Ozonul este o legătură chimică. Ozonul este un gaz albastru. Proprietăți și aplicații ale gazului. Ozon în atmosferă

Oxigen (O) se află în perioada 1, grupa VI, în subgrupa principală. p-element. Configuratie electronica 1s22s22p4 . Numărul de electroni la nivelul exterior este de 6. Oxigenul poate accepta 2 electroni și, în cazuri rare, poate renunța. Valenta oxigenului este 2, starea de oxidare este -2.

Proprietăți fizice: oxigen ( O2 ) – gaz incolor, inodor și insipid; usor solubil in apa, putin mai greu decat aerul. La -183 °C și 101,325 Pa, oxigenul se lichefiază, căpătând o culoare albăstruie. Structura moleculei: Molecula de oxigen este diatomică, puternică în condiții normale și are proprietăți magnetice. Legătura din moleculă este covalentă și nepolară. Oxigenul are o modificare alotropică - ozon(O3 ) – un agent oxidant mai puternic decât oxigenul.

Proprietăți chimice:Înainte de a finaliza nivelul de energie, oxigenul are nevoie de 2 electroni, pe care îi acceptă cu o stare de oxidare de -2, dar în combinație cu fluor, oxigenul este ОF2 -2 și O2F2 -1. Datorită activității chimice, oxigenul interacționează cu aproape toate substanțele simple. Formează oxizi și peroxizi cu metalele:

Oxigenul nu reacționează doar cu platina. La temperaturi ridicate și ridicate, reacționează cu multe nemetale:

Oxigenul nu interacționează direct cu halogenii. Oxigenul reacționează cu multe substanțe complexe:

Oxigenul se caracterizează prin reacții de ardere:

Multe substanțe organice ard în oxigen:

Când acetaldehida este oxidată cu oxigen, se obține acid acetic:

Chitanță:în laborator: 1) electroliza unei soluții alcaline apoase: în acest caz, hidrogenul este eliberat la catod, iar oxigenul la anod; 2) descompunerea sării Berthollet la încălzire: 2КlО3? 2Кl + 3О2?; 3) se obţine oxigen foarte pur: 2КМnO4?К2МnO4 + МnО2 + О2?.

Găsirea în natură: oxigenul reprezintă 47,2% din masa scoarței terestre. În stare liberă, este conținut în aerul atmosferic - 21%. Face parte din multe minerale naturale; o cantitate imensă se găsește în corpurile plantelor și animalelor. Oxigenul natural este format din 3 izotopi: O(16), O(17), O(18).

Aplicație: utilizat în industria chimică, metalurgică și în medicină.

24. Ozonul și proprietățile sale

În stare solidă, oxigenul are trei modificări: modificări ?-, ?– și ?–. ozon ( O3 ) – una dintre modificările alotrope ale oxigenului . Structura moleculei: ozonul are o structură moleculară neliniară cu un unghi între atomi de 117°. Molecula de ozon are o oarecare polaritate (în ciuda atomilor de același fel care formează molecula de ozon) și este diamagnetică, deoarece nu are electroni nepereche.

Proprietăți fizice: ozonul este un gaz albastru cu un miros caracteristic; greutate moleculară = 48, punctul de topire (solid) = 192,7 °C, punctul de fierbere = 111,9 °C. Ozonul lichid și solid este exploziv, toxic și foarte solubil în apă: la 0 °C, până la 49 de volume de ozon se dizolvă în 100 de volume de apă.

Proprietăți chimice: Ozonul este un agent oxidant puternic; oxidează toate metalele, inclusiv aurul - Au și platina - Pt (și metalele din grupa platinei). Ozonul acționează pe o placă de argint lucioasă, care este acoperită instantaneu cu peroxid de argint negru – Ag2O2; hârtia înmuiată în terebentină se aprinde, compușii metalici de sulf sunt oxidați în săruri de acid sulfuric; mulți coloranți se decolorează; distruge substanțele organice - în acest caz, molecula de ozon desparte un atom de oxigen, iar ozonul se transformă în oxigen obișnuit. Și, de asemenea, majoritatea nemetalelor, transformă oxizii inferiori în alții mai mari și sulfurile metalelor lor în sulfați:

Iodura de potasiu este oxidată de ozon în iod molecular:

Dar cu peroxid de hidrogen H2O2, ozonul acționează ca un agent reducător:

Din punct de vedere chimic, moleculele de ozon sunt instabile - ozonul se poate descompune spontan în oxigen molecular:

Chitanță: ozonul este produs în ozonizatoare prin trecerea scânteilor electrice prin oxigen sau aer. Formarea ozonului din oxigen:

Ozonul se poate forma în timpul oxidării fosforului umed și a substanțelor rășinoase. Determinant ozon: pentru a identifica prezența ozonului în aer, este necesar să scufundați în aer o bucată de hârtie înmuiată într-o soluție de iodură de potasiu și pastă de amidon - dacă bucata de hârtie devine albastră, înseamnă că există ozon în aer. Găsirea în natură:În atmosferă, ozonul se formează în timpul descărcărilor electrice. Aplicație: Fiind un agent oxidant puternic, ozonul distruge diferite tipuri de bacterii, prin urmare este utilizat pe scară largă pentru purificarea apei și dezinfectarea aerului și este folosit ca agent de albire.

OZON O3 (din grecescul miros de ozon) este o modificare alotropică a oxigenului care poate exista în toate cele trei stări de agregare. Ozonul este un compus instabil și chiar și la temperatura camerei se descompune încet în oxigen molecular, dar ozonul nu este un radical.

Proprietăți fizice

Greutate moleculară = 47,9982 g/mol. Ozonul gazos are o densitate de 2,144 10-3 g/cm3 la o presiune de 1 atm și 29°C.

Ozonul este o substanță specială. Este extrem de instabil si, odata cu cresterea concentratiei, se disproportioneaza usor dupa schema generala: 2O3 -> 3O2.In forma gazoasa, ozonul are o nuanta albastruie, sesizabila cand aerul contine 15-20% ozon.

Ozonul în condiții normale este un gaz cu miros înțepător. La concentrații foarte scăzute, mirosul de ozon este perceput ca fiind plăcut proaspăt, dar devine neplăcut pe măsură ce concentrația crește. Mirosul de rufe congelate este mirosul de ozon. Este ușor să te obișnuiești.

Cantitatea sa principală este concentrată în așa-numita „centură de ozon” la o altitudine de 15-30 km. La suprafața pământului, concentrația de ozon este mult mai mică și este absolut sigură pentru ființele vii; există chiar opinia că absența sa completă afectează negativ și performanța unei persoane.

La concentrații de aproximativ 10 MAC, ozonul se simte foarte bine, dar după câteva minute senzația dispare aproape complet. Acest lucru trebuie reținut atunci când lucrați cu el.

Cu toate acestea, ozonul asigură și conservarea vieții pe Pământ, deoarece Stratul de ozon reține cea mai distructivă parte a radiației ultraviolete a soarelui cu o lungime de undă mai mică de 300 nm pentru organismele vii și plante și, împreună cu CO2, absoarbe radiația infraroșie a Pământului, împiedicând răcirea acesteia.

Ozonul este mai solubil în apă decât oxigenul. În apă, ozonul se descompune mult mai repede decât în ​​faza gazoasă, iar prezența impurităților, în special a ionilor metalici, are o influență extrem de mare asupra vitezei de descompunere.

Fig1. Descompunerea ozonului in diverse tipuri de apa la temperatura de 20°C (1 - bidistilat; 2 - distilat; 3 - apa de la robinet; 4 - apa de lac filtrata)

Ozonul este bine adsorbit de silicagel și gel de aluminiu. La o presiune parțială a ozonului, de exemplu 20 mm Hg. Art., iar la 0°C silicagelul absoarbe aproximativ 0,19% ozon în greutate. La temperaturi scăzute, adsorbția este slăbită vizibil. În stare adsorbită, ozonul este foarte stabil. Potențialul de ionizare al ozonului este de 12,8 eV.

Proprietățile chimice ale ozonului

Se disting prin două caracteristici principale - instabilitate și capacitatea de oxidare. Amestecat cu aer în concentrații mici, se descompune relativ lent, dar odată cu creșterea temperaturii descompunerea sa se accelerează și la temperaturi peste 100 ° C devine foarte rapidă.

Prezența NO2, Cl în aer, precum și efectul catalitic al oxizilor metalici - argint, cupru, fier, mangan - accelerează descompunerea ozonului. Ozonul are proprietăți oxidante atât de puternice, deoarece unul dintre atomii de oxigen se desprinde foarte ușor de molecula sa. Se transformă ușor în oxigen.

Ozonul oxidează majoritatea metalelor la temperaturi obișnuite. Soluțiile apoase acide de ozon sunt destul de stabile; în soluțiile alcaline, ozonul este rapid distrus. Metalele cu valență variabilă (Mn, Co, Fe etc.), mulți oxizi, peroxizi și hidroxizi distrug efectiv ozonul. Majoritatea suprafețelor metalice sunt acoperite cu o peliculă de oxid în cea mai mare stare de valență a metalului (de exemplu, PbO2, AgO sau Ag2O3, HgO).

Ozonul oxidează toate metalele, cu excepția metalelor din grupa aurului și a platinei, reacționează cu majoritatea celorlalte elemente, descompune halogenurile de hidrogen (cu excepția HF), transformă oxizii inferiori în oxizi superiori etc.

Nu oxideaza aurul, platina, iridiul, aliajul 75%Fe + 25%Cr. Acesta transformă sulfura de plumb neagră PbS în sulfat alb PbSO4, anhidrida arsenosă As2O3 în anhidridă de arsen As2O5 etc.

Reacția ozonului cu ionii metalici de valență variabilă (Mn, Cr și Co) și-a găsit în ultimii ani aplicație practică pentru sinteza intermediarilor pentru coloranți, vitamina PP (acidul izonicotinic), etc. Amestecuri de săruri de mangan și crom într-un mediu acid. soluția care conține un compus oxidabil (de exemplu, metilpiridine) sunt oxidate de ozon. În acest caz, ionii Cr3+ se transformă în Cr6+ și oxidează metilpiridinele numai la grupările metil. În absența sărurilor metalice, predominant miezul aromatic este distrus.

Ozonul reacționează și cu multe gaze care sunt prezente în atmosferă. Hidrogenul sulfurat H2S, atunci când este combinat cu ozonul, eliberează sulf liber, dioxidul de sulf SO2 se transformă în dioxid de sulf SO3; protoxid de azot N2O - în oxid de NO, oxid de azot NO este oxidat rapid la NO2, la rândul său, NO2 reacţionează de asemenea cu ozonul, iar în final se formează N2O5; amoniac NH3 - în sare de azot-amoniac NH4NO3.

Una dintre cele mai importante reacții ale ozonului cu substanțele anorganice este descompunerea acestuia a iodurii de potasiu. Această reacție este utilizată pe scară largă pentru determinarea cantitativă a ozonului.

Ozonul reacționează în unele cazuri cu substanțe solide, formând ozonide. Au fost izolate ozonide ale metalelor alcaline și alcalino-pământoase: stronțiu, bariu, iar temperatura de stabilizare a acestora crește în seria indicată; Ca(O3)2 este stabil la 238 K, Ba(O3)2 la 273 K. Ozonidele se descompun pentru a forma superoxid, de exemplu NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. În timpul reacțiilor ozonului cu compușii organici se formează și diverse ozonide.

Ozonul oxidează numeroase substanțe organice, hidrocarburi saturate, nesaturate și ciclice. Au fost publicate numeroase lucrări despre compoziția produșilor de reacție ai ozonului cu diferite hidrocarburi aromatice: benzen, xilen, naftalenă, fenantren, antracen, benzantracen, difenilamină, chinolină, acid acrilic etc. Decolorează indigo și mulți alți coloranți organici, datorită la care se folosește chiar și pentru albirea țesăturilor.

Viteza de reacție a ozonului cu o legătură dublă C=C este de 100.000 de ori mai rapidă decât viteza de reacție a ozonului cu o singură legătură C-C. Prin urmare, cauciucul și cauciucul sunt afectate în primul rând de ozon. Ozonul reacţionează cu o legătură dublă pentru a forma un complex intermediar:

Această reacție are loc destul de repede chiar și la temperaturi sub 0°C. În cazul compușilor saturați, ozonul inițiază reacția obișnuită de oxidare:

Interacțiunea ozonului cu unii coloranți organici, care fluoresc puternic în prezența ozonului în aer, este interesantă. Acestea sunt, de exemplu, eicrozina, riboflavina și luminolul (triaminoftalhidrazidă), și în special rodamina-B și, similar cu aceasta, rodamina-C.

Proprietățile de oxidare ridicate ale ozonului, distrugerea substanțelor organice și a metalelor oxidante (în special fier) ​​într-o formă insolubilă, capacitatea de a descompune compușii gazoși solubili în apă, saturarea soluțiilor apoase cu oxigen, rezistența scăzută a ozonului în apă și autodistrugerea a proprietăților sale periculoase pentru oameni - toate acestea împreună fac din ozon cea mai atractivă substanță pentru prepararea apei menajere și tratarea diferitelor ape uzate.

Sinteza ozonului

Ozonul se formează într-un mediu gazos care conține oxigen dacă apar condiții în care oxigenul se disociază în atomi. Acest lucru este posibil în toate formele de descărcare electrică: strălucire, arc, scânteie, coroană, suprafață, barieră, fără electrod etc. Principala cauză a disocierii este ciocnirea oxigenului molecular cu electronii accelerați într-un câmp electric.

În plus față de descărcare, disocierea oxigenului este cauzată de radiațiile UV cu o lungime de undă mai mică de 240 nm și diferite particule de înaltă energie: particule alfa, beta, gamma, raze X etc. Ozonul este produs și prin electroliza apei.

În aproape toate sursele de formare a ozonului, există un grup de reacții în urma cărora ozonul se descompune. Ele interferează cu formarea ozonului, dar există cu adevărat și trebuie luate în considerare. Aceasta include descompunerea termică în volum și pe pereții reactorului, reacțiile sale cu radicalii și particulele excitate, reacțiile cu aditivi și impurități care pot intra în contact cu oxigenul și ozonul.

Mecanismul complet constă dintr-un număr semnificativ de reacții. Instalațiile reale, indiferent de principiul pe care funcționează, prezintă costuri mari de energie pentru producția de ozon. Eficiența unui generator de ozon depinde de tipul de putere - totală sau activă - la care se calculează unitatea de masă a ozonului generat.

Descărcare barieră

O descărcare de barieră este înțeleasă ca o descărcare care are loc între doi dielectrici sau un dielectric și un metal. Datorită faptului că circuitul electric este întrerupt de dielectric, puterea este furnizată numai prin curent alternativ. Primul ozonizator apropiat celor moderni a fost propus în 1897 de Siemens.

La puteri scăzute, ozonizatorul nu trebuie răcit, deoarece căldura generată este transportată cu fluxul de oxigen și ozon. În producția industrială, ozonul este sintetizat și în ozonizatoare cu arc (plasmatron), în generatoare de ozon strălucitor (lasere) și în descărcarea de suprafață.

Metoda fotochimică

Cea mai mare parte a ozonului produs pe Pământ în natură se formează fotochimic. În activitatea umană practică, metodele de sinteză fotochimică joacă un rol mai mic decât sinteza descărcării de barieră. Domeniul principal de utilizare a acestora este obținerea de concentrații medii și scăzute de ozon. Astfel de concentrații de ozon sunt necesare, de exemplu, la testarea produselor din cauciuc pentru rezistența la fisurare sub influența ozonului atmosferic. În practică, lămpile cu mercur și excimer xenon sunt folosite pentru a produce ozon folosind această metodă.

Metoda de sinteză electrolitică

Prima mențiune despre formarea ozonului în procesele electrolitice datează din 1907. Cu toate acestea, până în prezent mecanismul formării acestuia rămâne neclar.

În mod obișnuit, soluțiile apoase de acid percloric sau sulfuric sunt utilizate ca electrolit; electrozii sunt fabricați din platină. Utilizarea acizilor marcați O18 a demonstrat că aceștia nu renunță la oxigen în timpul formării ozonului. Prin urmare, diagrama brută ar trebui să ia în considerare doar descompunerea apei:

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

cu posibilă formare intermediară de ioni sau radicali.

Formarea ozonului sub influența radiațiilor ionizante

Ozonul se formează printr-o serie de procese care implică excitarea unei molecule de oxigen fie prin lumină, fie printr-un câmp electric. Când oxigenul este iradiat cu radiații ionizante, pot apărea și molecule excitate și se observă formarea ozonului. Formarea ozonului sub influența radiațiilor ionizante nu a fost încă folosită pentru sinteza ozonului.

Formarea ozonului într-un câmp de microunde

Când un curent de oxigen a fost trecut printr-un câmp de microunde, a fost observată formarea de ozon. Acest proces a fost puțin studiat, deși generatoarele bazate pe acest fenomen sunt adesea folosite în practica de laborator.

Utilizarea ozonului în viața de zi cu zi și efectul său asupra oamenilor

Ozonarea apei, a aerului și a altor substanțe

Apa ozonată nu conține halogenmetani toxici - impurități tipice de sterilizare a apei cu clor. Procesul de ozonare se desfășoară în băi cu bule sau mixere, în care apa purificată din materie în suspensie este amestecată cu aer ozonat sau oxigen. Dezavantajul procesului este distrugerea rapidă a O3 în apă (timp de înjumătățire 15-30 minute).

Ozonarea este folosită și în industria alimentară pentru a steriliza frigiderele, depozitele și pentru a elimina mirosurile neplăcute; în practica medicală - pentru dezinfecția rănilor deschise și tratamentul anumitor boli cronice (ulcere trofice, boli fungice), ozonarea sângelui venos, soluții fiziologice.

Ozonizatoarele moderne, în care ozonul este produs folosind o descărcare electrică în aer sau oxigen, constau din generatoare de ozon și surse de energie și fac parte integrantă din instalațiile de ozonizare, care includ, pe lângă ozonizatoare, și dispozitive auxiliare.

În prezent, ozonul este un gaz utilizat în așa-numitele tehnologii cu ozon: epurarea și prepararea apei potabile, tratarea apelor uzate (ape uzate menajere și industriale), gaze reziduale etc.

În funcție de tehnologia de utilizare a ozonului, productivitatea unui ozonizator poate varia de la fracțiuni de gram la zeci de kilograme de ozon pe oră. Ozonizatoarele speciale sunt utilizate pentru sterilizarea cu gaz a instrumentelor medicale și a echipamentelor mici. Sterilizarea se realizează într-un mediu ozon-oxigen umidificat artificial care umple camera de sterilizare. Ciclul de sterilizare constă în etapa de înlocuire a aerului din camera de sterilizare cu un amestec umidificat ozon-oxigen, etapa de expunere de sterilizare și etapa de înlocuire a amestecului ozon-oxigen din cameră cu aer purificat microbiologic.

Ozonizatoarele utilizate în medicină pentru ozonoterapia au o gamă largă de reglare a concentrației amestecului ozon-oxigen. Precizia garantată a concentrației generate de amestecul ozon-oxigen este controlată de sistemul de automatizare a ozonatorului și este menținută automat.

Efectul biologic al ozonului

Efectul biologic al ozonului depinde de metoda de aplicare, doza și concentrația acestuia. Multe dintre efectele sale apar în grade diferite în diferite intervale de concentrație. Efectul terapeutic al terapiei cu ozon se bazează pe utilizarea amestecurilor ozon-oxigen. Potențialul redox ridicat al ozonului determină efectul terapeutic sistemic (restabilirea homeostaziei oxigenului) și local (dezinfectant pronunțat).

Ozonul a fost folosit pentru prima dată ca antiseptic de către A. Wolff în 1915 pentru a trata rănile infectate. În ultimii ani, ozonoterapia a fost folosită cu succes în aproape toate domeniile medicinei: chirurgie de urgență și purulentă, terapie generală și infecțioasă, ginecologie, urologie, gastroenterologie, dermatologie, cosmetologie etc. Utilizarea ozonului se datorează spectrului său unic de efecte asupra organismului, incl. imunomodulator, antiinflamator, bactericid, antiviral, fungicid etc.

Cu toate acestea, nu se poate nega că metodele de utilizare a ozonului în medicină, în ciuda avantajelor evidente în mulți indicatori biologici, nu au fost încă utilizate pe scară largă. Conform datelor din literatură, concentrațiile mari de ozon sunt absolut bactericide pentru aproape toate tulpinile de microorganisme. Prin urmare, ozonul este utilizat în practica clinică ca antiseptic universal pentru igienizarea focarelor infecțioase și inflamatorii de diverse etiologii și localizări.

Literatura de specialitate conține date privind eficacitatea crescută a medicamentelor antiseptice după ozonarea lor în tratamentul bolilor chirurgicale purulente acute.

Concluzii privind utilizarea în gospodărie a ozonului

În primul rând, este necesar să se confirme necondiționat faptul utilizării ozonului în practica vindecării în multe domenii ale medicinei, ca dezinfectant și terapeutic, dar nu este încă posibil să vorbim despre utilizarea sa pe scară largă.

Ozonul este perceput de oameni cu cele mai puține efecte secundare alergice. Și chiar dacă în literatură se găsesc referiri la intoleranța individuală la O3, aceste cazuri nu pot fi în niciun fel comparate, de exemplu, cu medicamentele antibacteriene care conțin clor și alte halogeni.

Ozonul este oxigen triatomic și este cel mai prietenos cu mediul. Cine nu-i cunoaște mirosul „proaspăt” – în zilele fierbinți de vară după o furtună?! Orice organism viu își experimentează prezența constantă în atmosfera pământului.

Revizuirea este compilată pe baza materialelor de pe Internet.

Proprietățile fizice ale ozonului sunt foarte caracteristice: este un gaz ușor exploziv de culoare albastră. Un litru de ozon cântărește aproximativ 2 grame, iar aerul - 1,3 grame. Prin urmare, ozonul este mai greu decât aerul. Punctul de topire al ozonului este minus 192,7ºС. Acest ozon „topit” este un lichid albastru închis. „Gheața” de ozon are o culoare albastru închis cu o tentă violet și devine opac atunci când grosimea sa depășește 1 mm. Punctul de fierbere al ozonului este minus 112ºС. În stare gazoasă, ozonul este diamagnetic, adică. nu are proprietăți magnetice, iar în stare lichidă este slab paramagnetic. Solubilitatea ozonului în apa topită este de 15 ori mai mare decât cea a oxigenului și este de aproximativ 1,1 g/l. 2,5 grame de ozon se dizolvă într-un litru de acid acetic la temperatura camerei. De asemenea, se dizolvă bine în uleiuri esențiale, terebentină și tetraclorură de carbon. Mirosul ozonului este resimțit la concentrații de peste 15 µg/m3 de aer. În concentrații minime este perceput ca un „miros de prospețime”; în concentrații mai mari, capătă o nuanță ascuțită, iritantă.

Ozonul se formează din oxigen după următoarea formulă: 3O2 + 68 kcal → 2O3. Exemple clasice de formare a ozonului: sub influența fulgerelor în timpul unei furtuni; sub influența luminii solare din atmosfera superioară. Ozonul se poate forma și în timpul oricăror procese însoțite de eliberarea de oxigen atomic, de exemplu, în timpul descompunerii peroxidului de hidrogen. Sinteza industrială a ozonului presupune utilizarea descărcărilor electrice la temperaturi scăzute. Tehnologiile de producere a ozonului pot diferi unele de altele. Astfel, pentru a produce ozon folosit în scopuri medicale, se folosește doar oxigenul medical pur (fără impurități). Separarea ozonului rezultat de impuritățile de oxigen nu este de obicei dificilă din cauza diferențelor de proprietăți fizice (ozonul se lichefiază mai ușor). Dacă nu sunt necesari anumiți parametri de reacție calitativi și cantitativi, atunci obținerea ozonului nu prezintă dificultăți deosebite.

Molecula de O3 este instabilă și se transformă destul de repede în O2 odată cu eliberarea de căldură. La concentrații mici și fără impurități străine, ozonul se descompune lent, la concentrații mari se descompune exploziv. Alcoolul se aprinde imediat la contactul cu acesta. Încălzirea și contactul ozonului chiar și cu cantități nesemnificative ale substratului de oxidare (substanțe organice, unele metale sau oxizi ai acestora) accelerează brusc descompunerea acestuia. Ozonul poate fi depozitat pentru o lungă perioadă de timp la − 78ºС în prezența unui stabilizator (o cantitate mică de HNO3), precum și în vase din sticlă, unele materiale plastice sau metale nobile.

Ozonul este cel mai puternic agent oxidant. Motivul acestui fenomen constă în faptul că oxigenul atomic se formează în timpul procesului de dezintegrare. Un astfel de oxigen este mult mai agresiv decât oxigenul molecular, deoarece în molecula de oxigen deficiența electronilor la nivel extern datorită utilizării lor colective a orbitalului molecular nu este atât de vizibilă.

În secolul al XVIII-lea, s-a observat că mercurul în prezența ozonului își pierde strălucirea și se lipește de sticlă, adică. oxidează. Și când ozonul este trecut printr-o soluție apoasă de iodură de potasiu, începe să se elibereze iod gazos. Aceleași „trucuri” nu au funcționat cu oxigenul pur. Ulterior, au fost descoperite proprietățile ozonului, care au fost imediat adoptate de omenire: ozonul s-a dovedit a fi un antiseptic excelent, ozonul a îndepărtat rapid substanțele organice de orice origine (parfumuri și cosmetice, fluide biologice) din apă, a început să fie utilizat pe scară largă în industrie și viața de zi cu zi și sa dovedit a fi o alternativă la burghiul dentar.

În secolul 21, utilizarea ozonului în toate domeniile vieții și activității umane este în creștere și în dezvoltare și, prin urmare, asistăm la transformarea lui din exotic într-un instrument familiar pentru munca de zi cu zi. OZON O3, formă alotropă a oxigenului.

Prepararea și proprietățile fizice ale ozonului.

Oamenii de știință au aflat pentru prima dată despre existența unui gaz necunoscut atunci când au început să experimenteze cu mașini electrostatice. Acest lucru s-a întâmplat în secolul al XVII-lea. Dar au început să studieze noul gaz abia la sfârșitul secolului următor. În 1785, fizicianul olandez Martin van Marum a obținut ozon prin trecerea scânteilor electrice prin oxigen. Denumirea de ozon a apărut abia în 1840; a fost inventat de chimistul elvețian Christian Schönbein, derivând din grecescul ozon - miros. Compoziția chimică a acestui gaz nu diferă de oxigen, dar era mult mai agresivă. Astfel, a oxidat instantaneu iodura de potasiu incoloră, eliberând iod maro; Schönbein a folosit această reacție pentru a determina ozonul după gradul de albastru al hârtiei înmuiate într-o soluție de iodură de potasiu și amidon. Chiar și mercurul și argintul, care sunt inactive la temperatura camerei, sunt oxidate în prezența ozonului.

S-a dovedit că moleculele de ozon, ca și oxigenul, constau numai din atomi de oxigen, dar nu doi, ci trei. Oxigenul O2 și ozonul O3 sunt singurul exemplu de formare a două substanțe simple gazoase (în condiții normale) de către un element chimic. În molecula de O3, atomii sunt situați într-un unghi, astfel încât aceste molecule sunt polare. Ozonul este obținut ca urmare a „lipirii” atomilor de oxigen liberi de moleculele de O2, care se formează din molecule de oxigen sub influența descărcărilor electrice, razelor ultraviolete, razelor gamma, electronii rapizi și alte particule de înaltă energie. Există întotdeauna un miros de ozon lângă mașinile electrice care funcționează, în care periile „scânteie” și lângă lămpi bactericide cu mercur-cuarț care emit lumină ultravioletă. Atomii de oxigen sunt de asemenea eliberați în timpul anumitor reacții chimice. Ozonul se formează în cantități mici în timpul electrolizei apei acidulate, în timpul oxidării lente a fosforului alb umed în aer, în timpul descompunerii compușilor cu conținut ridicat de oxigen (KMnO4, K2Cr2O7 etc.), în timpul acțiunii fluorului asupra apei. sau acid sulfuric concentrat pe peroxid de bariu. Atomii de oxigen sunt întotdeauna prezenți în flacără, așa că dacă direcționați un curent de aer comprimat peste flacăra unui arzător de oxigen, mirosul caracteristic de ozon va fi detectat în aer.

Reacția 3O2 → 2O3 este foarte endotermă: pentru a obține 1 mol de ozon trebuie consumați 142 kJ. Reacția inversă are loc cu eliberarea de energie și se realizează foarte ușor. În consecință, ozonul este instabil. În absența impurităților, ozonul gazos se descompune lent la o temperatură de 70°C și rapid peste 100°C. Viteza de descompunere a ozonului crește semnificativ în prezența catalizatorilor. Pot fi gaze (de exemplu, oxid nitric, clor) și multe solide (chiar și pereții unui vas). Prin urmare, ozonul pur este dificil de obținut, iar lucrul cu acesta este periculos din cauza posibilității de explozie.

Nu este surprinzător că timp de multe decenii după descoperirea ozonului, chiar și constantele sale fizice de bază au fost necunoscute: pentru o lungă perioadă de timp nimeni nu a putut obține ozon pur. După cum scria D.I. Mendeleev în manualul său Fundamentals of Chemistry, „cu toate metodele de preparare a gazului de ozon, conținutul său în oxigen este întotdeauna nesemnificativ, de obicei doar câteva zecimi de procent, rareori 2% și doar la temperaturi foarte scăzute ajunge. 20%.” Abia în 1880, oamenii de știință francezi J. Gotfeil și P. Chappuis au obținut ozon din oxigen pur la o temperatură de minus 23 ° C. S-a dovedit că într-un strat gros ozonul are o culoare albastră frumoasă. Când oxigenul ozonat răcit a fost comprimat lent, gazul a devenit albastru închis și, după eliberarea rapidă a presiunii, temperatura a scăzut și mai mult și s-au format picături de ozon lichid violet închis. Dacă gazul nu a fost răcit sau comprimat rapid, atunci ozonul s-a transformat instantaneu, cu o fulger galbenă, în oxigen.

Mai târziu, a fost dezvoltată o metodă convenabilă pentru sinteza ozonului. Dacă o soluție concentrată de acid percloric, fosforic sau sulfuric este supusă electrolizei cu un anod de platină sau oxid de plumb (IV) răcit, gazul eliberat la anod va conține până la 50% ozon. Au fost de asemenea rafinate constantele fizice ale ozonului. Se lichefiază mult mai ușor decât oxigenul - la o temperatură de -112° C (oxigen - la -183° C). La -192,7°C ozonul se solidifică. Ozonul solid este de culoare albastru-negru.

Experimentele cu ozonul sunt periculoase. Gazul de ozon poate exploda dacă concentrația sa în aer depășește 9%. Ozonul lichid și solid explodează și mai ușor, mai ales când intră în contact cu substanțe oxidante. Ozonul poate fi depozitat la temperaturi scăzute sub formă de soluții în hidrocarburi fluorurate (freoni). Astfel de soluții sunt de culoare albastră.

Proprietățile chimice ale ozonului.

Ozonul se caracterizează printr-o reactivitate extrem de ridicată. Ozonul este unul dintre cei mai puternici agenți oxidanți și este al doilea în acest sens numai după fluor și fluorură de oxigen OF2. Principiul activ al ozonului ca agent oxidant este oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii moleculei de ozon. Prin urmare, acționând ca un agent de oxidare, molecula de ozon, de regulă, „folosește” doar un atom de oxigen, iar ceilalți doi sunt eliberați sub formă de oxigen liber, de exemplu, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Are loc și oxidarea multor alți compuși. Cu toate acestea, există excepții când molecula de ozon folosește toți cei trei atomi de oxigen pe care îi are pentru oxidare, de exemplu, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

O diferență foarte importantă între ozon și oxigen este că ozonul prezintă proprietăți oxidante deja la temperatura camerei. De exemplu, PbS și Pb(OH)2 nu reacționează cu oxigenul în condiții normale, în timp ce în prezența ozonului sulfura este transformată în PbSO4, iar hidroxidul în PbO2. Dacă o soluție concentrată de amoniac este turnată într-un vas cu ozon, va apărea fum alb - acesta este amoniacul de oxidare a ozonului pentru a forma nitritul de amoniu NH4NO2. O caracteristică deosebită a ozonului este capacitatea de a „înnegri” articolele de argint cu formarea de AgO și Ag2O3.

Prin adăugarea unui electron și devenind un ion negativ O3-, molecula de ozon devine mai stabilă. „Sărurile acidului de ozon” sau ozonidele care conțin astfel de anioni sunt cunoscute de mult timp - sunt formate din toate metalele alcaline, cu excepția litiului, iar stabilitatea ozonidelor crește de la sodiu la cesiu. Sunt cunoscute și unele ozonide ale metalelor alcalino-pământoase, de exemplu Ca(O3)2. Dacă un curent de ozon gazos este direcționat pe suprafața unei alcali solide uscate, se formează o crustă roșu portocaliu care conține ozonide, de exemplu, 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. În același timp, alcalii solidi leagă eficient apa, ceea ce protejează ozonida de hidroliza imediată. Cu toate acestea, cu un exces de apă, ozonidele se descompun rapid: 4KO3+ 2H2O → 4KOH + 5O2. Descompunerea are loc și în timpul depozitării: 2KO3 → 2KO2 + O2. Ozonidele sunt foarte solubile în amoniac lichid, ceea ce a făcut posibilă izolarea lor în forma lor pură și studierea proprietăților lor.

Substanțele organice cu care ozonul intră în contact sunt de obicei distruse. Astfel, ozonul, spre deosebire de clor, este capabil să despartă inelul benzenic. Când lucrați cu ozon, nu puteți folosi tuburi și furtunuri de cauciuc - acestea vor deveni instantaneu scurgeri. Reacțiile ozonului cu compușii organici eliberează cantități mari de energie. De exemplu, eterul, alcoolul, vata înmuiată în terebentină, metan și multe alte substanțe se aprind spontan la contactul cu aerul ozonat, iar amestecarea ozonului cu etilena duce la o explozie puternică.

Aplicarea ozonului.

Ozonul nu „ard” întotdeauna materia organică; în unele cazuri este posibil să se efectueze reacții specifice cu ozon foarte diluat. De exemplu, atunci când acidul oleic este ozonat (se găsește în cantități mari în uleiurile vegetale), se formează acidul azelaic HOOC(CH2)7COOH, care este folosit pentru a produce uleiuri lubrifiante de înaltă calitate, fibre sintetice și plastifianți pentru materiale plastice. În mod similar se obține acidul adipic, care este utilizat în sinteza nailonului. În 1855, Schönbein a descoperit reacția compușilor nesaturați care conțin legături duble C=C cu ozonul, dar abia în 1925 chimistul german H. Staudinger a stabilit mecanismul acestei reacții. O moleculă de ozon se atașează de o legătură dublă pentru a forma o ozonidă - de data aceasta organică, iar un atom de oxigen înlocuiește una dintre legăturile C=C, iar o grupă -O-O- ia locul celeilalte. Deși unele ozonide organice sunt izolate în formă pură (de exemplu, ozonidă de etilenă), această reacție se desfășoară de obicei într-o soluție diluată, deoarece ozonidele libere sunt explozibili foarte instabili. Reacția de ozonare a compușilor nesaturați este apreciată de chimiștii organici; Probleme cu această reacție sunt adesea oferite chiar și la competițiile școlare. Faptul este că atunci când ozonida se descompune cu apă, se formează două molecule de aldehidă sau cetonă, care sunt ușor de identificat și stabilesc în continuare structura compusului nesaturat original. Astfel, chimiștii la începutul secolului XX au stabilit structura multor compuși organici importanți, inclusiv cei naturali, care conțin legături C=C.

Un domeniu important de aplicare a ozonului este dezinfectarea apei potabile. De obicei, apa este clorurată. Cu toate acestea, unele impurități din apă sub influența clorului se transformă în compuși cu un miros foarte neplăcut. Prin urmare, s-a propus de multă vreme înlocuirea clorului cu ozon. Apa ozonată nu capătă niciun miros sau gust străin; Când mulți compuși organici sunt complet oxidați de ozon, se formează doar dioxid de carbon și apă. Ozonul purifică și apele uzate. Produșii de oxidare a ozonului chiar și a unor astfel de poluanți precum fenolii, cianurile, agenții tensioactivi, sulfiții, cloraminele sunt compuși inofensivi, incolori și inodori. Excesul de ozon se dezintegrează destul de repede pentru a forma oxigen. Cu toate acestea, ozonarea apei este mai costisitoare decât clorarea; În plus, ozonul nu poate fi transportat și trebuie produs la punctul de utilizare.

Ozon în atmosferă.

Există puțin ozon în atmosfera Pământului - 4 miliarde de tone, adică. în medie doar 1 mg/m3. Concentrația de ozon crește odată cu distanța de la suprafața Pământului și atinge un maxim în stratosferă, la o altitudine de 20-25 km - acesta este „stratul de ozon”. Dacă tot ozonul din atmosferă ar fi colectat la suprafața Pământului la presiune normală, stratul rezultat ar avea doar aproximativ 2-3 mm grosime. Și cantități atât de mici de ozon din aer susțin de fapt viața pe Pământ. Ozonul creează un „ecran de protecție” care împiedică razele ultraviolete dure de la soare, care sunt distructive pentru toate ființele vii, să ajungă la suprafața Pământului.

În ultimele decenii, s-a acordat multă atenție apariției așa-numitelor „găuri de ozon” - zone cu niveluri semnificativ reduse de ozon stratosferic. Printr-un astfel de scut „cu scurgeri”, radiațiile ultraviolete mai aspre de la Soare ajung la suprafața Pământului. De aceea, oamenii de știință monitorizează de mult ozonul din atmosferă. În 1930, geofizicianul englez S. Chapman, pentru a explica concentrația constantă a ozonului în stratosferă, a propus o schemă de patru reacții (aceste reacții au fost numite ciclul Chapman, în care M înseamnă orice atom sau moleculă care duce excesul de energie) :

O + O + M → O2 + M

O + O3 → 2O2

O3 → O2 + O.

Prima și a patra reacție a acestui ciclu sunt fotochimice, ele apar sub influența radiației solare. Pentru a descompune o moleculă de oxigen în atomi, este necesară o radiație cu o lungime de undă mai mică de 242 nm, în timp ce ozonul se dezintegrează atunci când lumina este absorbită în regiunea de 240-320 nm (aceasta din urmă reacție ne protejează tocmai de radiațiile ultraviolete dure, deoarece oxigenul nu nu absorb în această regiune spectrală) . Celelalte două reacții sunt termice, adică. merge fără influența luminii. Este foarte important ca a treia reacție, care duce la dispariția ozonului, să aibă o energie de activare; aceasta înseamnă că viteza unei astfel de reacții poate fi crescută prin acțiunea catalizatorilor. După cum sa dovedit, principalul catalizator pentru descompunerea ozonului este oxidul de azot NO. Se formează în straturile superioare ale atmosferei din azot și oxigen sub influența celei mai aspre radiații solare. Odată ajuns în ozonosferă, intră într-un ciclu de două reacții O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, drept urmare conținutul său în atmosferă nu se modifică, iar concentrația staționară de ozon scade. Există și alte cicluri care duc la o scădere a conținutului de ozon în stratosferă, de exemplu, cu participarea clorului:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Ozonul este distrus și de praful și gazele care intră în atmosferă în cantități mari în timpul erupțiilor vulcanice. Recent, s-a sugerat că ozonul este eficient și în distrugerea hidrogenului eliberat din scoarța terestră. Combinația tuturor reacțiilor de formare și degradare a ozonului duce la faptul că durata medie de viață a unei molecule de ozon în stratosferă este de aproximativ trei ore.

Se crede că, pe lângă naturali, există și factori artificiali care afectează stratul de ozon. Un exemplu binecunoscut este freonii, care sunt surse de atomi de clor. Freonii sunt hidrocarburi în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor și clor. Sunt folosite în tehnologia frigorifice și pentru umplerea cutiilor de aerosoli. În cele din urmă, freonii intră în aer și se ridică încet din ce în ce mai sus cu curenții de aer, ajungând în cele din urmă în stratul de ozon. Descompunându-se sub influența radiației solare, freonii înșiși încep să descompună catalitic ozonul. Nu se știe încă exact în ce măsură freonii sunt vinovați pentru „gaura de ozon” și, cu toate acestea, au fost luate de mult timp măsuri pentru a limita utilizarea lor.

Calculele arată că în 60-70 de ani, concentrația de ozon din stratosferă poate scădea cu 25%. Și, în același timp, concentrația de ozon în stratul solului - troposferă - va crește, ceea ce este și rău, deoarece ozonul și produsele transformărilor sale în aer sunt otrăvitoare. Principala sursă de ozon în troposferă este transferul ozonului stratosferic cu masele de aer către straturile inferioare. În fiecare an, aproximativ 1,6 miliarde de tone de ozon intră în stratul solului. Durata de viață a unei molecule de ozon din partea inferioară a atmosferei este mult mai lungă - mai mult de 100 de zile, deoarece intensitatea radiației solare ultraviolete care distruge ozonul este mai mică în stratul de sol. De obicei, în troposferă există foarte puțin ozon: în aer curat, concentrația sa este în medie de doar 0,016 μg/l. Concentrația de ozon din aer depinde nu numai de altitudine, ci și de teren. Astfel, există întotdeauna mai mult ozon peste oceane decât pe uscat, deoarece ozonul se descompune mai lent acolo. Măsurătorile efectuate la Soci au arătat că aerul din apropierea coastei mării conține cu 20% mai mult ozon decât într-o pădure aflată la 2 km de coastă.

Oamenii moderni inhalează mult mai mult ozon decât strămoșii lor. Motivul principal pentru aceasta este creșterea cantității de metan și oxizi de azot din aer. Astfel, conținutul de metan din atmosferă a crescut constant de la mijlocul secolului al XIX-lea, când a început utilizarea gazelor naturale. Într-o atmosferă poluată cu oxizi de azot, metanul intră într-un lanț complex de transformări cu participarea oxigenului și a vaporilor de apă, rezultatul căruia poate fi exprimat prin ecuația CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Alte hidrocarburi pot acționa și ca metan, de exemplu, cele conținute în gazele de eșapament ale mașinii în timpul arderii incomplete a benzinei. Ca urmare, concentrația de ozon în aerul orașelor mari a crescut de zece ori în ultimele decenii.

S-a crezut întotdeauna că în timpul unei furtuni, concentrația de ozon în aer crește brusc, deoarece fulgerul promovează conversia oxigenului în ozon. De fapt, creșterea este nesemnificativă și nu are loc în timpul unei furtuni, ci cu câteva ore înaintea acesteia. În timpul unei furtuni și timp de câteva ore după aceasta, concentrația de ozon scade. Acest lucru se explică prin faptul că înainte de o furtună are loc o amestecare verticală puternică a maselor de aer, astfel încât o cantitate suplimentară de ozon provine din straturile superioare. În plus, înainte de o furtună, intensitatea câmpului electric crește și sunt create condiții pentru formarea unei descărcări corona la vârfurile diferitelor obiecte, de exemplu, vârfurile ramurilor. Acest lucru contribuie, de asemenea, la formarea ozonului. Și apoi, pe măsură ce se dezvoltă un nor de tunete, sub el se ridică curenți puternici de aer, care reduc conținutul de ozon direct sub nor.

O întrebare interesantă este despre conținutul de ozon din aerul pădurilor de conifere. De exemplu, în Cursul de chimie anorganică de G. Remy, puteți citi că „aerul ozonizat al pădurilor de conifere” este o ficțiune. E chiar asa? Desigur, nicio plantă nu produce ozon. Dar plantele, în special coniferele, emit în aer mulți compuși organici volatili, inclusiv hidrocarburi nesaturate din clasa terpenelor (există mulți dintre ei în terebentină). Deci, într-o zi fierbinte, pinul eliberează 16 micrograme de terpene pe oră pentru fiecare gram de greutate uscată a acelor. Terpenele sunt eliberate nu numai de conifere, ci și de unii copaci de foioase, printre care plopul și eucalipt. Și unii copaci tropicali sunt capabili să elibereze 45 mcg de terpene per 1 g de masă uscată de frunze pe oră. Ca urmare, un hectar de pădure de conifere poate elibera până la 4 kg de materie organică pe zi și aproximativ 2 kg de pădure de foioase. Suprafața împădurită a Pământului este de milioane de hectare, iar toate emit sute de mii de tone de diferite hidrocarburi, inclusiv terpene, pe an. Și hidrocarburile, așa cum sa arătat cu exemplul metanului, sub influența radiației solare și în prezența altor impurități contribuie la formarea ozonului. După cum au arătat experimentele, terpenele, în condiții adecvate, sunt într-adevăr foarte activ implicate în ciclul reacțiilor fotochimice atmosferice cu formarea ozonului. Deci ozonul dintr-o pădure de conifere nu este deloc o ficțiune, ci un fapt experimental.

Ozon și sănătate.

Ce frumos este să faci o plimbare după o furtună! Aerul este curat și proaspăt, fluxurile sale revigorante par să curgă în plămâni fără niciun efort. „Miroase a ozon”, spun adesea ei în astfel de cazuri. „Foarte bine pentru sănătate.” E chiar asa?

La un moment dat, ozonul era considerat cu siguranță benefic pentru sănătate. Dar dacă concentrația sa depășește un anumit prag, poate provoca o mulțime de consecințe neplăcute. În funcție de concentrația și timpul de inhalare, ozonul provoacă modificări ale plămânilor, iritații ale membranelor mucoase ale ochilor și nasului, dureri de cap, amețeli și scăderea tensiunii arteriale; Ozonul reduce rezistența organismului la infecțiile bacteriene ale tractului respirator. Concentrația maximă admisă în aer este de doar 0,1 μg/l, ceea ce înseamnă că ozonul este mult mai periculos decât clorul! Dacă petreci câteva ore într-o cameră cu o concentrație de ozon de doar 0,4 μg/l, pot apărea dureri în piept, tuse, insomnie și acuitatea vizuală poate scădea. Dacă respiri ozon pentru o perioadă lungă de timp la o concentrație mai mare de 2 μg/l, consecințele pot fi mai severe - chiar torpeală și scăderea activității cardiace. Când conținutul de ozon este de 8-9 µg/l, în câteva ore apare edem pulmonar, care poate fi fatal. Dar astfel de cantități mici de substanță sunt de obicei dificil de analizat folosind metode chimice convenționale. Din fericire, o persoană simte prezența ozonului chiar și la concentrații foarte scăzute - aproximativ 1 μg/l, la care hârtia cu iod amidon nu va deveni încă albastră. Pentru unii oameni, mirosul de ozon în concentrații scăzute seamănă cu mirosul de clor, pentru alții - cu dioxidul de sulf, pentru alții - cu usturoi.

Nu doar ozonul în sine este toxic. Odată cu participarea sa în aer, de exemplu, se formează azotat de peroxiacetil (PAN) CH3-CO-OONO2 - o substanță care are un efect iritant puternic, inclusiv lacrimogen, care îngreunează respirația și, în concentrații mai mari, provoacă paralizie cardiacă. PAN este una dintre componentele așa-numitului smog fotochimic format vara în aerul poluat (acest cuvânt este derivat din engleza smoke - smoke și fog - fog). Concentrația de ozon din smog poate ajunge la 2 µg/l, ceea ce este de 20 de ori mai mare decât limita maximă admisă. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că efectul combinat al ozonului și al oxizilor de azot din aer este de zeci de ori mai puternic decât fiecare substanță separată. Nu este surprinzător că consecințele unui astfel de smog în orașele mari pot fi catastrofale, mai ales dacă aerul de deasupra orașului nu este suflat de „curenți” și se formează o zonă stagnantă. Astfel, la Londra, în 1952, peste 4.000 de oameni au murit din cauza smogului în câteva zile. Și smogul din New York în 1963 a ucis 350 de oameni. Au existat povești similare în Tokyo și în alte orașe mari. Nu doar oamenii suferă de ozonul atmosferic. Cercetătorii americani au arătat, de exemplu, că în zonele cu un nivel ridicat de ozon în aer, durata de viață a anvelopelor auto și a altor produse din cauciuc este redusă semnificativ.

Cum se reduce conținutul de ozon din stratul de sol? Nu este deloc realist să reducem eliberarea de metan în atmosferă. Rămâne o altă cale - reducerea emisiilor de oxizi de azot, fără de care ciclul de reacții care duc la ozon nu poate continua. Nici această cale nu este ușoară, deoarece oxizii de azot sunt emiși nu numai de mașini, ci și (în principal) de centralele termice.

Sursele de ozon nu sunt doar pe stradă. Se formează în camere cu raze X, în săli de kinetoterapie (sursa sa sunt lămpile cu mercur-cuarț), în timpul funcționării echipamentelor de copiere (copiatoare), imprimante laser (aici motivul formării sale este o descărcare de înaltă tensiune). Ozonul este un însoțitor inevitabil pentru producția de sudare cu arc cu perhidrol și argon. Pentru a reduce efectele nocive ale ozonului, este necesar să aveți echipamente de ventilație în apropierea lămpilor cu ultraviolete și o bună ventilație a încăperii.

Și totuși, nu este corect să considerăm ozonul ca fiind, fără îndoială, dăunător sănătății. Totul depinde de concentrația lui. Studiile au arătat că aerul proaspăt strălucește foarte slab în întuneric; Motivul strălucirii sunt reacțiile de oxidare care implică ozon. Strălucirea a fost observată și la agitarea apei într-un balon în care fusese introdus anterior oxigen ozonizat. Această strălucire este întotdeauna asociată cu prezența unor cantități mici de impurități organice în aer sau apă. Când aerul proaspăt a fost amestecat cu respirația expirată a unei persoane, intensitatea strălucirii a crescut de zece ori! Și acest lucru nu este surprinzător: în aerul expirat au fost găsite microimpurități de etilenă, benzen, acetaldehidă, formaldehidă, acetonă și acid formic. Ele sunt „evidențiate” de ozon. În același timp, „învechit”, adică. complet lipsit de ozon, deși foarte curat, aerul nu produce o strălucire și o persoană îl percepe ca „mucegăit”. Un astfel de aer poate fi comparat cu apa distilată: este foarte curat, practic lipsit de impurități, iar consumul lui este dăunător. Deci, absența completă a ozonului în aer, aparent, este de asemenea nefavorabilă pentru oameni, deoarece crește conținutul de microorganisme din acesta și duce la acumularea de substanțe nocive și mirosuri neplăcute, pe care ozonul le distruge. Astfel, nevoia de ventilație regulată și pe termen lung a încăperilor devine clară, chiar dacă nu există oameni în ea: la urma urmei, ozonul care intră într-o cameră nu rămâne mult timp în ea - se dezintegrează parțial și se stabilește în mare parte. (adsorb) pe pereți și alte suprafețe. Este greu de spus cât de mult ozon ar trebui să fie în cameră. Cu toate acestea, în concentrații minime, ozonul este probabil necesar și benefic.

Astfel, ozonul este o bombă cu ceas. Dacă este folosit corect, va servi omenirii, dar de îndată ce este folosit în alte scopuri, va duce instantaneu la o catastrofă globală și Pământul se va transforma într-o planetă precum Marte.

Un gaz precum ozonul are proprietăți extrem de valoroase pentru întreaga omenire. Elementul chimic prin care se formează este O. De fapt, ozonul O 3 este una dintre modificările alotropice ale oxigenului, constând din trei unități de formulă (O÷O÷O). Primul și mai cunoscut compus este oxigenul însuși, mai exact gazul care este format de doi dintre atomii săi (O=O) - O 2.

Alotropia este capacitatea unui element chimic de a forma un număr de compuși simpli cu proprietăți diferite. Datorită ei, omenirea a studiat și folosește substanțe precum diamantul și grafitul, sulful monoclinic și ortorombic, oxigenul și ozonul. Un element chimic care are această capacitate nu se limitează neapărat la doar două modificări; unele au mai multe.

Istoricul deschiderii conexiunii

O unitate constitutivă a multor substanțe organice și minerale, inclusiv cum ar fi ozonul, un element chimic a cărui denumire este O - oxigen, tradus din greacă „oxys” - acru și „gignomai” - pentru a da naștere.

Cel nou a fost descoperit pentru prima dată în timpul experimentelor cu descărcări electrice în 1785 de olandezul Martin van Maroon; atenția i-a fost atrasă de un miros specific. Un secol mai târziu, francezul Schönbein a remarcat prezența acestuia după o furtună, în urma căreia gazul a fost numit „miroase”. Dar oamenii de știință au fost oarecum înșelați, crezând că simțul lor al mirosului a simțit ozonul însuși. Mirosul pe care l-au simțit era cel al ceva oxidat prin reacția cu O3, deoarece gazul este foarte reactiv.

Structura electronică

O2 și O3, un element chimic, au același fragment structural. Ozonul are o structură mai complexă. În oxigen, totul este simplu - doi atomi de oxigen sunt legați printr-o legătură dublă constând dintr-o componentă ϭ și π, în funcție de valența elementului. O 3 are mai multe structuri de rezonanță.

O legătură multiplă conectează doi oxigeni, iar a treia are o singură legătură. Astfel, datorită migrării componentei π, în imaginea de ansamblu trei atomi au un compus sesquicompus. Această legătură este mai scurtă decât o legătură simplă, dar mai lungă decât o legătură dublă. Experimentele efectuate de oamenii de știință exclud posibilitatea ciclicității moleculei.

Metode de sinteză

Pentru a forma un gaz precum ozonul, elementul chimic oxigen trebuie să fie prezent într-un mediu gazos sub formă de atomi individuali. Astfel de condiții sunt create atunci când moleculele de oxigen O 2 se ciocnesc cu electronii în timpul descărcărilor electrice sau a altor particule cu energie mare, precum și atunci când este iradiat cu lumină ultravioletă.

Cota leului din cantitatea totală de ozon în condiții atmosferice naturale se formează fotochimic. Omul preferă să folosească alte metode în activitatea chimică, cum ar fi, de exemplu, sinteza electrolitică. Constă în plasarea electrozilor de platină într-un mediu electrolitic apos și aplicarea curentului. Schema de reactie:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Proprietăți fizice

Oxigenul (O) este o unitate constitutivă a unei substanțe precum ozonul - un element chimic a cărui formulă, precum și masa sa molară relativă, sunt indicate în tabelul periodic. Prin formarea O 3, oxigenul capătă proprietăți radical diferite de proprietățile O 2.

Gazul albastru este starea normală a unui compus precum ozonul. Element chimic, formulă, caracteristici cantitative - toate acestea au fost determinate în timpul identificării și studiului acestei substanțe. pentru ea -111,9 °C, starea lichefiată are o culoare violet închis, cu o scădere suplimentară a gradului până la -197,2 °C începe topirea. În stare solidă de agregare, ozonul capătă o culoare neagră cu o nuanță violetă. Solubilitatea sa este de zece ori mai mare decât această proprietate a oxigenului O2. La cele mai mici concentrații din aer se simte mirosul de ozon, este ascuțit, specific și amintește de mirosul de metal.

Proprietăți chimice

Gazul de ozon este foarte activ, din punct de vedere al reacției. Elementul chimic care îl formează este oxigenul. Caracteristicile care determină comportamentul ozonului în interacțiunea cu alte substanțe sunt capacitatea mare de oxidare și instabilitatea gazului însuși. La temperaturi ridicate, se descompune cu o viteză fără precedent; procesul este, de asemenea, accelerat de catalizatori precum oxizii metalici, oxizii de azot și alții. Proprietățile unui agent oxidant sunt inerente ozonului datorită caracteristicilor structurale ale moleculei și mobilității unuia dintre atomii de oxigen, care, atunci când se desprinde, transformă gazul în oxigen: O 3 → O 2 + O·

Oxigenul (blocul din care sunt construite molecule de substanțe precum oxigenul și ozonul) este un element chimic. După cum este scris în ecuațiile reacției - O·. Ozonul oxidează toate metalele, cu excepția aurului, platinei și a subgrupului său. Reacționează cu gazele din atmosferă - oxizi de sulf, azot și altele. Substanțele organice nu rămân inerte; procesele de rupere a legăturilor multiple prin formarea de compuși intermediari au loc deosebit de rapid. Este extrem de important ca produsele de reacție să fie inofensive pentru mediu și oameni. Acestea sunt apa, oxigenul, oxizii superiori ai diferitelor elemente și oxizii de carbon. Compușii binari de calciu, titan și siliciu cu oxigenul nu interacționează cu ozonul.

Aplicație

Principalul domeniu în care se folosește gazul „mirositor” este ozonarea. Această metodă de sterilizare este mult mai eficientă și mai sigură pentru organismele vii decât dezinfecția cu clor. Nu există formare de derivați toxici ai metanului înlocuiți cu un halogen periculos.

Din ce în ce mai mult, această metodă de sterilizare a mediului este utilizată în industria alimentară. Ozonul este folosit pentru a trata echipamentele frigorifice și zonele de depozitare a alimentelor și este folosit pentru a elimina mirosurile.

Pentru medicină, proprietățile dezinfectante ale ozonului sunt, de asemenea, indispensabile. Dezinfectează rănile cu soluții fiziologice. Sângele venos este ozonizat și o serie de boli cronice sunt tratate cu gazul „mirositor”.

Găsirea în natură și sens

Substanța simplă ozonul este un element al compoziției gazoase a stratosferei, o regiune a spațiului apropiat Pământului situată la o distanță de aproximativ 20-30 km de suprafața planetei. Eliberarea acestui compus are loc în timpul proceselor asociate cu descărcări electrice, în timpul sudării și funcționării mașinilor de copiat. Dar în stratosferă se formează și conține 99% din cantitatea totală de ozon găsită în atmosfera Pământului.

Prezența gazului în spațiul apropiat de Pământ s-a dovedit a fi de o importanță vitală. Formează așa-numitul strat de ozon, care protejează toate ființele vii de radiațiile ultraviolete mortale ale Soarelui. Destul de ciudat, dar împreună cu beneficiile enorme, gazul în sine este periculos pentru oameni. O creștere a concentrației de ozon din aer pe care o persoană o respiră este dăunătoare organismului datorită activității sale chimice extreme.

MOSCOVA, 16 septembrie – RIA Novosti. Ziua Internațională pentru Conservarea Stratului de Ozon, un „scut” subțire care protejează întreaga viață de pe Pământ de radiațiile ultraviolete dăunătoare ale Soarelui, este sărbătorită luni, 16 septembrie - în această zi a fost semnat celebrul Protocol de la Montreal în 1987.

În condiții normale, ozonul sau O3 este un gaz albastru pal care se transformă într-un lichid albastru închis și apoi în cristale albastru-negru pe măsură ce se răcește. În total, ozonul din atmosfera planetei reprezintă aproximativ 0,6 părți per milion în volum: aceasta înseamnă, de exemplu, că există doar 0,6 centimetri cubi de ozon în fiecare metru cub de atmosferă. Pentru comparație, dioxidul de carbon din atmosferă este deja de aproximativ 400 de părți per milion - adică mai mult de două pahare pentru același metru cub de aer.

De fapt, o astfel de concentrație mică de ozon poate fi numită o binecuvântare pentru Pământ: acest gaz, care formează stratul de ozon care salvează vieți la o altitudine de 15-30 de kilometri, este mult mai puțin „nobil” în imediata apropiere a oamenilor. . Conform clasificării rusești, ozonul aparține substanțelor din cea mai înaltă clasă de pericol - este un agent oxidant foarte puternic, extrem de toxic pentru oameni.

Ziua internațională pentru conservarea stratului de ozonÎn 1994, Adunarea Generală a ONU a proclamat ziua de 16 septembrie drept Zi internațională pentru conservarea stratului de ozon. În această zi din 1987, a fost semnat Protocolul de la Montreal privind substanțele care epuizează stratul de ozon.

RIA Novosti a fost ajutat să înțeleagă diferitele proprietăți ale ozonului complex de către Vadim Samoilovici, cercetător senior la Laboratorul de cataliză și electrochimie a gazelor din cadrul Facultății de Chimie a Universității de Stat din Moscova Lomonosov.

Scut de ozon

"Acesta este un gaz destul de bine studiat, aproape totul a fost studiat - totul nu se întâmplă niciodată, dar principalul (este cunoscut) ... Ozonul are multe aplicații diferite. Dar nu uitați că, în general, viața a apărut datorită la stratul de ozon - acesta este probabil momentul principal”, spune Samoilovici.

În stratosferă, ozonul se formează din oxigen ca urmare a reacțiilor fotochimice - astfel de reacții încep sub influența radiației solare. Acolo concentrația de ozon este deja mai mare - aproximativ 8 mililitri pe metru cub. Gazul este distrus atunci când se „întâlnește” cu anumiți compuși, de exemplu, clorul atomic și bromul - acestea sunt substanțele care fac parte din clorofluorocarburile periculoase, mai bine cunoscute sub numele de freoni. Înainte de Protocolul de la Montreal, acestea erau folosite, printre altele, în industria frigorifice și ca propulsoare în cartușele de gaz.

Protocolul de protejare a stratului de ozon și-a îndeplinit sarcina, spun oamenii de științăProtocolul de la Montreal și-a îndeplinit scopul - observațiile arată că conținutul de substanțe care epuizează stratul de ozon din atmosferă este în scădere, iar cu ajutorul acordului, comunitatea științifică a făcut progrese mari în înțelegerea proceselor din atmosferă asociate cu ozonul. Layer, reprezentantul Rusiei în Comisia Internațională pentru Ozon, un om de știință de frunte, a declarat pentru RIA Novosti Obukhov Institutul de Fizică Atmosferică al Academiei Ruse de Științe Alexander Gruzdev.

În 2012, când Protocolul de la Montreal și-a sărbătorit cea de-a 25-a aniversare, experții Programului Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP) au numit protecția stratului de ozon drept una dintre cele patru probleme cheie de mediu în care umanitatea a făcut progrese semnificative. În același timp, UNEP a remarcat că conținutul de ozon din stratosferă a încetat să scadă din 1998 și, conform previziunilor oamenilor de știință, până în 2050-2075 ar putea reveni la nivelurile înregistrate înainte de 1980.

Smog de ozon

La 30 de kilometri de suprafața Pământului, ozonul „se comportă” bine, dar în troposferă, stratul de suprafață, se dovedește a fi un poluant periculos. Potrivit UNEP, concentrația de ozon troposferic în emisfera nordică aproape sa triplat în ultimii 100 de ani, ceea ce îl face, de asemenea, al treilea cel mai important gaz cu efect de seră „antropogen”.

Aici, nici ozonul nu este eliberat în atmosferă, ci se formează sub influența radiației solare din aer, care este deja poluat cu „precursori” ai ozonului - oxizi de azot, hidrocarburi volatile și alți compuși. În orașele în care ozonul este una dintre principalele componente ale smog-ului, emisiile vehiculelor sunt indirect „de vină” pentru aspectul său.

Nu doar oamenii și clima suferă de ozonul la nivelul solului. UNEP estimează că reducerea concentrațiilor de ozon troposferic ar putea contribui la conservarea a aproximativ 25 de milioane de tone de orez, grâu, soia și porumb care se pierd anual din cauza acestui gaz, care este toxic pentru plante.

Experți primari: apar găuri de ozon, dar cine este de vină nu este clarCauzele găurilor de ozon rămân încă un subiect controversat în rândul experților. În ziua protecției stratului de ozon, experții Primorye au spus pentru RIA Novosti ce teorii există pentru deteriorarea acestuia și cât de mult China vecină, a cărei energie se bazează pe cărbune, influențează starea acestei părți a stratosferei.

Tocmai pentru că ozonul la nivelul solului nu mai este atât de util, experții de la serviciile meteorologice și monitorizarea mediului îi monitorizează constant concentrațiile în aerul marilor orașe, inclusiv Moscova.

Ozonul este benefic

"Una dintre proprietățile foarte interesante ale ozonului este bactericidă. În ceea ce privește activitatea bactericidă, este practic prima dintre toate astfel de substanțe, clor, peroxid de mangan, oxid de clor", notează Vadim Samoilovici.

Aceeași natură extremă a ozonului, care îl face un agent oxidant foarte puternic, explică aplicațiile acestui gaz. Ozonul este folosit pentru a steriliza și dezinfecta spațiile, îmbrăcămintea, uneltele și, bineînțeles, pentru purificarea apei - atât potabile, cât și industriale și chiar uzate.

În plus, subliniază expertul, ozonul în multe țări este folosit ca înlocuitor al clorului în instalațiile de albire a celulozei.

„Clorul (atunci când reacţionează) cu materia organică produce, respectiv, un organoclor, care este mult mai toxic decât doar clorul. În mare, acest lucru (apariţia deşeurilor toxice - n.red.) poate fi evitat fie prin reducerea bruscă a concentraţiei de clorul sau pur și simplu eliminarea acestuia. Una dintre opțiuni — înlocuirea clorului cu ozon”, a explicat Samoilovici.

Aerul poate fi, de asemenea, ozonizat, iar acest lucru dă și rezultate interesante - de exemplu, potrivit lui Samoilovici, la Ivanovo, specialiștii de la Institutul de Cercetare a Securității și Sănătății Ocupaționale din întreaga Rusie și colegii lor au efectuat o serie întreagă de studii în timpul cărora „în spinning magazinelor o anumită cantitate de ozon a fost adăugată la conductele obișnuite de ventilație.” Ca urmare, prevalența bolilor respiratorii a scăzut, iar productivitatea muncii, dimpotrivă, a crescut. Ozonarea aerului din depozitele de alimente poate crește siguranța acestuia, iar astfel de experiențe există și în alte țări.

Ozonul este toxic

Zborurile australiene produc cel mai toxic ozonCercetătorii au descoperit un „pată” de o mie de kilometri în Oceanul Pacific unde ozonul troposferic este generat cel mai eficient și au identificat, de asemenea, cele mai multe zboruri producătoare de ozon – toate având destinații în Australia sau Noua Zeelandă.

Captura cu utilizarea ozonului este încă aceeași - toxicitatea sa. În Rusia, concentrația maximă admisă (MPC) pentru ozon în aerul atmosferic este de 0,16 miligrame pe metru cub, iar în aerul zonei de lucru - 0,1 miligrame. Prin urmare, notează Samoilovici, aceeași ozonare necesită o monitorizare constantă, ceea ce complică foarte mult problema.

"Această tehnică este încă destul de complexă. Turnați o găleată cu un fel de bactericid - este mult mai simplu, turnați-o și gata, dar aici trebuie să urmăriți, trebuie să existe un fel de pregătire", spune omul de știință.

Ozonul dăunează organismului uman lent, dar grav - cu expunerea prelungită la aerul poluat cu ozon, riscul de boli cardiovasculare și respiratorii crește. Prin reacția cu colesterolul, formează compuși insolubili, ceea ce duce la dezvoltarea aterosclerozei.

„La concentrații peste nivelurile maxime admise pot apărea dureri de cap, iritații ale mucoaselor, tuse, amețeli, oboseală generală și scădere a activității cardiace. Ozonul toxic la nivelul solului duce la apariția sau exacerbarea bolilor respiratorii; copii, vârstnici. , iar astmaticii sunt expuși riscului”, – se notează pe site-ul Observatorului Central Aerologic (CAO) din Roshydromet.

Ozonul este exploziv

Ozonul nu este doar dăunător pentru inhalare, dar chibriturile trebuie și ascunse, deoarece acest gaz este foarte exploziv. În mod tradițional, „pragul” pentru concentrațiile periculoase de gaz ozon este de 300-350 de mililitri pe litru de aer, deși unii oameni de știință lucrează cu niveluri mai mari, spune Samoilovici. Dar ozonul lichid - același lichid albastru care se întunecă pe măsură ce se răcește - explodează spontan.

Acesta este ceea ce împiedică utilizarea ozonului lichid ca agent oxidant în combustibilul rachetei - astfel de idei au apărut la scurt timp după începutul erei spațiale.

"Laboratorul nostru de la universitate a apărut tocmai pe această idee. Fiecare combustibil pentru rachetă are propria sa putere calorică în reacție, adică câtă căldură este eliberată atunci când arde și, prin urmare, cât de puternică va fi racheta. Deci, se știe că cea mai puternică opțiune este amestecarea hidrogenului lichid cu ozonul lichid... Dar există un dezavantaj. Ozonul lichid explodează și explodează spontan, adică fără niciun motiv aparent”, spune un reprezentant al Universității de Stat din Moscova.

Potrivit lui, atât laboratoarele sovietice, cât și cele americane au cheltuit „o cantitate imensă de efort și timp încercând să facă acest lucru în siguranță (o aventură) - s-a dovedit că era imposibil să faci asta”. Samoilovici își amintește că, odată ce colegii din Statele Unite au reușit să obțină ozon deosebit de pur, care „părea să” nu explodeze, „toată lumea lovea deja tobele”, dar apoi întreaga fabrică a explodat și munca a fost oprită.

„Am avut cazuri în care, să zicem, un balon cu ozon lichid stă și stă, se toarnă azot lichid în el și apoi - fie azotul a fiert, fie așa ceva - vii și jumătate din instalație lipsește, totul a fost aruncat în praf. De ce a explodat - cine știe", notează omul de știință.