Чому дорівнює молярна маса озону? Такий різний озон: п'ять фактів про газ, який може рятувати та вбивати

Озон, властивості, токсикологія та застосування. Роль озонового щита планети.

1 Озон. Загальна характеристика

Озон(Від ін.- Грец.? ?? - пахну) - аллотропна модифікація кисню, що складається з трихатомних молекул O3. За нормальних умов – блакитний газ. При зрідженні перетворюється на рідину кольору індиго. У твердому вигляді є темно-сині, практично чорні кристали.
Основна маса озону в атмосфері розташована на висоті від 10 до 50 км з максимальною концентрацією на висоті 20-25 км, утворюючи шар, що називається озоносферою.
Озоносфера відбиває жорстке ультрафіолетове випромінювання, захищає живі організми від згубної дії радіації. Саме завдяки утворенню озону з кисню повітря стало можливим життя на суші.
Вперше озон виявив 1785 рокуголландський фізик Мартінус ван Марумпо характерному запаху, що створює ефект свіжості, та окислювальним властивостям, які набуває повітря після пропускання через нього «електричних іскор». Однак як нова речовина він описаний не був, тому що ван Марум вважав, що цей ефект досягається утворенням особливої ​​«електричної матерії».
Сам термін «озон» (від грецького слова «пахнучий») було запропоновано німецьким хіміком X. Ф. Шейнбейном у 1840 році. У словники його запровадили наприкінці 19 століття. Багато джерел віддають пріоритет відкриття озону саме Х. Ф. Шейнбену, датуючи цю подію 1839 роком.

2 Знаходження у природі. Основні способи отримання

У природі озон утворюється із молекулярного кисню (О2) під час грози або під дією ультрафіолетового випромінювання. Особливо це відчутно у місцях, багатих на кисень: у лісі, у приморській зоні або біля водоспаду. При попаданні сонячних променів, у краплі води кисень перетворюється на озон. Озон знезаражує повітря, окислюючи домішки різних речовин, надаючи приємної свіжості - запаху грози. Озон вступає у реакцію з більшістю органічних та неорганічних речовин, у результаті утворюється кисень, вода, оксиди вуглецю та вищі оксиди інших елементів. Всі ці продукти абсолютно нешкідливі та постійно присутні у чистому природному повітрі.
Озон утворюється в газовому середовищі, що містить кисень, якщо виникнуть умови, за яких кисень дисоціює на атоми. Це можливо у всіх формах електричного розряду: тліючому, дуговому, іскровому, коронному, поверхневому, бар'єрному, безелектродному тощо. Основною причиною дисоціації є зіткнення молекулярного кисню з електронами, що прискорені в електричному полі.
Крім розряду дисоціацію кисню викликають УФ-випромінювання. Озон одержують також при електролізі води.
Отримання озону
Озон утворюється із кисню. Існує кілька способів одержання озону, серед яких найбільш поширеними є: електролітичний, фотохімічний та електросинтез у плазмі газового розряду. Щоб уникнути небажаних оксидів, краще одержувати озон з чистого медичного кисню, використовуючи електросинтез. Концентрацію одержуваної озоно-кисневої суміші в таких апаратах легко варіювати - або задаючи певну потужність електричного розряду, або регулюючи потік кисню, що входить (чим швидше кисень проходить через озонатор, тим менше озону утворюється).
Фотохімічний спосіб
Фотохімічний метод отримання озону є найбільш поширеним у природі способом. Утворення озону відбувається при дисоціації молекули кисню під впливом короткохвильового УФ випромінювання. Цей метод не дозволяє одержувати озон високої концентрації. Прилади, засновані на цьому методі, набули поширення для лабораторних цілей, в медицині та харчовій промисловості.
Електролітичний спосіб синтезу.
Перша згадка про утворення озону в електролітичних процесах відноситься до 1907 Електролітичний метод синтезу озону здійснюється в спеціальних електролітичних осередках. Як електролітів використовуються розчини різних кислот та їх солі (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Утворення озону відбувається за рахунок розкладання води та утворення атомарного кисню, який приєднавшись до молекули кисню утворює озон та молекулу водню. Цей метод дозволяє отримати концентрований озон, проте він дуже енергоємний, і тому не знайшов широкого поширення.
Н2О + О2 -> О3 + 2Н + + e-
з можливим проміжним утворенням іонів чи радикалів.
Електросинтез озону набув найбільшого поширення. Цей метод поєднує можливість отримання озону високих концентрацій з великою продуктивністю і щодо невисокими енерговитратами.
В результаті численних досліджень щодо використання різних видів газового розряду для електросинтезу озону поширення набули апарати, що використовують три форми розряду:
1 Бар'єрний розряд;
2 Поверхневий розряд;
3 Імпульсний розряд.
Утворення озону під дією іонізуючого випромінювання.
Озон утворюється у низці процесів, що супроводжуються збудженням молекули кисню або світлом, або електричним полем. При опроміненні кисню іонізуючою радіацією можуть виникати збуджені молекули, і спостерігається утворення озону
Освіта озону у НВЧ-полі.
При пропущенні струменя кисню через НВЧ-поле спостерігалося утворення озону. Цей процес мало вивчений, хоча генератори, що ґрунтуються на цьому явищі, часто використовуються в лабораторній практиці.

3 Фізичні та хімічні властивості озону.

Фізичні властивості:

Молекулярна маса – 47,998 г/моль.
Щільність газу за нормальних умов - 2,1445 кг/м². Відносна щільність газу кисню 1,5; повітрям - 1,62 (1,658).
Щільність рідини при 183 °C - 1,71 кг/м?
Температура кипіння - 111,9 °C. Рідкий озон – темно-фіолетового кольору. У газоподібному вигляді озон має блакитний відтінок, помітний при вмісті повітря 15-20% озону.
Температура плавлення - -197,2 ± 0,2 ° С (наведена зазвичай? 251,4 ° C помилкова, тому що при її визначенні не враховувалася велика здатність озону до переохолодження). У твердому стані – чорного кольору з фіолетовим відблиском.
Розчинність у воді за 0 °С - 0,394 кг/м? (0,494 л/кг), вона у 10 разів вище порівняно з киснем.
У газоподібному стані озон діамагнітний, у рідкому - слабопарамагнітний.
Запах – різкий, специфічний «металевий» (по Менделєєву – «запах раків»). При високих концентраціях нагадує запах хлору. Запах відчутний навіть при розведенні 1:100000.

5 Основні сфери застосування.

Після відкриття озону було одночасно відзначено його головне властивість - величезна окислювальна здатність, що значно перевищує таку у кисню. Тому не дивно, що озон почав використовуватися для боротьби з мікроорганізмами.
У 1881 році в книзі, присвяченій дифтерії, доктор Келлог (Kellogg) рекомендував його використання як засіб для дезінфекції. Але справжня революція у використанні озону для стерилізації відбулася після патентування та початку масового виробництва генераторів озону – попередників озонових стерилізаторів. До середини ХІХ століття спроби створення таких генераторів були безуспішними. Вважається, що перший зразок створив Werner von Siemens у 1857 році. Однак знадобилося ще 29 років, щоб запатентувати промисловий генератор озону, який відповідав певним вимогам. Патент на його винахід належить Ніколі Тесла. Він же 1900 року почав випуск цього продукту для медицини.
З цього часу починає розвиватися кілька напрямків із застосування озону - дезінфекція, стерилізація та лікування.
При стерилізації відбувається знищення мікроорганізмів шляхом насичення озоном замкнутого обсягу, де знаходяться медичні інструменти, пристрої, пристрої. Під час лікування застосовують озоновану воду, водні розчини та озонокисневу суміш. Для дезінфекції приміщень, ємностей, трубопроводів – озоноповітряну або озонокисневу суміші.
Всі три методи мають одну незаперечну перевагу: озон надає швидкий і ефективний вплив
Час дії озону на деякі види мікроорганізмів вимірюється секундами. За якістю стерилізації та деякими технічними характеристиками сучасні озонові стерилізатори перевершують ультрафіолетові, сухожарові шафи, парові автоклави, рідинну та газову стерилізацію. Лікування із застосуванням озону дозволяє безболісно і з високою ефективністю знищувати мікроорганізми, що проникли в органи та тканини людини. Це стало можливим ще й тому, що наш організм, на відміну від бактерій, має досить потужну систему антиоксидантного захисту. При дії певних концентрацій озону протягом обмеженого часу клітини нашого організму зберігають достатню стійкість до утворення небажаних агресивних продуктів.
Озон надає позитивну дію на метаболізм печінки та нирок, підтримує роботу серцевого м'яза, зменшує частоту дихання та збільшує дихальний об'єм. Позитивний вплив озону на людей із захворюваннями серцево-судинної системи (знижується рівень холестерину в крові, знижується ризик тромбоутворення, активізується процес "дихання" клітини).
Озонотерапія в останні роки досить широко застосовується і в гінекології, і в терапії, і в хірургії, і в проктології, і в урології, і в офтальмології, і стоматології, і в інших напрямках медицини.
Озон широко використовують у хімічної галузі.
Особлива роль відводиться озону в харчової промисловості. Будучи сильно дезінфікуючим та хімічно безпечним засобом, він використовується для запобігання біологічному росту небажаних організмів у продуктах харчування та на технологічному харчовому обладнанні. Озон має властивість вбивати мікроорганізми, не створюючи нових шкідливих хімічних речовин.
Найпоширеніше застосування - для очищення води. У 1907 році було збудовано перший завод із озонування води в місті Бон Вуаяж (Франція), який обробляв 22500 кубічних метрів води з річки Вазюбі на добу для потреб міста Ніцци. У 1911 році було пущено в експлуатацію станцію озонування питної води в Санкт-Петербурзі. У 1916 діє вже 49 установок з озонування питної води.
До 1977 року у всьому світі діє понад 1000 установок. Нині 95% питної води у Європі проходить озонну підготовку. У США йде процес переведення з хлорування на озонування. У Росії діють кілька великих станцій (у Москві, Нижньому Новгороді та інших містах). Прийнято програми переведення на озонування ще кількох великих станцій водопідготовки.
Широкий спектр областей застосування озону у сільському господарстві: рослинництво, тваринництво, рибництво, кормовиробництво та зберігання продуктів, що обумовлює безліч озонних технологій, які умовно можна розділити на два великі напрямки. Перше має на меті стимулювати життєдіяльність живих організмів. З цією метою застосовуються концентрації озону на рівні ГДК, наприклад санація приміщень з тваринами та рослинами для покращення комфортності їхнього перебування. Другий напрямок пов'язаний з придушенням життєдіяльності шкідливих організмів або з усуненням шкідливих забруднень з навколишньої атмосфери та гідросфери. Концентрації озону у разі набагато перевищують значення ГДК. До таких технологій відносяться дезінфекція тари та приміщень, очищення газових викидів птахоферм, свинарників, знешкодження стічних вод сільськогосподарських підприємств тощо.

5 Озон у атмосфері. Озоновий шар – ультрафіолетовий щит Землі

Озоновий шар починається на висотах близько 8 км над полюсами (або 17 км над Екватором) і простягається вгору до висот приблизно рівних 50 км. Однак густина озону дуже низька, і якщо стиснути його до густини, яку має повітря біля поверхні землі, то товщина озонового шару не перевищить 3,5 мм. Озон утворюється, коли сонячне ультрафіолетове випромінювання бомбардує молекули кисню (О22 -> О3).

5.1. Вивчення озонового шару. Причини її руйнування.

З початку 20 століття вчені спостерігають стан озонового шару атмосфери. Зараз уже всі розуміють, що стратосферний озон є свого роду природним фільтром, що перешкоджає проникненню в нижні шари атмосфери жорсткого космічного випромінювання – ультрафіолету-В.
З кінця 70-х років вчені стали відзначати неухильне виснаження озонового шару. Різні причини призводять до виснаження озонового шару. Серед них є природні, як, наприклад, виверження вулканів. Відомо, наприклад, що при цьому відбуваються викиди газів, що містять з'єднання сірки, яка реагує з іншими газами, що знаходяться в повітрі, утворюючи сульфати, що руйнують озоновий шар. Але значно більший вплив на стратосферний озон мають антропогенні впливи, тобто. діяльність людини. І вона різноманітна.Використання у господарській діяльності таких сполук, як ХФУ, бромистий метил, галони, розчинники, що руйнують озон, також призводять до виснаження озонового шару. Хлорфторвуглеці (ХФУ) або інші ОРВ, випущені людиною в атмосферу, досягають стратосфери, де під дією короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця їх молекули втрачають атом хлору. Агресивний хлор починає розбивати одну за одною молекули озону, сам при цьому не зазнаючи жодних змін. Термін існування різних ХФУ в атмосфері від 74 до 111 років. Розрахунковим шляхом доведено, що цей час один атом хлору здатний перетворити на кисень 100 000 молекул озону. Однак озоновий шар руйнує також реактивна авіація та деякі пуски космічних ракет
У вивченні проблеми озонового шару наука виявилася напрочуд недалекоглядною. Ще з 1975 р. вміст стратосферного озону над Антарктидою у весняні місяці стало помітно падати. У 1980-х років його концентрація знизилася вже на 40%. Цілком можна було говорити про утворення озонової дірки. Її розміри досягли приблизно площу США. Тоді ж з'явилися ще слабовиражені - зі зниженням концентрації озону на 1,5-2,5% - дірки поблизу Північного полюса та на південь. Край однієї з них зависав навіть над Санкт-Петербургом.
Однак ще в першій половині 1980-х деякі вчені продовжували малювати райдужну перспективу, віщуючи спад стратосферного озону лише на 1-2% і чи не через 70-100 років.
У 1985 р. англійські вчені опублікували статтю, в якій стверджувалося, що навесні, починаючи з 1980 р., над Антарктидою утворюються значні області зменшення загального вмісту озону. З'ясувалося, що діаметр понад 1000 кілометрів, площа – близько 9 мільйонів квадратних кілометрів. Цей результат журналісти перетворили на сенсацію, оголосивши про існування "озонової дірки" над Антарктидою. Сьогодні прийнято аномалії озону відносити до "озонових дірок", якщо дефіцит озону перевищує 30%.
5.2. Наслідки руйнування озонового шару.

Озоновий шар захищає життя Землі від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця.
Витончення цього шару може призвести до серйозних наслідків людства. Вміст озону в атмосфері менше 0.0001%, однак саме озон повністю поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довжиною хвилі l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280
Падіння концентрації озону на 1% призводить до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету біля поверхні землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (щоправда, через низьке становище сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижча, ніж у середніх широтах).
За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет близький до іонізуючих випромінювань, однак через більшу, ніж у g-випромінювання довжини хвилі він не здатний проникати глибоко в тканини, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет має достатню енергію для руйнування ДНК та інших органічних молекул.
На думку лікарів, кожен втрачений відсоток озону в масштабах планети викликає до 150 тисяч додаткових випадків сліпоти через катаракту, викликає 4% стрибок у поширенні раку шкіри, значно зростає кількість хвороб, викликаних ослабленням імунної системи людини. Найбільшого ризику схильні жителі північної півкулі зі світлою шкірою.
Вже зараз у всьому світі помітно збільшення числа захворювання на рак шкіри, проте, значно кількість інших факторів (наприклад, популярність засмаги, що зросла, що призводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, таким чином, отримуючи велику дозу УФ опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати , що у цьому має бути зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому становить велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, який мешкає в приповерхневому шарі, зі збільшенням інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в шарах приповерхневих морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УФ-випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

5.3 Заходи щодо збереження та відновлення озонового шару

Багато країн світу розробляють та здійснюють заходи щодо виконання Віденських конвенцій про охорону озонового шару та Монреальського протоколу щодо речовин, що руйнують озоновий шар.
Монреальський протокол:перша глобальна екологічна угода, що досягла загальної ратифікації та всесвітньої участі 196 країн. Монреальський протокол було підписано 16 вересня 1987 року. Згодом з ініціативи ООН цей день став відзначатися як День захисту озонового шару.До кінця 2009 року діяльність, здійснена в рамках Монреальського протоколу, призвела до виведення з обігу 98% речовин, що руйнують озоновий шар. Інше важливе досягнення Монреальського протоколу – у найближчому майбутньому країни мали припинити виробництво та споживання хлорфторвуглеців, галонів, чотирихлористого вуглецю та інших гідрогенізованих сполук, що руйнують озоновий шар. Всі ці речовини поєднуються під єдиною назвою - озоноруйнуючі речовини (далі за текстом ГРВ).
Без Монреальського протоколу та Віденської конвенції, вміст ГРВ в атмосфері підвищився б у 10 разів до 2050 року, що призвело б до 20 мільйонів випадків раку шкіри та 130 мільйонів випадків катаракти ока, не кажучи про шкоду, завдану імунній системі людини, фауні та сільському. Тепер ми також знаємо, що деякі з цих газів впливають на зміну клімату. За деякими оцінками, виведення ГРВ з 1990 року сприяло уповільненню глобального потепління на 7-12 років і кожен долар, витрачений на озон, обернувся вигодою в інших галузях екології. Навіть за швидких і рішучих дій урядів згідно з Монреальським протоколом, повне відновлення захисного шару Землі займе ще 40-50 років.
Згідно з міжнародними угодами промислово розвинені країни повністю припиняють виробництво фреонів і тетрахлориду вуглецю, які також руйнують озон, а країни, що розвиваються, – до 2010р. Росія через важке фінансово-економічне становище попросила відстрочки на 3 – 4 роки. Країни-члени Монреальського протоколу щодо речовин, що руйнують озоновий шар, на зустрічі в Катарі домовилися виділити в цілому 490 мільйонів доларівпротягом трьох ле Другим етапоммає стати заборона на виробництво метилбромідів та гідрофреонів.Рівень виробництва перших у промислово розвинених країнах з 1996 р. заморожений, гідрофреони повністю знімаються з виробництва до 2030 р. Однак країни, що розвиваються, досі не взяли на себе зобов'язань щодо контролю над цими хімічними субстанціями.
Відновити озоновий шар над Антарктидою за допомогою запуску спеціальних повітряних куль із установками для виробництва озону сподівається англійська група захисників навколишнього середовища, яка називається «Допоможіть озону». Один із авторів цього проекту заявив, що озонатори, які працюють від сонячних батарей, будуть встановлені на сотнях куль, наповнених воднем або гелієм.
Кілька років тому було розроблено технологію заміни фреону спеціально підготовленим пропаном. Наразі промисловість вже на третину скоротила випуск аерозолів з використанням фреонів. У країнах ЄЕС намічено повне припинення використання фреонів на заводах побутової хімії тощо.
і т.д.................

Озон – це газ. На відміну від багатьох інших, він не прозорий, а має характерний колір і навіть запах. Він присутній у нашій атмосфері і є одним із найважливіших її складових. Якою є щільність озону, його маса та інші властивості? Яка його роль життя планети?

Блакитний газ

У хімії озон немає окремого місця у таблиці Менделєєва. Все тому, що вона не є елементом. Озон - це алотропна модифікація або варіація кисню. Як і О2, його молекула складається тільки з атомів кисню, але має їх не два, а три. Тому його хімічна формула має вигляд О3.

Озон є газом блакитного кольору. Він має добре помітний різкий запах, що нагадує хлор, якщо концентрація буде занадто великою. Чи пам'ятаєте ви запах свіжості під час дощу? Це і є озон. Завдяки такій властивості він і отримав свою назву, адже з давньогрецької мови «озон» – це «пахну».

Молекула газу є полярною, атоми в ній з'єднуються під кутом 116,78°. Озон утворюється, коли до молекули О2 приєднується вільний атом кисню. Відбувається це під час різних реакцій, наприклад окислення фосфору, електричного розряду або розкладання перекисів, в ході яких і звільняються атоми оксигену.

Властивості озону

За нормальних умов озон існує з молекулярною масою майже 48 г/моль. Він є діамагнетиком, тобто не здатний притягатися до магніту, так само, як срібло, золото або азот. Щільність озону становить 2,1445 г/дм3.

У твердому стані озон набуває синьо-чорного кольору, в рідкому - колір індиго, близький до фіолетового. Температура кипіння становить 111,8 градусів Цельсія. При температурі нуль градусів він розчиняється у воді (тільки в чистій) у десять разів краще за кисень. Він добре поєднується з азотом, фтором, аргоном, а за певних умов і з киснем.

Під впливом низки каталізаторів легко окислюється, виділяючи у своїй вільні атоми кисню. З'єднуючись з ним, відразу запалюється. Речовина здатна окислити майже всі метали. Не піддаються його дії лише платина та золота. Він руйнує різні органічні та ароматичні сполуки. При контакті з аміаком утворює нітрит амонію, руйнує подвійні вуглецеві зв'язки.

Присутня в атмосфері великих концентраціях, озон мимоволі розкладається. При цьому виділяється тепло та утворюється молекула О2. Чим вища його концентрація, тим сильніша реакція тепловиділення. При вмісті озону більше 10% супроводжується вибухом. При збільшенні температури та зниженні тиску або при контакті з органічними речовинами розкладання О3 відбувається швидше.

Історія відкриття

У хімії озон був відомий до XVIII століття. Виявлений він був у 1785 році завдяки запаху, який фізик Ван Марум почув поряд із працюючою електростатичною машиною. Ще 50 років після цього не фігурував у наукових експериментах і дослідженнях.

Вчений Крістіан Шенбейн 1840 року вивчав окислення білого фосфору. Під час експериментів йому вдалося виділити невідому речовину, яку він назвав «озон». Хімік впритул зайнявся вивченням його властивостей та описав способи одержання знову відкритого газу.

Незабаром до досліджень речовини приєдналися й інші вчені. Знаменитий фізик Нікола Тесла навіть спорудив перший історії Промислове використання О3 почалося наприкінці ХІХ століття з появою перших установок для подачі в будинки питної води. Речовину застосовували для дезінфікування.

Озон у атмосфері

Наша Земля оточена невидимою оболонкою з повітря – атмосферою. Без неї життя на планеті було б неможливим. Складові атмосферного повітря: кисень, озон, азот, водень, метан та інші гази.

Сам собою озон немає і виникає лише результаті хімічних реакцій. Близько поверхні Землі він утворюється з допомогою електричних розрядів блискавки під час грози. Неприродним шляхом він з'являється завдяки викидам вихлопних газів автомобілів, заводів, випаровуванням бензину, дії теплових електростанцій.

Озон нижніх шарів атмосфери називають приземним чи тропосферним. Існує і стратосферний. Він виникає під впливом ультрафіолетового випромінювання, що йде від Сонця. Він утворюється на відстані 19-20 км над поверхнею планети і тягнеться до висоти 25-30 км.

Стратосферний О3 формує озоновий прошарок планети, який захищає її від потужної сонячної радіації. Він поглинає приблизно 98% ультрафіолетового випромінювання із довжиною хвилі, достатньою для виникнення ракових захворювань та опіків.

Застосування речовини

Озон - це чудовий окислювач та руйнівник. Така властивість давно використовується для очищення питної води. Речовина згубно діє на небезпечні для людини бактерії та віруси, а саме при окисленні перетворюється на нешкідливий кисень.

Він здатний вбити навіть стійких до хлору організмів. Крім того, його застосовують для очищення стічних вод від згубних для довкілля нафтопродуктів, сульфідів, фенолів і т.д. Такі практики поширені переважно на території США та деяких країн Європи.

Озон застосовують у медицині для знезараження інструментів, у промисловості з його допомогою відбілюють папір, очищають олії, одержують різні речовини. Застосування О3 для очищення повітря, води та приміщення називається озонуванням.

Озон та людина

Незважаючи на всі свої корисні властивості, озон може бути небезпечним для людини. Якщо повітря газу виявиться більше, ніж може перенести людина, отруєння не уникнути. У його допустима норма становить 0,1 мкг/л.

При перевищенні цієї норми з'являються типові ознаки хімічного отруєння, такі як біль голови, подразнення слизових, запаморочення. Озон зменшує опір організму до інфекцій, які передаються через дихальні шляхи, а також знижує тиск крові. При концентрації газу вище 8-9 мкг/л можливий набряк легень і навіть загибель.

При цьому розпізнати озон у повітрі досить легко. Запах «свіжості», хлору чи «раків» (як стверджував Менделєєв) чітко чутно і за незначному вмісті речовини.

Озон - хімічна газоподібна речовина, яка є сильним окислювачем. Які властивості має газ, і для яких цілей його отримують?

Загальна інформація

Озон вперше було виявлено 1785 року голландським фізиком М. ван Марумом. Він зауважив, що при пропусканні через повітря електричних розрядів повітря набуває специфічного запаху. Проте термін «озон» було запроваджено пізніше німецьким хіміком Х. Ф. Шенбейном 1840 року.

Мал. 1. Х. Ф. Шенбейн.

Формула озону - Про 3, тобто озон складається з трьох молекул кисню. Озон – це алотропна видозміна кисню. О 3 – газ світло-синього кольору, з характерним запахом, нестійкий, токсичний. За температури -111,9 градусів цей газ зріджується. Розчинність озону у воді більша, ніж у кисню: 100 об'ємів води розчиняють 49 об'ємів озону.

Мал. 2. Формула озону.

Ця речовина утворюється в атмосфері за електричних розрядів. Озоновий шар у стратосфері (25 км від поверхні) поглинає ультрафіолетове випромінювання, небезпечне для всіх живих організмів.

Озон – сильний окислювач, навіть сильніший, ніж кисень. Він здатний окислювати такі метали, як золото та платина.

Особлива хімічна активність озону пояснюється тим, що його молекула легко розпадається на молекулу кисню та атомарний кисень. Атомарний кисень, що утворився, більш активно реагує з речовинами, ніж молекулярний.

Озон здатний із розчину йодистого калію виділяти йод:

2Kl+2H 2 O+O 3 =I 2 +2KOH+O 2

Папір, змочений йодистим калієм та крохмалем у повітрі, що містить озон, синіє. Ця реакція використовується виявлення озону.

У 1860 році вчені Ендрюс і Тет експериментально довели за допомогою скляної трубки з манометром, наповненої чистим киснем, що при перетворенні кисню на озон відбувається зменшення обсягу газу

Отримання та застосування озону

Отримують озон за впливу електричних розрядів на кисень в озонаторах.

Озон застосовують для знезараження питної води, для знешкодження промислових стічних вод, у медицині – як дезінфікуючий засіб. Також як і хлорування, озонування має знезаражуючий ефект, але його плюсом є те, що при використанні озону в обробленій воді не утворюється токсинів. Озон також ефективно бореться з пліснявою та бактеріями.

Мал. 3. Озонування.

При гострому отруєнні озон уражає органи дихання, подразнює слизові очі, викликає головний біль. Токсичність озону різко зростає за одночасного впливу оксидів азоту.

Що ми дізналися?

Озон – газ, який було виявлено наприкінці XVIII століття, а свою сучасну назву отримав лише у середині ХІХ століття. На відміну від кисню, цей газ має характерний запах і відрізняється світло-синім кольором.

Озон є їдким з характерним "металевим" запахом, блакитний газ. Молекула озону складається із трьох атомів кисню. O3. При зрідженні озон перетворюється на рідину кольору індиго. У твердому стані озон представлений у вигляді темно-синіх, практично чорних кристалів. Озон дуже нестійка сполука, яка легко розпадається на кисень та окремий атом кисню.

Фізичні властивості озону

1. молекулярна маса озону - 47.998 а.

2. щільність газу за нормальних умов - 2.1445 кг/м³.

3. густина рідкого озону при -183 °C становить - 1,71 кг/м³

4. температура кипіння рідкого озону становить -111.9 °C

5. температура плавлення кристалів озону становить -251,4 °C

6. Розчинний у воді. Розчинність у 10 разів вища, ніж у кисню.

7. має різкий запах.

Хімічні властивості озону

Характерними хімічними властивостями озону в першу чергу слід вважати його

нестійкість, здатність швидко розкладатися, та високу окисну активність.

Для озону встановлено окисне число І, яке характеризує число атомів кисню, що віддаються озоном речовині, що окислюється. Як показали досліди, воно може дорівнювати 0,1, 3. У першому випадку озон розкладається зі збільшенням об'єму: 2Оз-->ЗО 2 , у другому він віддає окислюваної речовини один атом кисню: О3 ->О2+О (при цьому , обсяг не збільшується), і в третьому випадку відбувається приєднання озону до речовини, що окислюється: Про 3 ->ЗО (при цьому обсяг його зменшується) .

Окислювальними властивостями характеризуються хімічні реакції озону з неорганічними речовинами.

Озон окислює всі метали, за винятком золота та групи платини. Сірчисті сполуки окислюються ним до сірчанокислих, нітрити - у нітрати. У реакціях із сполуками йоду та брому озон виявляє відновлювальні властивості, і на цьому ґрунтується ряд методів його кількісного визначення. У реакцію з озоном вступають азот, вуглець та його оксиди. У реакції озону з воднем утворюються гідроксильні радикали: Н+О 3 -> HO+O 2 . Окиси азоту реагують з озоном швидко, утворюючи вищі оксиди:

NO+Оз->NO 2 +O 2;

NO 2 + O 3 -----> NO 3 + O 2;

NO 2 +O 3 ->N 2 O 5 .

Аміак окислюється озоном азотнокислий амоній.

Озон розкладає галогеноводи і переводить нижчі оксиди у вищі. Галогени, що у ролі активаторів процесу, також утворюють вищі оксиди.

Відновлювальний потенціал озон - кисень досить високий і в кислому середовищі визначений величиною 2,07 В, а в лужному розчині - 1,24 В. Спорідненість озону з електроном визначено величиною в 2 ев, і тільки фтор, його оксиди і вільні радикали мають сильніший спорідненістю до електрона.

Висока окисна дія озону була використана для переведення ряду трансуранових елементів у семивалентний стан, хоча вищий валентний стан їх дорівнює 6. Реакція озону з металами змінної валентності (Сг, Сог та ін) знаходить практичне застосування при отриманні вихідної сировини у виробництві барвників та вітаміну .

Лужні та лужноземельні метали під дією озону окислюються, а їх гідроокиси утворюють озоніди (триоксиди). Відомі озоніди давно, про них згадував ще 1886 р. французький хімік-органік Шарль Адольф Вюрц. Вони являють собою кристалічну речовину червоно-коричневого кольору, в решітку молекул якої входять одноразово негативні іони озону (O 3 -), чим і зумовлені парамагнітні властивості. Межа термічної стійкості озонідів -60±2°, вміст активного кисню - 46% за вагою. Як багато перекисних сполук озоніди лужних металів знайшли широке застосування в регенеративних процесах.

Озоніди утворюються в реакціях озону з натрієм, калієм, рубідієм, цезієм, які йдуть через проміжний нестійкий комплекс типу М+О-Н+O3--з подальшою реакцією з озоном, внаслідок чого утворюється суміш озоніду та водного гідрату окису лужного металу.

Озон активно вступає у хімічну взаємодію з багатьма органічними сполуками. Так, первинним продуктом взаємодії озону з подвійним зв'язком ненасичених сполук є малозоїд, який нестійкий і розпадається на біполярний іон та карбонільні сполуки (альдегід або кетон). Проміжні продукти, які утворюються в цій реакції, знову з'єднуються в іншій послідовності, утворюючи озонид. У присутності речовин, здатних вступати в реакцію з біполярним іоном (спирти, кислоти), замість озонидів утворюються різні перекисні сполуки.

Озон активно входить у реакцію з ароматичними сполуками, у своїй реакція йде як із руйнуванням ароматичного ядра, і його руйнації.

У реакціях з насиченими вуглеводнями озон спочатку розпадається з утворенням атомарного кисню, який ініціює ланцюгове окиснення, причому вихід продуктів окиснення відповідає витраті озону. Взаємодія озону з насиченими вуглеводнями протікає як у газовій фазі, і у розчинах.

З озоном легко реагують феноли, при цьому відбувається руйнування останніх до сполук з порушеним ароматичним ядром (типу хіноїну), а також похідних малотоксичних ненасичених альдегідів і кислот.

Взаємодія озону з органічними сполуками знаходить широке застосування в хімічній промисловості та суміжних галузях. Використання реакції озону з ненасиченими сполуками дозволяє отримувати штучним шляхом різні жирні кислоти, амінокислоти, гормони, вітаміни та полімерні матеріали; реакції озону з ароматичними вуглеводнями - дифенілову кислоту, фталевий діальдегід та фталеву кислоту, гліоксалеву кислоту та ін.

Реакції озону з ароматичними вуглеводнями лягли в основу розробки методів дезодорації різних середовищ, приміщень, стічних вод, абгазів, а з сірковмісними сполуками - в основу розробки методів очищення стічних вод і відхідних газів різних виробництв, включаючи сільське господарство, від сіркосодержащих в меркаптани, сірчистий ангідрид).

Вплив озону на людину

При дії озоном на людину в нього насамперед настає подразнення верхніх частин дихального тракту, а потім і головний біль – вже при концентрації озону у повітрі 2,0 мг/м4. При 3,0 мг/м3 через 30 хв вдихання у людини з'являються сухий кашель, сухість у роті, знижується здатність концентрувати свою увагу, порушуються апетит і сон, з'являються болі під ложечкою, почуття «ватності» рук і ніг, кашель з прозорим мокротинням, почуття оглушення, запалення легенів, підвищується тиск у очному яблуці та погіршується зір, пригнічується секреторна функція шлунка, знижується почуття сприйняття болю.

У зв'язку з високою поразкою легенів озоном найбільша кількість робіт у літературі присвячена цьому питанню.

Під впливом озону змінюється імунобіологічна реактивність організму внаслідок його сенсибілізації білковими продуктами озонолізу, що утворюються безпосередньо в організмі під впливом пероксидів та інших речовин. Процес цей складний. У його розвитку, безперечно, беруть участь усі зазначені вище механізми. Руйнування озоном фагоцитів у легенях знижує здатність організму до прояву клітинної алергічної захисної реакції. В результаті підвищується проникність патогенних мікроорганізмів у клітини та органи, знижується вироблення організмом захисних факторів, наприклад інтерферону, підвищується чутливість до респіраторних інфекцій. Грунтовні дослідження цього питання на мишах показали, що під впливом озону I мг/м3 за 7-35 днів розвивалися ураження в центрі ацинусів бронхіол та альвеолярної протоки з підвищенням кількості макрофагів у периферичних альвеолах, гіперергічною проліферацією бронхіального епітелію. На цьому фоні грипозна інфекція посилювала вражаючий вплив озону на легені. А сама гіперергічна модулярна проліферація бронхіального епітелію за характером була подібна до передракового стану. Тим не менш, загибель мишей від грипу при одночасному впливі озону знижувалася.

Знижувалися під впливом озону та вірусні захворювання у людини. Разом з тим тривалий вплив озону на людину підвищує захворюваність на хронічні респіраторні інфекції, наприклад туберкульоз, пневмонії, що пов'язано, мабуть, с. мутацією патогенної мікрофлори та нездатністю організму людини швидко реагувати на це виробленням відповідних антитіл у зв'язку з перенапругою механізмів алергізації, що характеризуються зниженням вмісту гістаміну в легенях на тлі підвищення вмісту води при одночасному зниженні чутливості організму до екзогенного гістаміну. Це підтверджує думку про те, що за певних умов озон надає на організм імунодепресорний вплив зі зниженням стійкості організму до мікробних токсинів. Хоча навіть у концентраціях 7,8 мг/м3 за 4 години озон у людини не пригнічував розетки Т-лімфоцитів, але активність В-лімфоцитів була знижена.

ВИЗНАЧЕННЯ

Озонє алотропною модифікацією кисню. У звичайному стані він є світло-синім газом, у рідкому - темно-блакитний, а в твердому - темно-фіолетовий (до чорного).

Може залишатися у стані переохолодженої рідини до температури (-250 o C). погано розчиняється у воді, краще в тетрахлориді вуглецю та різних фторхлорвуглеців. Дуже сильний окисник.

Хімічна формула озону

Хімічна формула озону- O 3 . Вона показує, що у складі молекули цієї речовини є три атоми кисню (Ar = 16 а.е.м.). За хімічною формулою можна обчислити молекулярну масу озону:

Mr(O 3) = 3×Ar(O) = 3×16 = 48

Структурна (графічна) формула озону

Наочніший є структурна (графічна) формула озону. Вона показує, як пов'язані атоми між собою всередині молекули (рис. 1).

Мал. 1. Будова молекули озону.

Електронна формула , Що показує розподіл електронів в атомі за енергетичними рівнями показано нижче:

16 O 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Вона також показує, що кисень, з якого складається озон, відноситься до елементів р-родини, а також кількість валентних електронів - на зовнішньому енергетичному рівні знаходиться 6 електронів (3s 2 3p 4).

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2