemfém is az alacsonyabb oxidokat magasabb oxidokká, a fémeik szulfidjait pedig szulfátokká alakítja:

A kálium-jodidot az ózon molekuláris jóddá oxidálja:

A H2O2 hidrogén-peroxiddal azonban az ózon redukálószerként működik:

Kémiailag az ózonmolekulák instabilak - az ózon spontán molekuláris oxigénné bomlik:

Nyugta: az ózont az ózonizálókban állítják elő elektromos szikrák oxigénen vagy levegőn való átengedésével. Ózon képződése oxigénből:

Nedves foszfor és gyantaszerű anyagok oxidációja során ózon képződhet. Ózon meghatározó: a levegőben lévő ózon jelenlétének azonosításához kálium-jodid és keményítőpaszta oldatába mártott papírdarabot kell a levegőbe meríteni - ha a papírdarab kékre vált, az azt jelenti, hogy ózon van a levegőben. Megtalálás a természetben: A légkörben elektromos kisülések során ózon képződik. Alkalmazás: Erős oxidálószerként az ózon elpusztítja a különböző típusú baktériumokat, ezért széles körben használják víztisztításra és levegőfertőtlenítésre, valamint fehérítőszerként használják.

Az ÓZON O3 (a görög ózonszagú szóból) az oxigén allotróp módosulata, amely mindhárom aggregációs állapotában létezhet. Az ózon instabil vegyület, szobahőmérsékleten is lassan bomlik le molekuláris oxigénné, de az ózon nem gyök.

Fizikai tulajdonságok

Molekulatömeg = 47,9982 g/mol. Az ózongáz sűrűsége 2,144 10-3 g/cm3 1 atm nyomáson és 29°C-on.

Az ózon különleges anyag. Rendkívül instabil, és a koncentráció növekedésével könnyen aránytalanok az általános séma szerint: 2O3 -> 3O2. Gáznemű formában az ózon kékes árnyalatú, akkor észrevehető, ha a levegő 15-20% ózont tartalmaz.

Az ózon normál körülmények között szúrós szagú gáz. Nagyon alacsony koncentrációknál az ózon szagát kellemesen frissnek érzékeljük, de a koncentráció növekedésével kellemetlenné válik. A fagyasztott ruha szaga az ózon szaga. Könnyű megszokni.

Fő mennyisége a 15-30 km-es magasságban található úgynevezett „ózonövben” összpontosul. A Föld felszínén az ózon koncentrációja sokkal alacsonyabb, és teljesen biztonságos az élőlények számára; még az a vélemény is létezik, hogy teljes hiánya szintén negatívan befolyásolja az ember teljesítményét.

Kb. 10 MAC koncentrációnál az ózon nagyon jól érezhető, de néhány perc múlva az érzés szinte teljesen eltűnik. Ezt szem előtt kell tartani, amikor dolgozik vele.

Az ózon azonban a földi élet megőrzését is biztosítja, mert Az ózonréteg visszatartja a Nap 300 nm-nél kisebb hullámhosszú ultraibolya sugárzásának legpusztítóbb részét az élő szervezetek és növények számára, és a CO2-val együtt elnyeli a Föld infravörös sugárzását, megakadályozva annak lehűlését.

Az ózon jobban oldódik vízben, mint az oxigén. A vízben az ózon sokkal gyorsabban bomlik le, mint a gázfázisban, és a szennyeződések, különösen a fémionok jelenléte rendkívül nagy hatással van a bomlás sebességére.

1. ábra. Az ózon lebomlása különböző típusú vizekben 20°C hőmérsékleten (1 - bidesztillátum; 2 - desztillátum; 3 - csapvíz; 4 - szűrt tóvíz)

Az ózont a szilikagél és az alumíniumgél jól adszorbeálja. Az ózon parciális nyomásán, például 20 Hgmm. Art., és 0 °C-on a szilikagél körülbelül 0,19 tömeg% ózont nyel el. Alacsony hőmérsékleten az adszorpció észrevehetően gyengül. Adszorbeált állapotban az ózon nagyon stabil. Az ózon ionizációs potenciálja 12,8 eV.

Az ózon kémiai tulajdonságai

Két fő tulajdonságuk különbözteti meg őket - instabilitás és oxidáló képesség. Kis koncentrációban levegővel keveredve viszonylag lassan bomlik le, de a hőmérséklet emelkedésével felgyorsul, 100 °C felett pedig nagyon gyors lesz.

Az NO2, Cl jelenléte a levegőben, valamint a fémoxidok - ezüst, réz, vas, mangán - katalitikus hatása felgyorsítja az ózon bomlását. Az ózon olyan erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik, mert az egyik oxigénatom nagyon könnyen leválik a molekulájáról. Könnyen átalakul oxigénné.

Az ózon normál hőmérsékleten oxidálja a legtöbb fémet. Az ózon savas vizes oldatai meglehetősen stabilak, lúgos oldatokban az ózon gyorsan elpusztul. Változó vegyértékű fémek (Mn, Co, Fe stb.), számos oxid, peroxid és hidroxid hatékonyan roncsolja az ózont. A legtöbb fémfelületet oxidfilmmel vonják be a fém legmagasabb vegyértékű állapotában (például PbO2, AgO vagy Ag2O3, HgO).

Az ózon minden fémet oxidál, kivéve az arany és a platina csoportba tartozó fémeket, reakcióba lép a legtöbb elemmel, lebontja a hidrogén-halogenideket (kivéve a HF-et), az alacsonyabb oxidokat magasabb oxidokká alakítja stb.

Nem oxidálja az aranyat, platinát, irídiumot, 75%Fe + 25%Cr ötvözetet. A fekete ólom-szulfidot PbS fehér szulfáttá PbSO4, az arzén-anhidridet As2O3 arzén-anhidriddé As2O5 stb.

Az ózon és a változó vegyértékű fémionok (Mn, Cr és Co) reakciója az elmúlt években gyakorlati alkalmazást talált színezékek, PP-vitamin (izonikotinsav) stb. közbenső termékeinek szintézisében. Mangán- és krómsók savas keverékei oxidálható vegyületet (például metil-piridinek) tartalmazó oldatokat ózon oxidálja. Ebben az esetben a Cr3+ ionok Cr6+-vá alakulnak, és csak a metilcsoportoknál oxidálják a metilpiridineket. Fémsók hiányában túlnyomórészt az aromás mag tönkremegy.

Az ózon számos, a légkörben jelen lévő gázzal is reakcióba lép. A H2S hidrogén-szulfid ózonnal kombinálva szabad ként szabadít fel, a kén-dioxid SO2 SO3 kén-dioxiddá alakul; dinitrogén-oxid N2O - NO-oxiddá, a nitrogén-oxid NO gyorsan NO2-vé oxidálódik, viszont az NO2 az ózonnal is reagál, és végül N2O5 keletkezik; ammónia NH3 - nitrogén-ammónia sóvá NH4NO3.

Az ózon és a szervetlen anyagok egyik legfontosabb reakciója a kálium-jodid lebomlása. Ezt a reakciót széles körben használják az ózon mennyiségi meghatározására.

Az ózon egyes esetekben szilárd anyagokkal reagál, ózonidokat képezve. Alkálifémek és alkáliföldfémek ózonidjait izolálták: stronciumot, báriumot, és ezek stabilizációs hőmérséklete emelkedik a jelzett sorozatban; A Ca(O3)2 238 K-en, a Ba(O3)2 273 K-n stabil. Az ózonidok szuperoxiddá bomlanak, például NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Különféle ózonidok is keletkeznek az ózon és szerves vegyületek reakciója során.

Az ózon számos szerves anyagot, telített, telítetlen és ciklikus szénhidrogéneket oxidál. Számos munka jelent meg az ózon és különböző aromás szénhidrogének reakciótermékeinek összetételéről: benzol, xilol, naftalin, fenantrén, antracén, benzantracén, difenil-amin, kinolin, akrilsav stb. Elszínteleníti az indigót és sok más szerves színezéket. amelyhez még szövetek fehérítésére is használják.

A kettős C=C kötéssel rendelkező ózon reakciósebessége 100 000-szer gyorsabb, mint az egyszeres C-C kötéssel rendelkező ózon reakciósebessége. Ezért elsősorban a gumit és a gumit érinti az ózon. Az ózon kettős kötéssel reagál, és közbenső komplexet képez:

Ez a reakció 0 °C alatti hőmérsékleten is meglehetősen gyorsan megy végbe. Telített vegyületek esetén az ózon beindítja a szokásos oxidációs reakciót:

Érdekes az ózon kölcsönhatása néhány szerves színezékkel, amelyek erősen fluoreszkálnak ózon jelenlétében a levegőben. Ilyen például az eikrozin, a riboflavin és a luminol (triaminoftálhidrazid), és különösen a rodamin-B és ehhez hasonlóan a rodamin-C.

Az ózon magas oxidációs tulajdonságai, a szerves anyagokat és a fémeket (különösen a vasat) oldhatatlan formává bontja, képes a vízben oldódó gáznemű vegyületeket lebontani, a vizes oldatokat oxigénnel telíteni, az ózon vízben való alacsony ellenállását és az önpusztítást emberre veszélyes tulajdonságairól – mindez együtt teszi az ózont a legvonzóbb anyaggá a háztartási víz előállításához és a különféle szennyvizek kezeléséhez.

Ózon szintézis

Az ózon oxigént tartalmazó gázkörnyezetben képződik, ha olyan körülmények állnak fenn, amelyek között az oxigén atomokká disszociál. Ez az elektromos kisülés minden formája esetén lehetséges: izzás, ív, szikra, korona, felület, gát, elektróda nélküli stb. A disszociáció fő oka a molekuláris oxigén és az elektromos térben felgyorsított elektronok ütközése.

Az oxigén disszociációt a kisülésen kívül a 240 nm-nél kisebb hullámhosszú UV-sugárzás és a különféle nagyenergiájú részecskék okozzák: alfa-, béta-, gamma-részecskék, röntgensugarak stb. Az ózon a víz elektrolízisével is keletkezik.

Az ózonképződés szinte minden forrásában van egy olyan reakciócsoport, amelynek eredményeként az ózon lebomlik. Zavarják az ózonképződést, de valóban léteznek, és figyelembe kell venni őket. Ez magában foglalja a reaktor térfogatában és falain történő hőbomlást, a gyökökkel és gerjesztett részecskékkel való reakcióit, az adalékanyagokkal és szennyeződésekkel való reakciókat, amelyek érintkezésbe kerülhetnek oxigénnel és ózonnal.

A teljes mechanizmus jelentős számú reakcióból áll. A valódi létesítmények, függetlenül attól, hogy milyen elven működnek, magas energiaköltségeket mutatnak az ózon előállításához. Az ózongenerátor hatásfoka a teljesítmény típusától függ - teljes vagy aktív - a keletkező ózon tömegegységének kiszámítása.

Gát kisülés

Gátkisülés alatt olyan kisülést értünk, amely két dielektrikum vagy egy dielektrikum és egy fém között lép fel. Tekintettel arra, hogy az elektromos áramkört a dielektrikum megszakítja, az áramellátást csak váltakozó áram biztosítja. Az első ózonizátort, amely közel áll a modernekhez, 1897-ben javasolta a Siemens.

Alacsony teljesítmény mellett az ózonizátort nem kell hűteni, mivel a keletkező hőt az oxigén és az ózon áramlása elvezeti. Az ipari termelésben az ózont ívozonizátorokban (plazmatronokban), izzó ózongenerátorokban (lézerekben) és felületi kisülésben is szintetizálják.

Fotokémiai módszer

A természetben a Földön keletkező ózon nagy része fotokémiai úton jön létre. A gyakorlati emberi tevékenységben a fotokémiai szintézis módszerek kisebb szerepet játszanak, mint a gátkisüléses szintézis. Felhasználásuk fő területe a közepes és alacsony koncentrációjú ózon előállítása. Ilyen ózonkoncentrációra van szükség például a gumitermékek légköri ózon hatására bekövetkező repedéssel szembeni ellenállásának vizsgálatakor. A gyakorlatban ezzel a módszerrel higany- és excimer xenonlámpákat használnak az ózon előállítására.

Elektrolitikus szintézis módszer

Az elektrolitikus folyamatokban történő ózonképződés első említése 1907-ből származik. A képződésének mechanizmusa azonban a mai napig tisztázatlan.

Elektrolitként általában perklór- vagy kénsav vizes oldatát használják, az elektródák platinából készülnek. Az O18 jelzésű savak használata azt mutatta, hogy az ózonképződés során nem adják fel oxigénjüket. Ezért a bruttó diagramnak csak a víz bomlását kell figyelembe venni:

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

ionok vagy gyökök esetleges közbenső képződésével.

Ózon képződése ionizáló sugárzás hatására

Az ózon olyan folyamatok során képződik, amelyek során egy oxigénmolekulát fény vagy elektromos tér hatására gerjesztenek. Ha oxigént ionizáló sugárzással sugároznak be, akkor gerjesztett molekulák is keletkezhetnek, és ózonképződés figyelhető meg. Az ionizáló sugárzás hatására kialakuló ózonképződést még nem használták fel ózonszintézisre.

Ózonképződés mikrohullámú mezőben

Amikor oxigénáramot vezettek át egy mikrohullámú mezőn, ózonképződést figyeltek meg. Ezt a folyamatot kevéssé tanulmányozták, bár a jelenségre épülő generátorokat gyakran alkalmazzák a laboratóriumi gyakorlatban.

Az ózon használata a mindennapi életben és hatása az emberre

Víz, levegő és egyéb anyagok ózonozása

Az ózonozott víz nem tartalmaz mérgező halogén-metánokat - a víz klóros sterilizálásának tipikus szennyeződéseit. Az ózonosítási folyamatot habfürdőben vagy keverőben hajtják végre, amelyben a lebegő anyagokból tisztított vizet ózonozott levegővel vagy oxigénnel keverik össze. Az eljárás hátránya az O3 gyors elpusztulása a vízben (felezési idő 15-30 perc).

Az ózonozást az élelmiszeriparban is alkalmazzák hűtőszekrények, raktárak sterilizálására, a kellemetlen szagok megszüntetésére; az orvosi gyakorlatban - nyílt sebek fertőtlenítésére és egyes krónikus betegségek (trofikus fekélyek, gombás betegségek) kezelésére, vénás vér ózonozására, élettani megoldásokra.

A modern ózonizátorok, amelyekben az ózont levegőben vagy oxigénben elektromos kisüléssel állítják elő, ózongenerátorokból és áramforrásokból állnak, és szerves részét képezik az ózonizáló berendezéseknek, amelyek az ózonizálókon kívül kiegészítő eszközöket is tartalmaznak.

Jelenleg az ózon az úgynevezett ózontechnológiákban használt gáz: ivóvíz tisztítása és előkészítése, szennyvízkezelés (háztartási és ipari szennyvíz), hulladékgázok stb.

Az ózon használatának technológiájától függően az ózonizáló termelékenysége óránként egy gramm töredékétől több tíz kilogramm ózonig terjedhet. Speciális ózonizátorokat használnak orvosi műszerek és kis berendezések gázsterilizálására. A sterilizálás mesterségesen párásított ózon-oxigén környezetben történik, amely kitölti a sterilizáló kamrát. A sterilizálási ciklus a sterilizálókamra levegőjének párásított ózon-oxigén keverékkel való helyettesítésének szakaszából, a sterilizálási expozíció szakaszából és a kamrában lévő ózon-oxigén keverék mikrobiológiailag tisztított levegővel való helyettesítésének szakaszából áll.

A gyógyászatban az ózonterápiához használt ózonizátorok széles tartományban szabályozzák az ózon-oxigén keverék koncentrációját. Az ózon-oxigén keverék generált koncentrációjának garantált pontosságát az ozonátor automatizálási rendszer szabályozza és automatikusan fenntartja.

Az ózon biológiai hatása

Az ózon biológiai hatása az alkalmazás módjától, dózisától és koncentrációjától függ. Számos hatása eltérő mértékben jelentkezik a különböző koncentráció-tartományokban. Az ózonterápia terápiás hatása az ózon-oxigén keverékek alkalmazásán alapul. Az ózon magas redox potenciálja meghatározza szisztémás (oxigén homeosztázis helyreállítása) és lokális (kifejezetten fertőtlenítő) terápiás hatását.

Az ózont először A. Wolff használta antiszeptikumként 1915-ben fertőzött sebek kezelésére. Az elmúlt években az ózonterápiát az orvostudomány szinte minden területén sikerrel alkalmazták: sürgősségi és gennyes sebészet, általános és fertőző terápia, nőgyógyászat, urológia, gasztroenterológia, bőrgyógyászat, kozmetológia stb. Az ózon felhasználása egyedülálló spektrumának köszönhető. a testre gyakorolt ​​hatások, beleértve a immunmoduláló, gyulladáscsökkentő, baktericid, vírusölő, gombaölő stb.

Nem tagadható azonban, hogy az ózon gyógyászatban való felhasználásának módszereit számos biológiai mutató nyilvánvaló előnyei ellenére még nem alkalmazták széles körben. Irodalmi adatok szerint a magas ózonkoncentráció szinte minden mikroorganizmus-törzsre abszolút baktericid hatású. Ezért az ózont a klinikai gyakorlatban univerzális antiszeptikumként használják a különböző etiológiájú és lokalizációjú fertőző és gyulladásos gócok higiéniájára.

Az irodalom adatokat tartalmaz az antiszeptikus gyógyszerek ózonozás utáni fokozott hatékonyságáról az akut gennyes sebészeti betegségek kezelésében.

Következtetések az ózon háztartási felhasználásával kapcsolatban

Mindenekelőtt feltétel nélkül meg kell erősíteni az ózon alkalmazásának tényét a gyógyítás gyakorlatában az orvostudomány számos területén, mint terápiás és fertőtlenítőszer, de széleskörű használatáról még nem lehet beszélni.

Az ózont az emberek a legkevésbé allergiás mellékhatásokkal érzékelik. És még ha a szakirodalomban is találunk utalásokat az O3 egyéni intoleranciájára, ezek az esetek semmiképpen sem hasonlíthatók össze például klórtartalmú és egyéb halogén eredetű antibakteriális szerekkel.

Az ózon háromatomos oxigén, és a leginkább környezetbarát. Ki ne ismerné „friss” illatát – zivatar utáni forró nyári napokon?! Bármely élő szervezet tapasztalja állandó jelenlétét a földi légkörben.

Az áttekintés az internetről származó anyagok alapján készült.

Az ózon fizikai tulajdonságai nagyon jellegzetesek: könnyen robbanásveszélyes kék színű gáz. Egy liter ózon súlya körülbelül 2 gramm, a levegő pedig 1,3 gramm. Ezért az ózon nehezebb a levegőnél. Az ózon olvadáspontja mínusz 192,7 ºС. Ez az „olvadt” ózon egy sötétkék folyadék. Az ózon „jég” sötétkék színű, lila árnyalatú, és átlátszatlanná válik, ha vastagsága meghaladja az 1 mm-t. Az ózon forráspontja mínusz 112ºС. Gázhalmazállapotban az ózon diamágneses, azaz. nem rendelkezik mágneses tulajdonságokkal, és folyékony állapotban gyengén paramágneses. Az ózon oldhatósága az olvadékvízben 15-ször nagyobb, mint az oxigéné, és körülbelül 1,1 g/l. Egy liter ecetsavban szobahőmérsékleten 2,5 gramm ózon oldódik. Illóolajokban, terpentinben és szén-tetrakloridban is jól oldódik. Az ózonszag 15 µg/m3 levegő feletti koncentrációban érezhető. Minimális koncentrációban „frissesség illataként” érzékelhető, nagyobb koncentrációban éles, irritáló árnyalatot kap.

Az ózon oxigénből a következő képlet szerint képződik: 3O2 + 68 kcal → 2O3. Klasszikus példák az ózonképződésre: villámlás hatására zivatar idején; napfény hatására a felső légkörben. Az ózon képződhet bármilyen, atomi oxigén felszabadulásával járó folyamat során is, például a hidrogén-peroxid bomlása során. Az ipari ózonszintézis során elektromos kisüléseket alkalmaznak alacsony hőmérsékleten. Az ózon előállítására szolgáló technológiák eltérhetnek egymástól. Így az orvosi célokra használt ózon előállításához csak tiszta (szennyeződések nélküli) orvosi oxigént használnak. A keletkező ózon elválasztása az oxigénszennyeződésektől a fizikai tulajdonságok eltérései miatt általában nem nehéz (az ózon könnyebben cseppfolyósodik). Ha bizonyos minőségi és mennyiségi reakcióparaméterek nem szükségesek, akkor az ózon előállítása nem jelent különösebb nehézséget.

Az O3 molekula instabil, és a hő felszabadulásával meglehetősen gyorsan O2-vé alakul. Kis koncentrációban és idegen szennyeződések nélkül az ózon lassan, nagy koncentrációban robbanásszerűen bomlik le. Az alkohol azonnal meggyullad, ha érintkezik vele. Az ózon felmelegedése és érintkezése még jelentéktelen mennyiségű oxidációs szubsztrátummal (szerves anyagok, egyes fémek vagy ezek oxidjai) is jelentősen felgyorsítja annak bomlását. Az ózon hosszú ideig tárolható -78ºC-on stabilizátor (kis mennyiségű HNO3) jelenlétében, valamint üvegből, néhány műanyagból vagy nemesfémből készült edényekben.

Az ózon a legerősebb oxidálószer. A jelenség oka abban rejlik, hogy a bomlási folyamat során atomi oxigén képződik. Az ilyen oxigén sokkal agresszívebb, mint a molekuláris oxigén, mivel az oxigénmolekulában nem annyira észrevehető az elektronok külső szintű hiánya a molekulapálya kollektív felhasználása miatt.

Még a 18. században észrevették, hogy a higany ózon jelenlétében elveszti fényét, és az üveghez tapad, i.e. oxidálódik. És amikor az ózont kálium-jodid vizes oldatán vezetik át, jódgáz kezd felszabadulni. Ugyanezek a „trükkök” nem működtek tiszta oxigénnel. Ezt követően felfedezték az ózon tulajdonságait, amelyeket az emberiség azonnal átvett: az ózon kiváló antiszeptikumnak bizonyult, az ózon gyorsan eltávolította a vízből bármilyen eredetű szerves anyagokat (illatszerek és kozmetikumok, biológiai folyadékok), széles körben elkezdték használni az iparban és a mindennapi életben, és bevált a fogászati ​​fúró alternatívájaként.

A 21. században az ózon felhasználása az emberi élet és tevékenység minden területén egyre növekszik és fejlődik, ezért az egzotikumból a mindennapi munka megszokott eszközévé válnak. ÓZON O3, az oxigén allotróp formája.

Az ózon előállítása és fizikai tulajdonságai.

A tudósok először akkor tudtak meg egy ismeretlen gáz létezéséről, amikor elektrosztatikus gépekkel kezdtek kísérletezni. Ez a 17. században történt. De csak a következő század végén kezdték el tanulmányozni az új gázt. 1785-ben Martin van Marum holland fizikus elektromos szikrákat oxigénen átvezetve ózont nyert. Az ózon név csak 1840-ben jelent meg; Christian Schönbein svájci kémikus találta fel, a görög ózonból származtatva - szagló. Ennek a gáznak a kémiai összetétele nem különbözött az oxigéntől, de sokkal agresszívebb volt. Így azonnal oxidálta a színtelen kálium-jodidot, és barna jódot szabadít fel; Schönbein ezt a reakciót használta az ózon meghatározására a kálium-jodid és keményítő oldatába áztatott papír kékségének mértéke alapján. Még a szobahőmérsékleten inaktív higany és ezüst is oxidálódik ózon jelenlétében.

Kiderült, hogy az ózonmolekulák az oxigénhez hasonlóan csak oxigénatomokból állnak, de nem kettőből, hanem háromból. Az oxigén O2 és az ózon O3 az egyetlen példa arra, hogy egy kémiai elem két gáznemű (normál körülmények között) egyszerű anyag képződik. Az O3 molekulában az atomok szögben helyezkednek el, tehát ezek a molekulák polárisak. Az ózon a szabad oxigénatomoknak az O2-molekulákhoz való „tapadása” eredményeként keletkezik, amelyek oxigénmolekulákból képződnek elektromos kisülések, ultraibolya sugarak, gamma-sugarak, gyors elektronok és más nagy energiájú részecskék hatására. Mindig ózonszag érezhető a működő elektromos gépek közelében, amelyekben a kefék „szikráznak”, és az ultraibolya fényt kibocsátó baktericid higany-kvarc lámpák közelében. Bizonyos kémiai reakciók során oxigénatomok is felszabadulnak. Kis mennyiségben ózon keletkezik a savanyított víz elektrolízise során, a nedves fehérfoszfor lassú oxidációja során a levegőben, a magas oxigéntartalmú vegyületek (KMnO4, K2Cr2O7 stb.) bomlásakor, a fluor vízre gyakorolt ​​hatására. vagy tömény kénsav bárium-peroxidon. Az oxigénatomok mindig jelen vannak a lángban, így ha sűrített levegőáramot vezetünk át az oxigénégő lángján, akkor az ózon jellegzetes szagát érzékeljük a levegőben.

A 3O2 → 2O3 reakció erősen endoterm: 1 mol ózon előállításához 142 kJ-t kell elfogyasztani. A fordított reakció az energia felszabadulásával megy végbe, és nagyon könnyen végrehajtható. Ennek megfelelően az ózon instabil. Szennyeződések hiányában az ózongáz 70°C-on lassan, 100°C felett gyorsan bomlik. Katalizátorok jelenlétében az ózonbomlás sebessége jelentősen megnő. Lehetnek gázok (például nitrogén-oxid, klór) és sok szilárd anyag (még az edény falai is). Ezért a tiszta ózont nehéz beszerezni, a vele való munkavégzés pedig veszélyes a robbanásveszély miatt.

Nem meglepő, hogy az ózon felfedezése után sok évtizedig még alapvető fizikai állandói sem voltak ismertek: hosszú ideig senki sem tudott tiszta ózont előállítani. Ahogy D. I. Mengyelejev a Kémia alapjai című tankönyvében írta: „az ózongáz előállításának minden módszerével oxigéntartalma mindig jelentéktelen, általában csak néhány tized százalék, ritkán 2%, és csak nagyon alacsony hőmérsékleten éri el 20%” J. Gotfeil és P. Chappuis francia tudósok csak 1880-ban nyertek ózont tiszta oxigénből mínusz 23 °C hőmérsékleten. Kiderült, hogy egy vastag rétegben az ózon gyönyörű kék ​​színű. A lehűlt ózonozott oxigén lassan összenyomásakor a gáz sötétkék színűvé vált, majd a nyomás gyors leengedése után a hőmérséklet még tovább csökkent, és sötétlila folyékony ózoncseppek keletkeztek. Ha a gázt nem hűtötték le vagy sűrítették gyorsan, akkor az ózon azonnal, sárga villanással oxigénné alakult.

Később egy kényelmes módszert fejlesztettek ki az ózon szintézisére. Ha egy tömény perklór-, foszfor- vagy kénsavoldatot hűtött platina- vagy ólom(IV)-oxid-anóddal elektrolízisnek vetünk alá, az anódon felszabaduló gáz akár 50% ózont is tartalmazhat. Az ózon fizikai állandóit is finomították. Sokkal könnyebben cseppfolyósodik, mint az oxigén - -112°C-on (oxigén -183°C-on). -192,7°C-on az ózon megszilárdul. A szilárd ózon kék-fekete színű.

Az ózonnal végzett kísérletek veszélyesek. Az ózongáz felrobbanhat, ha koncentrációja a levegőben meghaladja a 9%-ot. A folyékony és szilárd ózon még könnyebben felrobban, különösen oxidáló anyagokkal érintkezve. Az ózon alacsony hőmérsékleten fluorozott szénhidrogénekben (freonokban) készült oldatok formájában tárolható. Az ilyen megoldások kék színűek.

Az ózon kémiai tulajdonságai.

Az ózont rendkívül magas reakcióképesség jellemzi. Az ózon az egyik legerősebb oxidálószer, és ebben a tekintetben csak a fluor és az oxigénfluorid OF2 után a második. Az ózon, mint oxidálószer hatóanyaga az atomi oxigén, amely az ózonmolekula bomlása során keletkezik. Ezért az oxidálószerként működő ózonmolekula általában csak egy oxigénatomot „használ”, a másik kettő pedig szabad oxigén formájában szabadul fel, például 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Sok más vegyület oxidációja is előfordul. Vannak azonban kivételek, amikor az ózonmolekula mindhárom oxigénatomját felhasználja az oxidációhoz, például 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Nagyon fontos különbség az ózon és az oxigén között, hogy az ózon már szobahőmérsékleten is oxidáló tulajdonságokat mutat. Például a PbS és a Pb(OH)2 normál körülmények között nem reagál oxigénnel, míg ózon jelenlétében a szulfid PbSO4-dá, a hidroxid pedig PbO2-dá alakul. Ha tömény ammóniaoldatot öntenek egy ózonos edénybe, fehér füst jelenik meg - ez az ózon oxidáló ammóniája, és ammónium-nitrit NH4NO2 keletkezik. Az ózonra különösen jellemző, hogy AgO és Ag2O3 képződésével képes „feketíteni” az ezüst tárgyakat.

Egy elektron hozzáadásával, és negatív O3-ionná válik, az ózonmolekula stabilabbá válik. Az ilyen anionokat tartalmazó „ózonsav sók” vagy ozonidok régóta ismertek – a lítium kivételével minden alkálifém alkotja őket, és az ozonidok stabilitása nátriumról céziumra nő. Az alkáliföldfémek néhány ózonidja is ismert, például a Ca(O3)2. Ha egy szilárd, száraz lúg felületére ózongázáramot irányítunk, ozonidokat tartalmazó narancsvörös kéreg keletkezik, például 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. Ugyanakkor a szilárd lúg hatékonyan megköti a vizet, ami megvédi az ózonidot az azonnali hidrolízistől. Vízfelesleggel azonban az ózonidok gyorsan lebomlanak: 4KO3+ 2H2O → 4KOH + 5O2. A tárolás során is bomlás következik be: 2KO3 → 2KO2 + O2. Az ózonidok jól oldódnak folyékony ammóniában, ami lehetővé tette tiszta formájuk izolálását és tulajdonságaik tanulmányozását.

Az ózonnal érintkező szerves anyagok általában megsemmisülnek. Így az ózon a klórral ellentétben képes a benzolgyűrű felhasítására. Ha ózonnal dolgozik, nem használhat gumicsöveket és tömlőket - azonnal szivárogni fognak. Az ózon reakciója szerves vegyületekkel nagy mennyiségű energiát szabadít fel. Például az éter, az alkohol, a terpentinnel átitatott vatta, a metán és sok más anyag ozonizált levegővel érintkezve spontán meggyullad, és az ózon etilénnel való keverése erős robbanáshoz vezet.

Az ózon alkalmazása.

Az ózon nem mindig „égeti el” a szerves anyagokat; bizonyos esetekben specifikus reakciókat lehet végrehajtani erősen híg ózonnal. Például az olajsav ózonozása során (nagy mennyiségben megtalálható a növényi olajokban) HOOC(CH2)7COOH azelainsav képződik, amelyből kiváló minőségű kenőolajokat, szintetikus szálakat és műanyagok lágyítóit állítanak elő. Hasonló módon nyerik az adipinsavat, amelyet a nylon szintézisében használnak. Schönbein 1855-ben fedezte fel a kettős C=C kötést tartalmazó telítetlen vegyületek reakcióját az ózonnal, de H. Staudinger német kémikus csak 1925-ben állapította meg ennek a reakciónak a mechanizmusát. Egy ózonmolekula kettős kötéshez kapcsolódva ózonidot képez - ezúttal szerves, és az egyik C=C kötést egy oxigénatom helyettesíti, a másik helyére pedig -O-O- csoport kerül. Bár néhány szerves ózonidot tiszta formában izolálnak (például etilén-ozonidot), ezt a reakciót általában híg oldatban hajtják végre, mivel a szabad ozonidok nagyon instabil robbanóanyagok. A telítetlen vegyületek ózonosítási reakcióját nagy becsben tartják a szerves vegyészek; Ezzel a reakcióval gyakran előfordulnak problémák még az iskolai versenyeken is. Az a helyzet, hogy az ózonid vízzel történő lebomlása során két aldehid vagy keton molekula keletkezik, amelyek könnyen azonosíthatók és tovább erősítik az eredeti telítetlen vegyület szerkezetét. Így a kémikusok a 20. század elején számos fontos szerves vegyület, köztük a természetes vegyület szerkezetét is megállapították, amelyek C=C kötéseket tartalmaznak.

Az ózon fontos alkalmazási területe az ivóvíz fertőtlenítése. Általában a víz klórozott. A vízben lévő egyes szennyeződések azonban klór hatására igen kellemetlen szagú vegyületekké alakulnak. Ezért régóta javasolták a klór ózonnal való helyettesítését. Az ózonozott víz nem szerez idegen szagot vagy ízt; Ha sok szerves vegyületet teljesen oxidál az ózon, csak szén-dioxid és víz képződik. Az ózon a szennyvizet is tisztítja. Még olyan szennyező anyagok ózonoxidációs termékei is, mint a fenolok, cianidok, felületaktív anyagok, szulfitok, klóraminok, ártalmatlan, színtelen és szagtalan vegyületek. Az ózonfelesleg elég gyorsan szétesik és oxigént képez. A víz ózonozása azonban drágább, mint a klórozás; Ezenkívül az ózon nem szállítható, és a felhasználás helyén kell előállítani.

Ózon a légkörben.

Kevés ózon van a Föld légkörében – 4 milliárd tonna, i.e. átlagosan csak 1 mg/m3. Az ózon koncentrációja a Föld felszínétől való távolsággal növekszik, és a sztratoszférában, 20-25 km magasságban éri el a maximumot - ez az „ózonréteg”. Ha az atmoszférából származó összes ózont a Föld felszínén összegyűlnénk normál nyomáson, a keletkező réteg mindössze 2-3 mm vastag lenne. És ilyen kis mennyiségű ózon a levegőben valóban támogatja az életet a Földön. Az ózon „védőernyőt” hoz létre, amely megakadályozza, hogy a nap kemény ultraibolya sugarai, amelyek minden élőlényre pusztítóak, elérjék a Föld felszínét.

Az elmúlt évtizedekben nagy figyelmet fordítottak az úgynevezett „ózonlyukak” megjelenésére - olyan területekre, ahol jelentősen csökkent a sztratoszférikus ózon szintje. Egy ilyen „szivárgó” pajzson keresztül a Nap durvább ultraibolya sugárzása éri el a Föld felszínét. Ezért a tudósok régóta figyelik az ózont a légkörben. 1930-ban S. Chapman angol geofizikus, hogy megmagyarázza az ózon állandó koncentrációját a sztratoszférában, egy négy reakcióból álló sémát javasolt (ezeket a reakciókat Chapman-ciklusnak nevezték, amelyben M bármely atomot vagy molekulát jelent, amely elvezeti a felesleges energiát). :

O + O + M → O2 + M

O + O3 → 2O2

O3 → O2 + O.

Ennek a ciklusnak az első és negyedik reakciója fotokémiai, napsugárzás hatására jön létre. Az oxigénmolekula atomokra bontásához 242 nm-nél kisebb hullámhosszú sugárzásra van szükség, míg az ózon a 240-320 nm körüli fényelnyeléskor szétesik (ez utóbbi reakció pontosan megvéd minket a kemény ultraibolya sugárzástól, mivel az oxigén igen nem abszorbeál ebben a spektrumtartományban) . A fennmaradó két reakció termikus, azaz. menjen a fény hatása nélkül. Nagyon fontos, hogy a harmadik reakció, amely az ózon eltűnéséhez vezet, aktiválási energiával rendelkezzen; ez azt jelenti, hogy egy ilyen reakció sebessége katalizátorok hatására növelhető. Mint kiderült, az ózon lebontásának fő katalizátora a NO nitrogén-monoxid. A légkör felső rétegeiben nitrogénből és oxigénből jön létre a legkeményebb napsugárzás hatására. Az ózonoszférába kerülve két reakcióciklusba lép O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, melynek eredményeként a légkörben lévő tartalma nem változik, és az álló ózonkoncentráció csökken. Vannak más ciklusok is, amelyek az ózontartalom csökkenéséhez vezetnek a sztratoszférában, például a klór részvételével:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Az ózont a vulkánkitörések során nagy mennyiségben a légkörbe jutó por és gázok is tönkreteszik. A közelmúltban felmerült, hogy az ózon hatékonyan pusztítja el a földkéregből felszabaduló hidrogént is. Az ózonképződés és -bomlás összes reakciójának kombinációja azt a tényt eredményezi, hogy egy ózonmolekula átlagos élettartama a sztratoszférában körülbelül három óra.

Úgy gondolják, hogy a természetes mellett vannak mesterséges tényezők is, amelyek befolyásolják az ózonréteget. Jól ismert példa erre a freonok, amelyek klóratomok forrásai. A freonok olyan szénhidrogének, amelyekben a hidrogénatomokat fluor- és klóratomok helyettesítik. A hűtéstechnikában és aeroszolos palackok töltésére használják. Végül a freonok bejutnak a levegőbe, és a légáramlatokkal lassan egyre magasabbra emelkednek, végül elérik az ózonréteget. A napsugárzás hatására lebomló freonok maguk is elkezdik katalitikusan lebontani az ózont. Egyelőre nem tudni pontosan, hogy a freonok milyen mértékben okolhatók az „ózonlyukért”, ennek ellenére már régóta tettek intézkedéseket használatuk korlátozására.

A számítások szerint 60-70 év múlva 25%-kal csökkenhet az ózonkoncentráció a sztratoszférában. És ezzel egyidejűleg megnő az ózon koncentrációja a talajrétegben - a troposzférában -, ami szintén rossz, mivel az ózon és átalakulásának termékei a levegőben mérgezőek. A troposzférában az ózon fő forrása a sztratoszférikus ózon légtömegekkel történő átvitele az alsóbb rétegekbe. Évente megközelítőleg 1,6 milliárd tonna ózon kerül a talajrétegbe. Az ózonmolekulák élettartama a légkör alsó részében sokkal hosszabb - több mint 100 nap, mivel az ózont lebontó ultraibolya napsugárzás intenzitása alacsonyabb a talajrétegben. Általában nagyon kevés ózon található a troposzférában: tiszta, friss levegőn átlagosan csak 0,016 μg/l a koncentrációja. A levegő ózonkoncentrációja nemcsak a tengerszint feletti magasságtól, hanem a terepviszonyoktól is függ. Így mindig több ózon van az óceánok felett, mint a szárazföldön, mivel ott lassabban bomlik le az ózon. A Szocsiban végzett mérések kimutatták, hogy a tenger partjainál a levegő 20%-kal több ózont tartalmaz, mint a parttól 2 km-re lévő erdőben.

A modern emberek lényegesen több ózont lélegeznek be, mint őseik. Ennek fő oka a metán és a nitrogén-oxidok mennyiségének növekedése a levegőben. Így a légkör metántartalma a 19. század közepétől, a földgáz használatának kezdetétől folyamatosan nő. A nitrogén-oxidokkal szennyezett légkörben a metán oxigén és vízgőz részvételével összetett átalakulási láncba lép, amelynek eredménye a CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3 egyenlettel fejezhető ki. Más szénhidrogének is működhetnek metánként, például azok, amelyek az autók kipufogógázaiban találhatók a benzin tökéletlen égése során. Ennek eredményeként az elmúlt évtizedekben megtízszereződött a nagyvárosok levegőjének ózonkoncentrációja.

Mindig is azt hitték, hogy zivatar idején a levegő ózonkoncentrációja meredeken növekszik, mivel a villámlás elősegíti az oxigén ózonná történő átalakulását. Valójában a növekedés elenyésző, és nem zivatar idején, hanem több órával előtte következik be. Zivatar idején és utána több órán keresztül az ózonkoncentráció csökken. Ez azzal magyarázható, hogy zivatar előtt a légtömegek erős vertikális keveredése következik be, így a felső rétegekből további mennyiségű ózon érkezik. Ezenkívül zivatar előtt az elektromos térerősség növekszik, és a koronakisülés kialakulásának feltételei megteremtődnek a különféle tárgyak, például az ágak csúcsain. Ez is hozzájárul az ózonképződéshez. Aztán ahogy kialakul a zivatarfelhő, erős felfelé irányuló légáramlatok keletkeznek alatta, amelyek csökkentik az ózontartalmat közvetlenül a felhő alatt.

Érdekes kérdés a tűlevelű erdők levegőjének ózontartalma. Például G. Remy Szervetlen kémia kurzusában azt olvashatjuk, hogy „a tűlevelű erdők ózonizált levegője” kitaláció. így van? Természetesen egyetlen növény sem termel ózont. De a növények, különösen a tűlevelűek, sok illékony szerves vegyületet bocsátanak ki a levegőbe, beleértve a terpén osztályba tartozó telítetlen szénhidrogéneket (a terpentinben sok van). Tehát egy forró napon a fenyő óránként 16 mikrogramm terpént bocsát ki a tűlevelek minden grammjára számítva. A terpéneket nemcsak a tűlevelűek, hanem egyes lombhullató fák is bocsátják ki, köztük a nyár és az eukaliptusz. Egyes trópusi fák pedig óránként 45 mcg terpéneket képesek felszabadítani 1 g száraz levéltömegre számítva. Ennek eredményeként egy hektár tűlevelű erdő akár 4 kg szerves anyagot is kibocsáthat naponta, és körülbelül 2 kg lombos erdőt. A Föld erdős területe több millió hektár, és ezek mindegyike évente több százezer tonna különféle szénhidrogént, köztük terpéneket bocsát ki. És a szénhidrogének, amint azt a metán példája mutatta, a napsugárzás hatására és más szennyeződések jelenlétében hozzájárulnak az ózon képződéséhez. Amint a kísérletek kimutatták, a terpének megfelelő körülmények között valóban nagyon aktívan részt vesznek a légköri fotokémiai reakciók ciklusában az ózon képződésével. Tehát az ózon egy tűlevelű erdőben egyáltalán nem fikció, hanem kísérleti tény.

Ózon és egészség.

Milyen jó sétálni egy zivatar után! A levegő tiszta és friss, élénkítő folyamai mintha minden erőfeszítés nélkül a tüdőbe áramlanak. „Ózonszagú” – mondják ilyenkor gyakran. “Nagyon jót tesz az egészségnek.” így van?

Egy időben az ózont minden bizonnyal jótékony hatásúnak tartották az egészségre. De ha koncentrációja meghalad egy bizonyos küszöböt, sok kellemetlen következménnyel járhat. Az ózon a belélegzés koncentrációjától és idejétől függően elváltozásokat okoz a tüdőben, a szem és az orr nyálkahártyájának irritációját, fejfájást, szédülést, vérnyomáscsökkenést okoz; Az ózon csökkenti a szervezet ellenálló képességét a bakteriális légúti fertőzésekkel szemben. A levegőben a megengedett legnagyobb koncentráció mindössze 0,1 μg/l, vagyis az ózon sokkal veszélyesebb, mint a klór! Ha több órát töltünk csak 0,4 μg/l ózonkoncentrációjú helyiségben, mellkasi fájdalom, köhögés, álmatlanság jelentkezhet, csökkenhet a látásélesség. Ha huzamosabb ideig 2 μg/l-nél nagyobb koncentrációban lélegez be ózont, a következmények súlyosabbak lehetnek - akár toporgás és a szívműködés csökkenése is. Ha az ózontartalom 8-9 µg/l, akkor néhány órán belül tüdőödéma lép fel, amely végzetes lehet. De az anyag ilyen kis mennyiségét általában nehéz hagyományos kémiai módszerekkel elemezni. Szerencsére az ember már nagyon alacsony koncentrációban is érzi az ózon jelenlétét - körülbelül 1 μg/l, amelynél a keményítő-jódpapír még nem kékül el. Néhány ember számára az ózon illata alacsony koncentrációban a klór szagára, mások számára a kén-dioxidra, másoknak a fokhagyma szagára emlékeztet.

Nem csak maga az ózon mérgező. A levegőben való részvétellel például peroxiacetil-nitrát (PAN) CH3-CO-OONO2 képződik - erős irritáló, többek között könnyképző hatású, légzést nehezítő, nagyobb koncentrációban pedig szívbénulást okozó anyag. A PAN a nyáron szennyezett levegőben kialakuló úgynevezett fotokémiai szmog egyik összetevője (ez a szó az angol füst - füst és köd - köd szóból ered). A szmog ózonkoncentrációja elérheti a 2 µg/l-t, ami 20-szor haladja meg a maximálisan megengedett határértéket. Figyelembe kell venni azt is, hogy az ózon és a nitrogén-oxidok együttes hatása a levegőben több tízszer erősebb, mint az egyes anyagok külön-külön. Nem meglepő, hogy a nagyvárosokban az ilyen szmog következményei katasztrofálisak lehetnek, különösen, ha a város feletti levegőt nem fújják át „huzatok”, és pangó zóna alakul ki. Így Londonban 1952-ben néhány napon belül több mint 4000 ember halt meg a szmog miatt. És a szmog New Yorkban 1963-ban 350 ember halálát okozta. Hasonló történetek voltak Tokióban és más nagyvárosokban. Nem csak az emberek szenvednek a légköri ózontól. Amerikai kutatók kimutatták például, hogy azokon a területeken, ahol magas a levegő ózontartalma, az autógumik és más gumitermékek élettartama jelentősen lecsökken.

Hogyan csökkenthető a talajréteg ózontartalma? A metán légkörbe jutásának csökkentése aligha reális. Marad egy másik lehetőség - a nitrogén-oxidok kibocsátásának csökkentése, amely nélkül az ózonhoz vezető reakcióciklus nem mehet végbe. Ez az út sem könnyű, hiszen nem csak az autók, hanem (főleg) a hőerőművek is bocsátanak ki nitrogén-oxidokat.

Az ózonforrások nem csak az utcákon vannak. Röntgenszobákban, fizikoterápiás helyiségekben (forrása higany-kvarc lámpák), másolóberendezések (másolók), lézernyomtatók működése során keletkezik (itt a kialakulásának oka nagyfeszültségű kisülés). Az ózon elkerülhetetlen kísérője a perhidrol- és argonívhegesztések előállításának. Az ózon káros hatásainak csökkentése érdekében az ultraibolya lámpák közelében szellőztető berendezésre és a helyiség jó szellőzésére van szükség.

Pedig aligha helyes az ózont kétségtelenül egészségkárosítónak tekinteni. Minden a koncentrációjától függ. Tanulmányok kimutatták, hogy a friss levegő nagyon halványan világít a sötétben; A ragyogás oka az ózon részvételével zajló oxidációs reakciók. A fényt akkor is megfigyelték, amikor egy lombikban vizet ráztak, amelybe előzőleg ózonizált oxigént vezettek be. Ez a ragyogás mindig kis mennyiségű szerves szennyeződés jelenlétével jár a levegőben vagy a vízben. Amikor friss levegőt kevertek az ember kilélegzett leheletéhez, a ragyogás intenzitása tízszeresére nőtt! És ez nem meglepő: a kilélegzett levegőben etilén, benzol, acetaldehid, formaldehid, aceton és hangyasav mikroszennyeződéseket találtak. Az ózon „kiemeli” őket. Ugyanakkor „elfáradt”, i.e. teljesen ózonmentes, bár nagyon tiszta, a levegő nem bocsát ki fényt, és az ember „dohosnak” érzi. Az ilyen levegő a desztillált vízhez hasonlítható: nagyon tiszta, gyakorlatilag szennyeződésmentes, fogyasztása káros. Tehát az ózon teljes hiánya a levegőben nyilvánvalóan az ember számára is kedvezőtlen, mivel növeli a mikroorganizmusok tartalmát, és káros anyagok és kellemetlen szagok felhalmozódásához vezet, amelyeket az ózon elpusztít. Így egyértelművé válik a helyiségek rendszeres és hosszú távú szellőztetésének szükségessége, még akkor is, ha nincsenek benne emberek: végül is a helyiségbe kerülő ózon nem marad meg sokáig - részben szétesik, és nagyrészt leülepedik. (adszorbeálódik) a falakon és más felületeken. Nehéz megmondani, hogy mennyi ózonnak kell lennie a szobában. Minimális koncentrációban azonban az ózon valószínűleg szükséges és előnyös.

Így az ózon időzített bomba. Ha helyesen használják, akkor az emberiséget szolgálja, de amint más célokra használják, azonnal globális katasztrófához vezet, és a Föld olyan bolygóvá változik, mint a Mars.

Egy olyan gáz, mint az ózon, rendkívül értékes tulajdonságokkal rendelkezik az egész emberiség számára. A kémiai elem, amellyel létrejön, az O. Valójában az ózon O 3 az oxigén egyik allotróp módosulata, amely három képletegységből (O÷O÷O) áll. Az első és ismertebb vegyület maga az oxigén, pontosabban az a gáz, amelyet annak két atomja alkot (O=O) - O 2.

Az allotrópia egy kémiai elem azon képessége, hogy számos egyszerű, eltérő tulajdonságú vegyületet képezzen. Neki köszönhetően az emberiség olyan anyagokat tanulmányozott és használ, mint a gyémánt és a grafit, a monoklin és ortorombikus kén, az oxigén és az ózon. Egy kémiai elem, amely rendelkezik ezzel a képességgel, nem feltétlenül korlátozódik csak két módosításra, néhánynak több.

Kapcsolat megnyitásának előzményei

Számos szerves és ásványi anyag alkotóegysége, beleértve az ózont, egy kémiai elemet, amelynek elnevezése O - oxigén, a görög „oxis” - savanyú és a „gignomai” - szüléshez fordítva.

Az újat először az elektromos kisülésekkel végzett kísérletek során fedezte fel 1785-ben a holland Martin van Maroon; figyelmét egy sajátos szag keltette fel. Egy évszázaddal később a francia Schönbein egy zivatar után észlelte ugyanezt, aminek következtében a gázt „szagúnak” nevezték. A tudósokat azonban némileg becsapták, mert azt hitték, hogy szaglásuk magát az ózont érzékeli. A szag, amit éreztek, valami O3-mal reagálva oxidált szag volt, mivel a gáz nagyon reakcióképes.

Elektronikus szerkezet

Az O2 és az O3, egy kémiai elem, ugyanazzal a szerkezeti töredékkel rendelkeznek. Az ózon szerkezete bonyolultabb. Az oxigénben minden egyszerű - két oxigénatom kettős kötéssel kapcsolódik össze, amely egy ϭ- és π-komponensből áll, az elem vegyértékének megfelelően. Az O 3-nak számos rezonanciaszerkezete van.

A többszörös kötés két oxigénatomot köt össze, a harmadik pedig egyetlen kötést tartalmaz. Így a π komponens migrációja miatt az összképben három atomnak van szeszkvivegyülete. Ez a kötés rövidebb, mint egy egyszeres kötés, de hosszabb, mint egy kettős kötés. A tudósok által végzett kísérletek kizárják a molekula ciklikusságának lehetőségét.

Szintézis módszerek

Gáz, például ózon képzéséhez az oxigén kémiai elemnek külön atomok formájában kell jelen lennie egy gáznemű környezetben. Ilyen körülmények akkor jönnek létre, amikor az oxigénmolekulák O 2 elektromos kisülések során elektronokkal vagy más nagy energiájú részecskékkel ütköznek, valamint ultraibolya fénnyel besugározva.

A természetes légköri viszonyok között az ózon teljes mennyiségének oroszlánrésze fotokémiai úton képződik. Az ember előszeretettel alkalmaz más módszereket a kémiai tevékenységben, mint például az elektrolitikus szintézis. Ez abból áll, hogy platina elektródákat helyeznek vizes elektrolit közegbe, és áramot alkalmaznak. Reakciós séma:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Fizikai tulajdonságok

Az oxigén (O) egy olyan anyag alkotóegysége, mint az ózon – egy kémiai elem, amelynek képlete, valamint relatív moláris tömege a periódusos rendszerben van feltüntetve. Az O 3 képződésével az oxigén olyan tulajdonságokat szerez, amelyek gyökeresen különböznek az O 2 tulajdonságaitól.

A kék gáz egy vegyület, például az ózon normál állapota. Kémiai elem, képlet, mennyiségi jellemzők - mindezt az anyag azonosítása és tanulmányozása során határozták meg. -111,9 °C-ra a cseppfolyós állapot sötétlila színű, a fok további csökkenésével -197,2 °C-ra kezdődik az olvadás. Az aggregáció szilárd állapotában az ózon fekete színt kap, lila árnyalattal. Oldhatósága tízszer nagyobb, mint az oxigén O 2 tulajdonsága. A levegőben a legkisebb koncentrációban érezhető az ózon illata, éles, specifikus és fémszagra emlékeztet.

Kémiai tulajdonságok

Az ózongáz reakció szempontjából nagyon aktív. Az ezt alkotó kémiai elem az oxigén. Az ózon viselkedését más anyagokkal való kölcsönhatásban meghatározza magának a gáznak a magas oxidációs képessége és instabilitása. Magasabb hőmérsékleten soha nem látott sebességgel bomlik, a folyamatot olyan katalizátorok is felgyorsítják, mint a fém-oxidok, nitrogén-oxidok és mások. Az oxidálószer tulajdonságai az ózonban rejlenek a molekula szerkezeti sajátosságai és az egyik oxigénatom mobilitása miatt, amely leválasztáskor a gázt oxigénné alakítja: O 3 → O 2 + O·

Az oxigén (az építőelem, amelyből olyan anyagok molekulái épülnek fel, mint az oxigén és az ózon) kémiai elem. Ahogy a reakcióegyenletekben le van írva - O·. Az ózon az arany, a platina és alcsoportjai kivételével minden fémet oxidál. Reagál a légkörben lévő gázokkal - kén-, nitrogén- és más oxidokkal. A szerves anyagok nem maradnak közömbösek, különösen gyorsan mennek végbe a többszörös kötések felszakítási folyamatai köztes vegyületek képződése révén. Rendkívül fontos, hogy a reakciótermékek a környezetre és az emberre ártalmatlanok legyenek. Ezek a víz, az oxigén, a különféle elemek magasabb oxidjai és a szén-oxidok. A kalcium, titán és szilícium bináris vegyületei oxigénnel nem lépnek kölcsönhatásba az ózonnal.

Alkalmazás

A fő terület, ahol "szagos" gázt használnak, az ózonozás. Ez a sterilizációs módszer sokkal hatékonyabb és biztonságosabb az élő szervezetek számára, mint a klóros fertőtlenítés. Nem képződnek mérgező metánszármazékok, amelyeket veszélyes halogén helyettesít.

Egyre gyakrabban alkalmazzák ezt a környezeti sterilizációs módszert az élelmiszeriparban. Az ózont a hűtőberendezések és az élelmiszertároló helyiségek kezelésére, a szagok megszüntetésére használják.

Az orvostudomány számára az ózon fertőtlenítő tulajdonságai is nélkülözhetetlenek. Élettani oldatokkal fertőtlenítik a sebeket. A vénás vért ózonizálják, és számos krónikus betegséget kezelnek a „szagos” gázzal.

Megtalálás a természetben és a jelentésben

Az egyszerű anyag, az ózon a sztratoszféra gázösszetételének egyik eleme, egy földközeli űrrégió, amely a bolygó felszínétől körülbelül 20-30 km távolságra található. Ennek a vegyületnek a felszabadulása elektromos kisülésekkel kapcsolatos folyamatok, hegesztés és másológépek működése során következik be. De a Föld légkörében található ózon teljes mennyiségének 99%-a a sztratoszférában képződik és tartalmazza.

A gáz jelenléte a Föld-közeli űrben létfontosságúnak bizonyult. Ez alkotja az úgynevezett ózonréteget, amely megvéd minden élőlényt a Nap halálos ultraibolya sugárzásától. Furcsa módon, de a hatalmas előnyök mellett maga a gáz veszélyes az emberekre. Az ózonkoncentráció növekedése a levegőben, amelyet egy személy belélegzik, káros a szervezetre, annak rendkívüli kémiai aktivitása miatt.

MOSZKVA, szeptember 16. – RIA Novosztyi. Szeptember 16-án, hétfőn ünneplik az ózonréteg megőrzésének nemzetközi napját, amely egy vékony „pajzs” a Földön, amely megvédi a Föld összes életét a Nap káros ultraibolya sugárzásától – ezen a napon írták alá a híres Montreali Jegyzőkönyvet 1987-ben.

Normál körülmények között az ózon vagy az O3 halványkék gáz, amely lehűléskor sötétkék folyadékká, majd kékes-fekete kristályokká alakul. Összességében a bolygó atmoszférájában az ózon körülbelül 0,6 ppm-t tesz ki: ez például azt jelenti, hogy a légkör minden köbméterében mindössze 0,6 köbcentiméter ózon található. Összehasonlításképpen: a légkör szén-dioxid-tartalma már körülbelül 400 ppm - vagyis több mint két pohár ugyanazon légköbméterhez.

Valójában egy ilyen kis ózonkoncentráció a Föld áldásának nevezhető: ez a gáz, amely 15-30 kilométeres magasságban alkotja az életmentő ózonréteget, sokkal kevésbé „nemes” az ember közvetlen közelében. . Az orosz besorolás szerint az ózon a legmagasabb, első veszélyességi osztályba tartozó anyagok közé tartozik - ez egy nagyon erős oxidálószer, amely rendkívül mérgező az emberre.

Az ózonréteg megőrzésének nemzetközi napja1994-ben az ENSZ Közgyűlése szeptember 16-át az ózonréteg megőrzésének nemzetközi napjává nyilvánította. 1987-ben ezen a napon írták alá az ózonréteget lebontó anyagokról szóló Montreali Jegyzőkönyvet.

Vadim Szamoilovics, a Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Karának Katalízis és Gázelektrokémiai Laboratóriumának vezető kutatója segített a RIA Novostinak megérteni a komplex ózon különböző tulajdonságait.

Ózonpajzs

"Ez egy meglehetősen jól tanulmányozott gáz, szinte mindent megvizsgáltak - minden soha nem történik meg, de a legfontosabb dolog (tudható) ... Az ózonnak sokféle alkalmazása van. De ne felejtsd el, hogy általában véve az élet hála keletkezett az ózonrétegre – valószínűleg ez a fő momentum” – mondja Samoilovich.

A sztratoszférában az oxigénből fotokémiai reakciók eredményeként ózon keletkezik – az ilyen reakciók a napsugárzás hatására indulnak be. Ott az ózonkoncentráció már magasabb - körülbelül 8 milliliter köbméterenként. A gáz megsemmisül, amikor „találkozik” bizonyos vegyületekkel, például atomos klórral és brómmal - ezek azok az anyagok, amelyek a veszélyes klór-fluor-szénhidrogének, ismertebb nevén a freonok részét képezik. A Montreali Protokoll előtt többek között a hűtőiparban és gázpatronok hajtóanyagaként használták őket.

A tudósok szerint az ózonréteg védelmét szolgáló protokoll teljesítette feladatátA Montreali Jegyzőkönyv betöltötte a célját – a megfigyelések szerint a légkör ózonréteget lebontó anyagok tartalma csökken, és a megállapodás segítségével a tudományos közösség nagy előrelépést tett az ózonnal kapcsolatos légköri folyamatok megértésében. réteg – mondta a Nemzetközi Ózonbizottság orosz képviselője, vezető tudós a RIA Novosztyi Obuhovnak, az Orosz Tudományos Akadémia Légkörfizikai Intézetének Alekszandr Gruzdev.

2012-ben, amikor a Montreali Jegyzőkönyv fennállásának 25. évfordulóját ünnepelték, az Egyesült Nemzetek Környezetvédelmi Programjának (UNEP) szakértői az ózonréteg védelmét azon négy kulcsfontosságú környezetvédelmi kérdés egyikeként nevezték meg, amelyekben az emberiség jelentős előrelépést tett. Az UNEP ugyanakkor megjegyezte, hogy a sztratoszféra ózontartalmának csökkenése 1998 óta megállt, és a tudósok előrejelzései szerint 2050-2075-re visszatérhet az 1980 előtti szintre.

Ózon szmog

A Föld felszínétől 30 kilométerre az ózon jól "viselkedik", de a troposzférában, a felszíni rétegben kiderül, hogy veszélyes szennyező. Az UNEP szerint a troposzférikus ózon koncentrációja az északi féltekén csaknem megháromszorozódott az elmúlt 100 évben, ami egyben a harmadik legfontosabb „antropogén” üvegházhatású gáznak számít.

Itt az ózon szintén nem szabadul fel a légkörbe, hanem a levegőben lévő napsugárzás hatására képződik, amely már szennyezett ózon „prekurzoraival” - nitrogén-oxidokkal, illékony szénhidrogénekkel és néhány más vegyülettel. Azokban a városokban, ahol az ózon a szmog egyik fő összetevője, közvetve a járművek kibocsátása „okolható” megjelenéséért.

Nem csak az emberek és az éghajlat szenved a talajközeli ózontól. Az UNEP becslései szerint a troposzférikus ózonkoncentráció csökkentése segíthet megőrizni körülbelül 25 millió tonna rizst, búzát, szójababot és kukoricát, amelyek évente elvesznek a növényekre mérgező gáz miatt.

Primorye szakértői: ózonlyukak jelennek meg, de nem világos, hogy ki a hibásAz ózonlyukak okai továbbra is vitatott téma a szakértők körében. Az ózonréteg védelmének napján a primori szakértők elmondták a RIA Novostinak, hogy milyen elméletek léteznek a kártételre vonatkozóan, és hogy a szomszédos Kína, amelynek energiája szénre épül, mennyire befolyásolja a sztratoszféra ezen részének állapotát.

Pontosan azért, mert a talajközeli ózon már nem olyan hasznos, hogy a meteorológiai szolgálatok és a környezeti monitoring szakemberei folyamatosan figyelik a koncentrációját a nagyvárosok, köztük Moszkva levegőjében.

Az ózon előnyös

"Az ózon egyik nagyon érdekes tulajdonsága baktériumölő. Baktériumölő hatását tekintve gyakorlatilag az első az összes ilyen anyag, a klór, a mangán-peroxid, a klór-oxid között" - jegyzi meg Vadim Samoilovich.

Az ózon extrém természete, amely nagyon erős oxidálószerré teszi, magyarázza ennek a gáznak az alkalmazását. Az ózont helyiségek, ruházati cikkek, szerszámok sterilizálására és fertőtlenítésére, és természetesen víztisztításra használják – mind ivó-, mind ipari, sőt szennyvizet is.

Emellett – hangsúlyozza a szakember – az ózont sok országban a klór helyettesítésére használják a cellulóz fehérítő berendezéseiben.

„A klórból (a szerves anyagokkal reagálva) szerves klór képződik, amely sokkal mérgezőbb, mint a klór. Általában ez (a mérgező hulladék megjelenése – a szerk.) elkerülhető vagy a klór koncentrációjának erőteljes csökkentésével. Az egyik lehetőség – a klór ózonnal való helyettesítése” – magyarázta Samoilovich.

A levegőt is lehet ózonozni, és ez is érdekes eredményeket ad – például Szamoilovics szerint Ivanovóban az Összoroszországi Munkavédelmi és Munkavédelmi Kutatóintézet szakemberei és kollégáik egy egész sor olyan vizsgálatot végeztek, amelyek során „a pergetésben az üzletekben bizonyos mennyiségű ózont adtak a szokásos szellőzőcsatornákhoz.” Ennek eredményeként csökkent a légúti megbetegedések előfordulása, és éppen ellenkezőleg, nőtt a munkatermelékenység. Az élelmiszerraktárak levegőjének ózonozása növelheti annak biztonságát, és más országokban is vannak ilyen tapasztalatok.

Az ózon mérgező

Az ausztrál repülések termelik a legmérgezőbb ózontA kutatók felfedeztek egy ezer kilométer széles "foltot" a Csendes-óceánon, ahol a leghatékonyabban termelődik a troposzférikus ózon, és azonosították a legtöbb ózont termelő járatokat is - ezek mindegyike Ausztráliába vagy Új-Zélandra irányul.

Az ózon használatának akadálya továbbra is ugyanaz – a toxicitása. Oroszországban az ózon maximális megengedett koncentrációja (MPC) a légköri levegőben 0,16 milligramm köbméterenként, a munkaterület levegőjében pedig 0,1 milligramm. Ezért, jegyzi meg Samoilovich, ugyanaz az ózonozás állandó ellenőrzést igényel, ami nagymértékben bonyolítja a dolgot.

"Ez a technika még mindig meglehetősen bonyolult. Öntsön ki egy vödör valamilyen baktériumölő szert - sokkal egyszerűbb, öntse ki, és ennyi, de itt figyelni kell, valamiféle előkészületnek kell lennie" - mondja a tudós.

Az ózon lassan, de súlyosan károsítja az emberi szervezetet – az ózonnal szennyezett levegőnek való hosszan tartó expozícióval megnő a szív- és érrendszeri és légúti megbetegedések kockázata. A koleszterinnel reagálva oldhatatlan vegyületeket képez, ami érelmeszesedés kialakulásához vezet.

"A megengedett határérték feletti koncentrációknál fejfájás, nyálkahártya irritáció, köhögés, szédülés, általános fáradtság és a szívműködés csökkenése léphet fel. A mérgező talajközeli ózon légúti betegségek megjelenéséhez vagy súlyosbodásához vezet; gyermekek, idősek , és az asztmás betegek veszélyben vannak” – jegyezte meg a Roshydromet Központi Aerológiai Obszervatórium (CAO) honlapján.

Az ózon robbanásveszélyes

Az ózont nem csak belélegezni káros, de a gyufát is el kell rejteni, mert ez a gáz nagyon robbanásveszélyes. Hagyományosan az ózongáz veszélyes koncentrációjának "küszöbértéke" 300-350 milliliter/liter levegő, bár egyes tudósok magasabb szintekkel dolgoznak, mondja Samoilovich. De a folyékony ózon – ugyanaz a kék folyadék, amely lehűlés közben elsötétül – spontán felrobban.

Ez az, ami megakadályozza a folyékony ózon oxidálószerként való felhasználását a rakétaüzemanyagban – ezek az ötletek nem sokkal az űrkorszak kezdete után jelentek meg.

"Egyetemi laboratóriumunk pontosan erre az ötletre épült. Minden rakéta-üzemanyagnak megvan a saját fűtőértéke a reakcióban, vagyis mennyi hő szabadul fel égésekor, és ebből fakadóan milyen erős lesz a rakéta. Ismeretes tehát. hogy a legerősebb lehetőség a folyékony hidrogén és a folyékony ózon keverése... De van egy hátránya: a folyékony ózon felrobban, és spontán, vagyis minden látható ok nélkül felrobban” – mondja a Moszkvai Állami Egyetem képviselője.

Elmondása szerint mind a szovjet, mind az amerikai laboratóriumok „nagy erőfeszítést és időt fordítottak arra, hogy ezt valahogy biztonságossá tegyék (egy ügy) – kiderült, hogy ezt lehetetlen megtenni”. Samoilovich felidézi, hogy egyszer az Egyesült Államokból érkezett kollégáknak sikerült különösen tiszta ózont előállítaniuk, amely „úgy tűnt”, hogy nem robbant fel, „már mindenki a vízforralókat ütötte”, de aztán az egész üzem felrobbant, és a munkát leállították.

„Volt már olyan esetünk, hogy mondjuk egy folyékony ózonos lombik ül és áll, folyékony nitrogént öntenek bele, aztán – vagy elfőtt a nitrogén, vagy valami – jössz, és a felszerelés fele hiányzik, minden megvan. porrá fújva.Miért robbant fel – ki tudja” – jegyzi meg a tudós.