Химическая формула озона. Химия соединений

Озон - это газ. В отличие от многих других он не прозрачный, а имеет характерный цвет и даже запах. Он присутствует в нашей атмосфере и является одним из важнейших её составляющих. Какова плотность озона, его масса и другие свойства? Какова его роль в жизни планеты?

Голубой газ

В химии озон не имеет отдельного места в таблице Менделеева. Все потому, что он не является элементом. Озон - это аллотропная модификация или же вариация кислорода. Как и в О2, его молекула состоит только из атомов кислорода, но имеет их не два, а три. Поэтому его химическая формула выглядит как О3.

Озон является газом голубого цвета. Он обладает хорошо заметным резким запахом, напоминающим хлор, если концентрация будет слишком большой. Вы помните запах свежести во время дождя? Это и есть озон. Благодаря такому свойству он и получил своё название, ведь с древнегреческого языка «озон» - это «пахну».

Молекула газа полярна, атомы в ней соединяются под углом 116,78°. Озон образуется, когда к молекуле О2 присоединяется свободный атом кислорода. Происходит это во время различных реакций, например, окисления фосфора, электрического разряда или разложения перекисей, в ходе которых и освобождаются атомы оксигена.

Свойства озона

При нормальных условиях озон существует в с молекулярной массой почти 48 г/моль. Он является диамагнетиком, то есть не способен притягиваться к магниту, точно так же, как серебро, золото или азот. Плотность озона составляет 2,1445 г/дм³.

В твердом состоянии озон приобретает иссиня-черный цвет, в жидком - цвет индиго, близкий к фиолетовому. Температура кипения при этом составляет 111,8 градусов Цельсия. При температуре нуль градусов он растворяется в воде (только в чистой) в десять раз лучше кислорода. Он отлично смешивается с азотом, фтором, аргоном, а при определенных условиях и с кислородом.

Под действием ряда катализаторов легко окисляется, выделяя при этом свободные атомы кислорода. Соединяясь с ним, тут же воспламеняется. Вещество способно окислить практически все металлы. Не поддаются его действию только платина и золота. Он разрушает различные органические и ароматические соединения. При контакте с аммиаком образует нитрит аммония, разрушает двойные углеродные связи.

Присутствуя в атмосфере в больших концентрациях, озон самопроизвольно разлагается. При этом выделяется тепло и образуется молекула О2. Чем выше его концентрация, тем сильнее реакция тепловыделения. При содержании озона больше 10% она сопровождается взрывом. При увеличении температуры и снижении давления или при контакте с органическими веществами разложение О3 происходит быстрее.

История открытия

В химии озон не был известен до XVIII века. Обнаружен он был в 1785 году благодаря запаху, который физик Ван Марум услышал рядом с работающей электростатической машиной. Ещё 50 лет после никак не фигурировал в научных экспериментах и исследованиях.

Ученый Кристиан Шёнбейн в 1840 году изучал окисление белого фосфора. Во время экспериментов ему удалось выделить неизвестное вещество, которое он назвал «озон». Химик вплотную занялся изучением его свойств и описал способы получения вновь открытого газа.

Вскоре к исследованиям вещества подключились и другие ученые. Знаменитый физик Никола Тесла даже соорудил первый в истории Промышленное использование О3 началось в конце XIX века с появлением первых установок для подачи в дома питьевой воды. Вещество применяли для дезинфицирования.

Озон в атмосфере

Наша Земля окружена невидимой оболочкой из воздуха - атмосферой. Без неё жизнь на планете была бы невозможна. Составляющие атмосферного воздуха: кислород, озон, азот, водород, метан и другие газы.

Сам по себе озон не существует и возникает только в результате химических реакций. Близко к поверхности Земли он образуется за счет электрических разрядов молнии во время грозы. Неестественным путем он появляется благодаря выбросам выхлопных газов автомобилей, заводов, испарениям бензина, действию тепловых электростанций.

Озон нижних слоев атмосферы называют приземным или тропосферным. Существует и стратосферный. Он возникает под действием ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. Он образуется на расстоянии 19-20 километров над поверхностью планеты и тянется до высоты 25-30 километров.

Стратосферный О3 формирует озоновый слой планеты, который защищает её от мощной солнечной радиации. Он поглощает примерно 98% ультрафиолетового излучения с длиной волны, достаточной для возникновения раковых заболеваний и ожогов.

Применение вещества

Озон - это отличный окислитель и разрушитель. Такое свойство давно используется для очищения питьевой воды. Вещество губительно действует на опасные для человека бактерии и вирусы, а само при окислении превращается в безвредный кислород.

Он способен убить даже стойких к хлору организмов. Кроме того, его применяют для очищения сточных вод от губительных для окружающей среды нефтепродуктов, сульфидов, фенолов и т.д. Такие практики распространены в основном на территории США и некоторых стран Европы.

Озон применяют в медицине для обеззараживания инструментов, в промышленности с его помощью отбеливают бумагу, очищают масла, получают различные вещества. Применение О3 для очистки воздуха, воды и помещения называется озонированием.

Озон и человек

Несмотря на все свои полезные свойства, озон может быть опасен для человека. Если в воздухе газа окажется больше, чем может перенести человек, отравления не избежать. В России его допустимая норма составляет 0,1 мкг/л.

При превышении этой нормы появляются типичные признаки химического отравления, такие как головная боль, раздражение слизистых, головокружение. Озон уменьшает сопротивление организма к инфекциям, передающимся через дыхательные пути, а также снижает давление крови. При концентрации газа выше 8-9 мкг/л возможен отек легких и даже смерть.

При этом распознать озон в воздухе достаточно легко. Запах «свежести», хлора или «раков» (как утверждал Менделеев) отчетливо слышен и при незначительном содержании вещества.

Озон, свойства, токсикология и применение. Роль озонового щита планеты.

1 Озон. Общая характеристика

Озон (от др.- греч. ? ?? - пахну) - состоящая из трёхатомных молекул O3 аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях - голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.
Основная масса озона в атмосфере расположена на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый озоносферой.
Озоносфера отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы от губительного действия радиации. Именно, благодаря образованию озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.
Впервые озон обнаружил в 1785 году голландский физик Мартинус ван Марум по характерному запаху, создающему эффект свежести, и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него «электрических искр». Однако как новое вещество он описан не был, так как ван Марум считал, что данный эффект достигается образованием особой «электрической материи».
Сам термин «озон» (от греческого слова «пахнущий») был предложен немецким химиком X. Ф. Шейнбейном в 1840 году . В словари его ввели в конце 19 века. Многие источники отдают приоритет открытия озона именно Х. Ф. Шейнбену, датируя это событие 1839 годом.

2 Нахождение в природе. Основные способы получения

В природе озон образуется из молекулярного кислорода (О2) во время грозы или под действием ультрафиолетового излучения. Особенно это ощутимо в местах, богатых кислородом: в лесу, в приморской зоне или около водопада. При попадании солнечных лучей, в капле воды кислород преобразуется в озон. Озон обеззараживает воздух, окисляя примеси различных веществ, придавая приятную свежесть - запах грозы. Озон вступает в реакцию с большинством органических и неорганических веществ, в результате образуется кислород, вода, оксиды углерода и высшие оксиды других элементов. Все эти продукты абсолютно безвредны и постоянно присутствуют в чистом природном воздухе.
Озон образуется в газовой среде, содержащей кислород, если возникнут условия, при которых кислород диссоциирует на атомы. Это возможно во всех формах электрического разряда: тлеющем, дуговом, искровом, коронном, поверхностном, барьерном, безэлектродном и т.п. Основной причиной диссоциации является столкновение молекулярного кислорода с электронами, ускоренными в электрическом поле.
Кроме разряда диссоциацию кислорода вызывают УФ-излучение. Озон получают также при электролизе воды.
Получение озона
Озон образуется из кислорода. Существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенными являются: электролитический, фотохимический и электросинтез в плазме газового разряда. Чтобы избежать нежелательных окисей, предпочтительнее получать озон из чистого медицинского кислорода, используя электросинтез. Концентрацию получаемой озоно-кислородной смеси в таких аппаратах легко варьировать - либо задавая определенную мощность электрического разряда, либо регулируя поток входящего кислорода (чем быстрее кислород проходит через озонатор, тем меньше озона образуется).
Фотохимический способ
Фотохимический метод получения озона представляет из себя наиболее распространенный в природе способ. Образование озона происходит при диссоциации молекулы кислорода под действием коротковолнового УФ излучения. Этот метод не позволяет получать озон высокой концентрации. Приборы, основанные на этом методе, получили распространение для лабораторных целей, в медицине и пищевой промышленности.
Электролитический метод синтеза.
Первое упоминание об образовании озона в электролитических процессах относится к 1907 г. Электролитический метод синтеза озона осуществляется в специальных электролитических ячейках. В качестве электролитов используются растворы различных кислот и их соли (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Образование озона происходит за счет разложения воды и образования атомарного кислорода, который присоединясь к молекуле кислорода образует озон и молекулу водорода. Этот метод позволяет получить концентрированный озон, однако он весьма энергоемкий, и поэтому он не нашел широкого распространения.
Н2О + О2 -> О3 + 2Н+ + e-
с возможным промежуточным образованием ионов или радикалов.
Электросинтез озона получил наибольшее распространение. Этот метод сочетает в себе возможность получения озона высоких концентраций с большой производительностью и относительно невысокими энергозатратами.
В результате многочисленных исследований по использованию различных видов газового разряда для электросинтеза озона распространение получили аппараты использующие три формы разряда:
1 Барьерный разряд;
2 Поверхностный разряд;
3 Импульсный разряд.
Образование озона под действием ионизирующего излучения.
Озон образуется в ряде процессов, сопровождающихся возбуждением молекулы кислорода либо светом, либо электрическим полем. При облучении кислорода ионизирующей радиацией также могут возникать возбужденные молекулы, и наблюдается образование озона
Образование озона в СВЧ-поле.
При пропускании струи кислорода через СВЧ-поле наблюдалось образование озона. Этот процесс мало изучен, хотя генераторы, основанные на этом явлении, часто используются в лабораторной практике.

3 Физические и химические свойства озона.

Физические свойства:

Молекулярная масса - 47,998 г/моль.
Плотность газа при нормальных условиях - 2,1445 кг/м?. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху - 1,62 (1,658).
Плотность жидкости при?183 °C - 1,71 кг/м?
Температура кипения - ?111,9 °C. Жидкий озон - тёмно-фиолетового цвета. В газообразном виде озон имеет голубоватый оттенок, заметный при содержании в воздухе 15-20% озона.
Температура плавления - -197,2 ± 0,2 °С (приводимая обычно?251,4 °C ошибочна, так как при её определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению). В твёрдом состоянии - чёрного цвета с фиолетовым отблеском.
Растворимость в воде при 0 °С - 0,394 кг/м? (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом.
В газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком - слабопарамагнитен.
Запах - резкий, специфический «металлический» (по Менделееву - «запах раков»). При больших концентрациях напоминает запах хлора. Запах ощутим даже при разбавлении 1: 100000.

5 Основные области применения.

После открытия озона было сразу отмечено его главное свойство - огромная окислительная способность, значительно превосходящая таковую у кислорода. Поэтому неудивительно, что озон стал использоваться для борьбы с микроорганизмами.
В 1881 году в книге, посвященной дифтерии, доктор Келлог (Kellogg) рекомендовал его использование в качестве средства для дезинфекции. Но подлинная революция в использовании озона для стерилизации произошла после патентования и начала массового производства генераторов озона - предшественников озоновых стерилизаторов. До середины XIX века попытки создания таких генераторов были безуспешными. Считается, что первый образец создал Werner von Siemens в 1857 году. Однако понадобилось еще 29 лет для того, чтобы запатентовать промышленный генератор озона, который отвечал определенным требованиям. Патент на его изобретение принадлежит Николе Тесла. Он же в 1900 году начал выпуск данного продукта для медицины.
С этих пор начинает развиваться несколько направлений по применению озона - дезинфекция, стерилизация и лечение.
При стерилизации происходит уничтожение микроорганизмов путем насыщения озоном замкнутого объема, где находятся медицинские инструменты, приспособления, устройства. Во время лечения применяют озонированную воду, водные растворы и озонокислородную смесь. Для дезинфекции помещений, емкостей, трубопроводов - озоновоздушную или озонокислородную смеси.
Все три метода обладают одним неоспоримым преимуществом: озон оказывает быстрое и эффективное воздействие
Время воздействия озона на некоторые виды микроорганизмов измеряется секундами. По качеству стерилизации и некоторым техническим характеристикам современные озоновые стерилизаторы превосходят ультрафиолетовые, сухожаровые шкафы, паровые автоклавы, жидкостную и газовую стерилизацию. Лечение с применением озона позволяет безболезненно и с высокой эффективностью уничтожать микроорганизмы, проникшие в органы и ткани человека. Это стало возможным еще и потому, что наш организм, в отличие от бактерий, обладает достаточно мощной системой антиоксидантной защиты. При воздействии определенных концентраций озона в течение ограниченного времени клетки нашего организма сохраняют достаточную устойчивость к образованию нежелательных агрессивных продуктов.
Озон оказывает положительное действие на метаболизм печени и почек, поддерживает работу сердечной мышцы, уменьшает частоту дыхания и увеличивает дыхательный объем. Положительное влияние озона на людей с заболеваниями сердечно-сосудистой системы (снижается уровень холестерина в крови, снижается риск тромбообразования, активизируется процесс "дыхания" клетки).
Озонотерапия в последние годы довольно широко применяется и в гинекологии, и в терапии, и в хирургии, и в проктологии, и в урологии, и в офтальмологии, и в стоматологии, и в других направлениях медицины.
Озон широко используют в химической отрасли промышленности.
Особая роль отводится озону в пищевой промышленности . Являясь сильно дезинфицирующим и химически безопасным средством, он используется для предотвращения биологического роста нежелательных организмов в продуктах питания и на технологическом пищевом оборудовании. Озон обладает свойством убивать микроорганизмы, не создавая новых вредных химических веществ.
Самое распространенное применение - для очистки воды . В 1907 году был построен первый завод по озонированию воды в городе Бон Вуаяж (Франция), который обрабатывал 22500 кубических метров воды из реки Вазюби в сутки для нужд города Ниццы. В 1911 году была пущена в эксплуатацию станция озонирования питьевой воды в Санкт-Петербурге. В 1916 году действует уже 49 установок по озонированию питьевой воды.
К 1977 году во всем мире действует более 1000 установок. В настоящее время 95% питьевой воды в Европе проходит озонную подготовку. В США идет процесс перевода с хлорирования на озонирование. В России действуют несколько крупных станций (в Москве, Нижнем Новгороде и ряде других городах). Приняты программы перевода на озонирование еще нескольких крупных станций водоподготовки.
Широкие спектр областей применения озона в сельском хозяйстве : растениеводство, животноводство, рыбоводство, кормопроизводство и хранение продуктов, обуславливает множество озонных технологий, которые условно можно разделить на два больших направления. Первое имеет целью стимулировать жизнедеятельность живых организмов. С этой целью применяются концентрации озона на уровне ПДК, например санация помещений с животными и растениями для улучшения комфортности их пребывания. Второе направление связано с подавлением жизнедеятельности вредных организмов или с устранением вредных загрязнений из окружающей атмосферы и гидросферы. Концентрации озона в этом случае намного превышают значения ПДК. К таким технологиям относятся дезинфекция тары и помещений, очистка газовых выбросов птицеферм, свинарников, обезвреживание сточных вод сельскохозяйственных предприятий и т.д.

5 Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли

Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О22 -> О3).

5.1 Изучение озонового слоя. Причины его разрушения.

С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.
С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Различные причины приводят к истощению озонового слоя. Среди них есть естественные, как, например, извержения вулканов. Известно, например, что при этом происходят выбросы газов, содержащих соединения серы, которая реагирует с находящимися в воздухе другими газами, образуя сульфаты, разрушающие озоновый слой. Но гораздо большее влияние на стратосферный озон оказывают антропогенные воздействия, т.е. деятельность человека. И она многообразна. Использование в хозяйственной деятельности таких соединений, как ХФУ, бромистый метил, галоны, растворители, разрушающие озон, также приводят к истощению озонового слоя. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет
В изучении проблемы озонового слоя наука оказалась удивительно недальновидной. Еще с 1975 г. содержание стратосферного озона над Антарктидой в весенние месяцы стало заметно падать. В середине 1980-х годов его концентрация снизилась уже на 40%. Вполне можно было говорить об образовании озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные - со снижением концентрации озона на 1,5-2,5% - дыры вблизи Северного полюса и южнее. Край одной из них зависал даже над Санкт- Петербургом.
Однако еще в первой половине 1980-х некоторые ученые продолжали рисовать радужную перспективу, предвещая убыль стратосферного озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через 70-100 лет.
В 1985 г. английские ученые опубликовали статью, в которой утверждалось, что каждой весной, начиная с 1980 г., над Антарктидой образуются значительные области уменьшения общего содержания озона. Выяснилось, что диаметр её свыше 1000 километров, площадь – около 9 миллионов квадратных километров. Этот результат журналисты превратили в сенсацию, объявив о существовании "озоновой дыры" над Антарктидой. Сегодня принято аномалии озона относить к "озоновым дырам", если дефицит озона превышает 30%.
5.2 Последствия разрушения озонового слоя.

Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.
Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280
Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул.
По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей.
Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако, значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ излучения но при этом рискует умереть от голода.

5.3 Меры по сохранению и восстановлению озонового слоя

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.
Монреальский протокол: первое глобальное экологическое соглашение, достигшее всеобщей ратификации и всемирного участия 196 стран. Монреальский протокол был подписан 16 сентября 1987 года. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя. К концу 2009 года деятельность, осуществленная в рамках Монреальского протокола привела к выводу из обращения 98% веществ, разрушающих озоновый слой. Другое важное достижение Монреальского протокола – в ближайшем будущем страны должны были прекратить производство и потребление хлорфторуглеродов, галонов, четырёххлористого углерода и других гидрогенизованных соединений, разрушающих озоновый слой. Все эти вещества объединяются под единым названием – озоноразрушающие вещества (далее по тексту ОРВ).
Без Монреальского протокола и Венской конвенции, содержание ОРВ в атмосфере повысилось бы в 10 раз к 2050, что привело бы к 20 миллионам случаев рака кожи и 130 миллионам случаев катаракты глаза, не говоря об ущербе, нанесенном иммунной системе человека, фауне и сельскому хозяйству. Теперь мы также знаем, что некоторые из этих газов воздействуют на изменение климата. По некоторым оценкам, выведение ОРВ с 1990 года способствовало замедлению глобального потепления на 7-12 лет и каждый доллар, потраченный на озон обернулся выгодой в других областях экологии. Даже при быстрых и решительных действиях правительств согласно Монреальскому протоколу, полное восстановление защитного слоя Земли займет еще 40-50 лет.
Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью прекращают производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон, а развивающиеся страны – к 2010г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на 3 – 4 года. Страны-члены Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, на встрече в Катаре договорились выделить в общей сложности 490 миллионов долларов в течение трех ле Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими субстанциями.
Восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется «Помогите озону». Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.
Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Сейчас промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов, В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т.д.
и т.д.................

Замечали ли вы когда-то, как приятно дышится после дождя? Этот освежающий воздух обеспечивает озон в атмосфере, который появляется после дождя. Что это за вещество, каковы его функции, формула, а также действительно ли оно полезно для организма человека? Давайте разберемся.

Что такое озон?

Всем, кто учился в средней школе, известно, что молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода. Однако этот элемент способен образовывать еще одно химическое соединение - озон. Это название носит вещество, как правило, встречающееся в виде газа (хотя может пребывать во всех трех агрегатных состояниях).

Молекула данного вещества довольно сильно похожа на кислород (О 2), однако она состоит не из двух, а из трех атомов - О 3 .

История открытия озона

Человек, впервые синтезировавший озон - это нидерландский физик Мартин Ван Марум.

Именно он в 1785 г. провел опыт, пропустив через воздух электрический разряд. Получившийся газ не только приобрел специфический запах, но и синеватый оттенок. Помимо этого новое вещество оказалось более сильным окислителем, чем обычный кислород. Так, рассмотрев его влияние на ртуть, Ван Марум обнаружил, что металл немного изменил свои физические свойства, чего с ним не происходило под влиянием кислорода.

Несмотря на свое открытие, нидерландский физик не считал, что озон - это особое вещество. Только через 50 лет после открытия Ван Марума озоном всерьез заинтересовался немецкий ученый Кристиан Фридрих Шенбейн. Именно благодаря ему это вещество получило свое имя - озон (в честь греческого слова, означающего «пахнуть»), а также было более пристально изучено и описано.

Озон: физические свойства

Это вещество имеет ряд свойств. Первым из них является способность озона, как и воды, пребывать в трех агрегатных состояниях.

Нормальное состояние, в котором пребывает озон - газ голубоватого цвета (именно он окрашивает небеса в лазурный цвет) с ощутимым металлическим ароматом. Плотность такого газа - 2,1445 г/дм³.

При снижении температуры молекулы озона образуют сине-фиолетовую жидкость с плотностью 1,59 г/см³ (при температуре -188 °C). Закипает жидкий О 3 при -111,8 °C.

Пребывая в твердом состоянии, озон темнеет, становясь практически черным с отчетливым фиолетово-синим отблеском. Его плотность - 1,73 г/см 3 (при −195,7 °С). Температура, при которой начинает плавиться твердый озон - это −197,2 °С.

Молекулярная масса О 3 - 48 дальтонов.

При температуре в 0 °C озон прекрасно растворяется в воде, причем в десять раз быстрее, чем кислород. Наличие примесей в воде способно еще больше ускорить данную реакцию.

Помимо воды озон растворяется во фреоне, что облегчает его транспортировку.

Среди других веществ, в которых легко растворить О 3 (в жидком агрегатном состоянии) - аргон, азот, фтор, метан, углекислота, тетрахлоруглерод.

Также он неплохо смешивается с жидким кислородом (при температуре от 93 К).

Химические свойства озона

Молекула О 3 является довольно неустойчивой. По этой причине в нормальном состоянии она существует 10-40 минут, после чего разлагается, образуя небольшое количество тепла и кислород О 2 . Эта реакция способно произойти и гораздо быстрее, если в качестве катализаторов выступит повышение температуры окружающей среды или понижение атмосферного давления. Также разложению озона способствует и его контакт с металлами (кроме золота, платины и иридия), окислами или веществами органического происхождения.

Взаимодействие с азотной кислотой останавливает разложение О 3 . Также этому способствует хранение вещества при температуре −78 °С.

Главным химическим свойством озона является его окисляемость. Одним из продуктов окисления всегда является кислород.

При разных условиях О 3 способен взаимодействовать практически со всеми веществами и химическими элементами, уменьшая их токсичность путем превращения их в менее опасные. Например, цианиды окисляются им до цианатов, которые намного безопаснее для биологических организмов.

Как добывают?

Чаще всего для добывания О 3 на кислород воздействуют электрическим током. Чтобы разделить получившуюся смесь кислорода и озона, используют свойство последнего лучше сжижаться, чем О 2 .

В химических лабораториях иногда О 3 добывают с помощью реакции охлажденного концентрата серной кислоты с пероксидом бария.

В медицинских учреждениях, использующих О 3 для оздоровления пациентов, это вещество получают путем облучения О2 ультрафиолетом (кстати, таким же способом образуется данное вещество в атмосфере Земли под действием солнечных лучей).

Использование О3 в медицине и промышленности

Несложное строение озона, доступность исходного материала для его добывания способствует активному использованию данного вещества в промышленности.

Будучи сильным окислителем, он способен дезинфицировать значительно лучше хлора, формальдегида или окиси этилена, при этом являясь не столь токсичным. Поэтому О 3 часто используется для стерилизации медицинских инструментов, оборудования, формы, а также многих препаратов.

В промышленности данное вещество чаще всего используют для очистки или добывания многих химических веществ.

Еще одной отраслью использования является отбеливание бумаги, тканей, минеральных масел.

В химической промышленности О 3 не только помогает стерилизовать оборудование, инструменты и тару, но и применяется для обеззараживания самих продуктов (яиц, зерна, мяса, молока) и увеличения их срока хранения. Фактически он считается одним из лучших консервантов для продуктов, поскольку нетоксичен и неканцерогенен, а также прекрасно убивает споры плесени и других грибков и бактерий.

В хлебопекарнях озон применяется для ускорения процесса брожения дрожжей.

Также с помощью О 3 искусственно старятся коньяки, производится рафинирование жирных масел.

Как влияет озон на организм человека?

Из-за такой схожести с кислородом бытует заблуждение, что озон - это полезное для организма человека вещество. Однако это не так, поскольку О 3 является одним из сильнейших окислителей, способных разрушить легкие и убить каждого, кто чрезмерно вдыхает этого газ. Не зря государственные экологические организации в каждой стране строго следят за концентрацией озона в атмосфере.

Если озон так вреден, то почему же после дождя всегда становится легче дышать?

Дело в том, что одним из свойств О 3 является его способность убивать бактерии и очищать вещества от вредных примесей. Во время дождя из-за грозы начинает образовываться озон. Газ этот влияет на токсические вещества, содержащиеся в воздухе, расщепляя их, и очищает кислород от этих примесей. Именно по этой причине воздух после дождя столь свеж и приятен, а небо обретает красивый лазурный цвет.

Эти химические свойства озона, позволяющие ему очищать воздух, в последнее время активно используют для лечения людей, страдающих от различных респираторных заболеваний, а также для очистки воздуха, воды, различных косметических процедур.

Довольно активно сегодня рекламируются бытовые озонаторы, очищающие воздух в доме с помощью данного газа. Хотя эта методика кажется весьма эффективной, пока что учеными недостаточно изучено влияние большого количества очищенного озоном воздуха на организм. По этой причине чрезмерно увлекаться озонированием не стоит.

Озон - слово греческого происхождения, которое в переводе означает “пахучий”. Что такое озон? По своей сути, озон О3 - это газ голубого цвета с характерным запахом, который ассоциируется с запахом воздуха после грозового дождя. Особенно ощущается вблизи источников электрического тока.

История обнаружения озона учеными

Что такое озон? Как он был открыт? В 1785 физиком из Голландии Мартином ван Марумом было проведено несколько экспериментов, направленных на исследование воздействия электрического тока на кислород. По их результатам ученый исследовал появление специфической "электрической материи". Продолжая работать в данном направлении, в 1850 году ему удалось определить способность озона взаимодействовать с органическими соединениями и его свойство в качестве окислителя.

Впервые дезинфицирующие свойства озона были применены в 1898 году на территории Франции. В городке Бон Вояж был построен завод, который осуществлял обеззараживание и дезинфекцию воды из реки Вазюби. В России первый завод по озонированию был запущен в Санкт-Петербурге в 1911 году.

Широкое применение озон получил в годы Первой мировой войны в качестве антисептического средства. Озонокислородная смесь применялась для лечения заболеваний кишечника, пневмонии, гепатита и практиковалась при инфекционных поражениях после хирургического вмешательства. Особенно активно озонированием начали заниматься с 1980 года, толчком к этому стало появление на рынке надежных и энергосберегающих В настоящее время с помощью озона очищают около 95% воды в США и по всей Европе.

Технология образования озона

Что такое озон? Как он образуется? В естественной среде озон находится в атмосфере Земли на высоте 25 км. По сути, это газ, который образуется в результате ультрафиолетового излучения Солнца. На поверхности он образует слой толщиной 19-35 км, который защищает Землю от проникновения солнечной радиации. Согласно трактовке химиков, озон - это активный кислород (соединение трех атомов кислорода). В газообразном состоянии он голубой, в жидком имеет оттенок индиго, а в твердом - это темно-синие кристаллы. О3 - это его молекулярная формула.

Каков вред озона? Он относится к самому высокому классу опасности - это очень ядовитый газ, токсичность которого приравнивается к категории боевых отравляющих веществ. Причиной его появления являются электрические разряды в атмосфере (3O2 = 2O3). В природе почувствовать его можно после сильных вспышек молний. Озон хорошо взаимодействует с другими соединениями и считается одним из Поэтому его используют для уничтожения бактерий, вирусов, микроорганизмов, для очистки воды и воздуха.

Негативное влияние озона

На что влияет озон? Характерной особенностью этого газа является способность быстро взаимодействовать с другими веществами. Если в природе наблюдается превышение нормативных показателей, то в результате его взаимодействия с тканями человека могут возникнуть опасные вещества и заболевания. Озон - сильнодействующий окислитель, при взаимодействии с которым быстро разрушаются:

• натуральная резина;
• металлы, за исключением золота, платины и иридия;
• бытовые приборы;
• электроника.

При больших концентрациях озона в воздухе происходит ухудшение здоровья и самочувствия человека, в частности:

• раздражается слизистая оболочка глаз;
• нарушается функционирование органов дыхания, которое приведет к параличу легких;
• наблюдается общая усталость организма;
• появляются головные боли;
• возможно появление аллергических реакций;
• жжение в горле и тошнота;
• происходит негативное влияние на нервную систему.

Полезные свойства озона

Очищает ли озон воздух? Да, несмотря на свою газ является очень полезным для человека. В небольших концентрациях он отмечается отличными дезинфицирующими и дезодорирующими свойствами. В частности, он губительно действует на вредные микроорганизмы и производит к уничтожению:

• вирусов;
• различных видов микробов;
• бактерий;
• грибков;
• микроорганизмов.

Чаще всего озон используют во время эпидемии гриппа и вспышек опасных инфекционных заболеваний. С его помощью очищают воду от разного рода примесей и соединений железа, при этом обогащают ее кислородом и минералами.

Интересная информация об озоне, сфера его применения

Отличные дезинфицирующие свойства и отсутствие побочных эффектов привели к появлению спроса на озон и его широкому применению в различных отраслях экономики. В наши дни озон успешно используется для:

• удовлетворения потребностей фармацевтической отрасли;
• очистки воды в аквариумах и рыбных хозяйствах;
• дезинфекции бассейнов;
• медицинских целей;
• косметических процедур.

В медицинской отрасли озонирование практикуется при язвах, ожогах, экземах, варикозе, ранах и дерматологических заболеваниях. В косметологии озон применяют для борьбы со старением кожи, целлюлитом и лишним весом.

Влияние озона на жизнедеятельность живых существ

Что такое озон? Как он влияет на жизнь на Земле? Согласно исследованиям ученых, 10% озона находится в тропосфере. Этот озон является составным компонентом смогов и выполняет роль загрязнителя. Он негативно сказывается на дыхательных органах людей, животных и замедляет рост растений. Однако его количество очень мало, чтобы существенно вредить здоровью. Значительная часть вредного озона в составе смогов - это продукты функционирования автомобилей и электростанций.

Значительно больше озона (около 90%) находится в стратосфере. Этот поглощает биологически вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, тем самым защищая людей, флору и фауну от негативных последствий.

Кислород (О) стоит в 1 периоде, VI группе, в главной подгруппе. р-элемент. Электронная конфигурация 1s2 2s22p4 . Число электронов на внешнем уровне – 6. Кислород может принять 2 электрона и в редких случаях отдать. Валентность кислорода 2, степень окисления -2.

Физические свойства: кислород ( О2) – бесцветный газ, без запаха и вкуса; в воде малорастворим, немного тяжелее воздуха. При -183 °C и 101,325 Па кислород сжижается, приобретая голубоватый цвет. Строение молекулы: молекула кислорода двухатомна, в обычных условиях прочная, обладает магнитными свойствами. Связь в молекуле ковалентная неполярная. Кислород имеет аллотропную модификацию – озон (О3) – более сильный окислитель, чем кислород.

Химические свойства: до завершения энергетического уровня кислороду нужно 2 электрона, которые он принимает проявляя степень окисления -2, но в соединении со фтором кислород ОF2 -2 и О2F2 -1. Благодаря химической активности кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами. С металлами образует оксиды и пероксиды:

Кислород не реагирует только с платиной. При повышенных и высоких температурах реагирует со многими неметаллами:

Непосредственно кислород не взаимодействует с галогенами. Кислород реагирует со многими сложными веществами:

Кислороду характерны реакции горения:

В кислороде горят многие органические вещества:

При окислении кислородом уксусного альдегида получают уксусную кислоту:

Получение: в лаборатории: 1) электролизом водного раствора щелочи: при этом на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород; 2) разложением бертолетовой соли при нагревании: 2КСlО3?2КСl + 3О2?; 3) очень чистый кислород получают: 2КМnO4?К2МnO4 + МnО2 + О2?.

Нахождение в природе: кислород составляет 47,2 % массы земной коры. В свободном состоянии он содержится в атмосферном воздухе – 21 %. Входит в состав многих природных минералов, огромное его количество содержится в организмах растений и животных. Природный кислород состоит из 3 изотопов: О(16), О(17), О(18).

Применение: используется в химической, металлургической промышленности, в медицине.

24. Озон и его свойства

В твердом состоянии у кислорода зафиксировано три модификации: ?-, ?– и?– модификации. Озон ( О3) – одна из аллотропных модификаций кислорода. Строение молекулы: озон имеет нелинейное строение молекулы с углом между атомами 117°. Молекула озона обладает некоторой полярностью (несмотря на атомы одного рода, образующих молекулу озона), диамагнитна, так как не имеет неспаренных электронов.

Физические свойства: озон – синий газ, имеющий характерный запах; молекулярная масса = 48, температура плавления (твердого) = 192,7 °C, температура кипения = 111,9 °C. Жидкий и твердый озон взрывчат, токсичен, хорошо растворим в воде: при 0 °C в 100 объемах воды растворяется до 49 объемов озона.

Химические свойства: озон – сильный окислитель, он окисляет все металлы, в том числе золото – Au и платину – Pt (и металлы платиновой группы). Озон воздействует на блестящую серебряную пластинку, которая мгновенно покрывается черным пероксидом серебра – Аg2О2; бумага, смоченная скипидаром, воспламеняется, сернистые соединения металлов окисляются до солей серной кислоты; многие красящие вещества обесцвечиваются; разрушает органические вещества – при этом молекула озона отщепляет один атом кислорода, и озон превращается в обыкновенный кислород. Атакже большинство неметаллов, переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды их металлов – в их сульфаты:

Йодид калия озон окисляет до молекулярного йода:

Но с пероксидом водорода Н2О2 озон выступает в качестве восстановителя:

В химическом отношении молекулы озона неустойчивы – озон способен самопроизвольно распадаться на молекулярный кислород:

Получение: получают озон в озонаторах путем пропускания через кислород или воздух электрические искры. Образование озона из кислорода:

Озон может образовываться при окислении влажного фосфора, смолистых веществ. Определитель озона: чтобы опознать в воздухе наличие озона, необходимо в воздух погрузить бумажку, пропитанную раствором йодида калия и крахмальным клейстером – если бумажка приобрела синюю окраску, значит, в воздухе присутствует озон. Нахождение в природе: в атмосфере озон образуется во время электрических разрядов. Применение: будучи сильным окислителем озон уничтожает различного рода бактерии, поэтому широко применяется в целях очищения воды и дезинфекции воздуха, используется как белящее средство.